[发明专利]基于MpCCI多物理场作用的管道耦合分析方法

权利要求书

1.一种基于MpCCI多物理场作用的管道耦合分析方法，其特征在于，所述方法包括：

获取结构固体域模型单元和流体域模型单元，对结构固体域模型单元进行有限元网格划分，对流体域模型单元进行有限元网格划分；其中，所述结构固体域模型与流体域模型相适应；

对结构固体域模型单元进行前处理：对结构固体域模型单元施加约束和载荷进行结构力学分析；所述结构力学分析的分析步设置至少一个静力分析步和一个动力隐式分析步，所述动力隐式分析步总时长和步长应符合实际使用条件；

对流体域模型单元进行前处理：对流体域模型单元施加流体边界约束和载荷约束进行流体力学分析；其中，设置与所述结构力学分析的分析步总时长和步长相适应的流体力学分析的分析步总时长和步长，且所述流体力学分析步总时长和步长与结构固体域模型中的动力隐式分析步对应；

将结构固体域模型单元的数据和流体域模型单元的数据分别导入MpCCI中进行耦合分析；

计算各结构力学分析步的静力分析步总时长和步长，在静力分析步计算结束后，流体域模型单元初始化；

流体域模型单元和结构固体域模型单元耦合分析计算，流体域模型单元将指征影响管道应力变形的参数传递给结构固体域模型单元，结构固体域模型单元将影响管道应力变形参数对应的管道变形参数传回流体域模型单元进行数据交换；

在结构固体域模型单元的动力隐式分析步的总时长和步长内，判断流体域模型单元和结构固体域模型单元的数据交换是否结束；若数据交换结束，则耦合分析完成。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述结构力学分析的分析步设置至少两个静力分析步step1和step2，以及一个动力隐式分析步step3；其中，

在所述静力分析步step1中施加重力载荷；在所述静力分析步step2中施加预设方向的静力荷载；在所述动力隐式分析步step3中施加基于流体力学分析步总时长和步长的动载荷。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对结构固体域模型单元施加约束，包括：

在结构固体域模型单元的有限元分析装配模块中，分别获取所述管道外壁的单元节点和土体的单元节点；

将所述管道外壁的单元节点和土体的单元节点一一重合；其中，所述管道外壁的单元节点与所述土体的单元节点的接触面之间采用点对点接触的装配方式，所述接触面之间的法向接触为硬接触，所述接触面之间的切向接触为摩擦接触；

所述管道外壁单元与所述土体单元之间的边界约束包括：所述土体单元的底面被完全约束；所述土体单元的侧面被完全约束用于限制所述土体和管道的水平方向位移；所述管道两端的平面被完全约束用于限制管道轴向方向的位移。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对结构固体域模型单元进行前处理，还包括：

在结构固体域模型单元的有限元分析材料模块中，分别对管道和土体设置材料参数；所述管道采用线弹性本构；所述土体采用摩尔—库伦本构模型。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对结构固体域模型进行有限元网格划分，包括：

在管道和土体的结构固体域模型单元中，将所述管道和土体分别建立出来；

在有限元网格划分软件中进行土体的网格划分；

以所述土体的网格数据为基准，得到与所述管道外壁形状相适应的管道外壁网格划分和网格数据；

以所述管道外壁网格数据为基准，得到与所述管道内壁形状相适应的管道内壁网格划分和网格数据，进而得到管土体模型整体的网格划分和网格数据。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述对流体域模型单元进行前处理，还包括：

分别设置流体域模型内气相和液相的物理参数；其中，所述液相包括含砂粒的水体，所述水体与实际使用条件符合；

设置流体域模型中包括湍流、层流和理想流体的粘度方程；

为整个流体域模块添加重力载荷；

在流体域模型的材料库中赋予气相和液相的材料属性，并分别设置气相和液相的相位。