[发明专利]金属U-E密封法兰几何参数识别及自动化建模方法

说明书

本发明金属U‑E密封法兰几何参数识别及自动化建模方法，基于ABAQUS软件的二次开发脚本语言Python，建立了金属U‑E密封法兰几何参数识别及自动化建模方法，可直接用于开发金属U‑E密封法兰结构连接性能自动化分析工具。采用本方法开发出密封‑法兰‑紧固件三维周期对称有限元模型自动建模程序，既可以显著地提高效率，迅速地对设计师给出的每一个方案做出响应，同时采用标准化的分析工具进行建模也显著地降低了对分析工程师经验的依赖并避免了人为引入的分析失误。

技术领域

本发明涉及金属U-E密封法兰几何参数识别及自动化建模方法。

背景技术

金属U-E密封法兰连接结构通常由上、下法兰，U-E密封环，紧固件组成，装配工况中受到螺栓预紧力的压紧作用，操作工况中受到高温、介质压力以及管路附加截面载荷的作用，密封泄漏、连接刚度不足、局部应力集中导致裂纹萌生以及螺栓强度不足是金属密封法兰结构的常见失效形式。结构优化设计过程中，通常伴随着多伦次的方案迭代，对于给出每一个修改方案都必须在设计工况下给出详细的密封性、强度、刚度分析结果，需要针对每个结构设计方案建立有限元分析模型，过程中包含着大量的重复性工作。此外，不同的仿真分析人员，可能会采用不一致的简化策略、网格剖分方式、单元尺寸，从而对分析结果引入了一定人为影响因素。基于此，制定统一的简化分析规范、形成一致的评价体系、开发出高效的自动化分析工具，既可以显著地提高效率，迅速地对设计师给出的每一个方案做出响应，同时采用标准化的分析工具进行建模和后处理也显著地降低了对分析工程师经验的依赖并避免了人为引入的分析失误。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出了结构几何参数识别及自动化建立有限元分析模型的方法，可直接用于开发金属U-E密封法兰结构连接性能自动化分析工具。

本发明的技术方案是：金属U-E密封法兰几何参数识别及自动化建模方法，包括：

获取基本几何模型参数，并预设辅助参数；

建立金属U-E密封法兰结构一个对称周期内的几何模型；依次读入金属U-E密封法兰的5个部件，识别出每个部件并修改部件名称；

建立材料及截面属性，为每个部件指定截面属性；

为每个部件创建装配副本；

识别出循环对称边界的主、从面，识别出密封环的介质压力作用面；识别出上、下法兰的介质压力作用面；

切分螺栓，建立预紧力加载面；

识别出螺栓与垫片之间接触对的主、从面；识别出密封环与密封通道之间接触对的主、从面；识别出上、下法兰之间接触对的主、从面；识别出螺栓与下法兰罗纹孔之间绑定约束的主、从面；

建立两个隐式静态分析步，施加边界和载荷；

建立接触属性，建立5组接触对，即螺栓与垫片、垫片与上法兰、上法兰与下法兰、上法兰与密封环、下法兰与密封环；

建立周期性对称约束；

建立螺栓与下法兰罗纹孔之间的邦定约束关系；

逐个对上、下法兰，密封环，螺栓，垫片划分网格；

建立分析作业，提交计算并保存CAE模型。

所述几何模型参数包括：螺栓数量N_bolt，螺栓直径r，密封环高度h1，密封环限位台高度h2；程序辅助参数包括：容差δ，结构轴向坐标参考量H_max和H_min。

所述建立金属U-E密封法兰结构一个对称周期内的几何模型，包括：

在金属U-E密封法兰上切出含一个螺栓的周期对称扇区，周期对称扇区中包含上、下法兰、密封环、螺栓、垫片5个部件，5个部件按照装配关系同属一个几何模型；