[发明专利]一种钢带增强聚乙烯螺旋波纹环管刚度的计算方法

说明书

本发明公开了一种钢带增强聚乙烯螺旋波纹环管刚度的计算方法，包括模型建立，分析步建立，外压负载模拟，所述模型建立包括，确定仿真参数，建立三维有限元模型，装配模型；所述分析步建立包括，划分网格，设置允许钢带增强聚乙烯螺旋波纹管所发生的形变量范围，以及钢带增强聚乙烯螺旋波纹管所承受的压力值和波纹环管关系模型，所述外压负载模拟包括，施加压块与钢带增强聚乙烯螺旋波纹管的接触属性，施加下压运动模拟试验，提取管材径向变形达最大阈值时的最大压力，施加边界条件。本发明方法具有便于操作、预测精度高、成本低的特点。

技术领域

本发明涉及机械工程力学技术领域，涉及一种刚度计算方法，具体为钢带增强聚乙烯螺旋波纹环管刚度的计算方法。

背景技术

钢带增强聚乙烯螺旋波纹管采用了U型钢带符合PE材料，使管材在不增加成本的前提下提高了环刚度，同等重量情况下比缠绕管、克拉管强度大大提高，可解决重载等一系列问题，比水泥和其它塑料管重量更轻，强度更高，主要应用于地下排水排污管。管材环刚度是塑料管道设计的一项重要指标，应从管道埋深、地面载荷、沟槽回填土的性质和压实系数以及施工载荷等综合考虑，盲目提高螺旋波纹环管的高环刚度不满足成本需求，目前研究钢带增强聚乙烯螺旋波纹管均采用压力试验的方式，此种方式效率低且成本较高，且未考虑实际工况情况，对于大口径管而言试验困难，因此迫切需要一种简单但高效的环刚度的提取方法，用于模拟和预测钢带增强聚乙烯螺旋波纹管的环刚度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提出了一种钢带增强聚乙烯螺旋波纹环管刚度的计算方法，以解决目前的计算方法效率低且成本高的问题，其具有便于操作、预测精度高、成本低的特点。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种钢带增强聚乙烯螺旋波纹环管刚度的计算方法，包括模型建立，分析步建立，外压负载模拟，其特征在于，

所述模型建立包括，确定仿真参数、建立三维有限元模型、建立装配模型；

所述分析步建立包括，划分网格，设置允许钢带增强聚乙烯螺旋波纹管所发生的形变量范围，以及钢带增强聚乙烯螺旋波纹管所承受的压力值和波纹环管关系模型；

所述外压负载模拟包括，施加压块与钢带增强聚乙烯螺旋波纹管的接触属性，施加下压运动模拟试验，提取管材径向变形达最大阈值时的最大压力，施加边界条件。

作为本方案的进一步优化，在所述分析步建立步骤中所设置的最大形变阈值为3％。

作为本方案的进一步优化，所述确定仿真参数包括，

几何参数设置，包括设置内层PE厚度、外层PE尺寸、设置U型钢带的尺寸和螺距、压块的尺寸提取管材径向变形达最大阈值时的最大压力；

材料参数设置，包括设置波纹管中各材料的密度、弹性模量、泊松比和比热容。

作为本方案的进一步优化，所述建立三维有限元模型包括建立PE层三维有限元模型、建立U型钢带三维有限元模模型，和压块三维有限元模型，

所述建立PE层三维有限元模型包括，内层PE管内外径，外层U型尺寸及其螺旋角；

所述建立U型钢带三维有限元模型包括U型尺寸及其螺旋角；

所述建立压块三维度有限元模型包括作用于PE层或U型钢带的压力件。

作为本方案的进一步优化，建立装配模型包括：根据所述PE层三维有限元模型和所述U型钢带三维有限元模型，按照实际位置关系进行装配，使用嵌入式装配关系，保证压块、PE层与钢带有力的传递，调整U型钢带和PE层的相对位置关系。

作为本方案的进一步优化，所述分析步建立具体包括，

所述划分网格步骤包括，对模型进行网格划分，分别对内层PE、外层PE、U型钢带设置为六面体的网格，