考虑卡箍预紧状态的空间管路3维有限元建模

为了准确分析管路系统的振动应力,在合理引入卡箍预紧状态的前提下,提出了一种空间管路3维有限元建模方法,创建了管路3维实体有限元模型。通过分析上下箍带对管路的夹紧力,确定了模拟卡箍力学特性的弹簧单元刚度值分布规律;卡箍不同位置处的水平和竖直方向的刚度存在比例关系,且比例关系与位置角和方向有关;给出了用实体单元并引入上述卡箍约束的有限元建模流程,其中每个卡箍用2个同面并按照节点分布的弹簧组来模拟,真实地反映了管路的几何特征和卡箍的约束状态,能够适应管路系统动应力求解的需求;搭建了对应模态和谐响应分析的试验装置,并将试验结果和仿真结果进行了对比。结果表明:相对于管单元,采用考虑卡箍预紧的管路系统3维有限元建模方法得到的固有频率和应力响应结果更贴近实测结果,仿真计算与实测的振动应力偏差小于20%。