【技术实现步骤摘要】
基于全局寻优迭代算法的埋地柔性管道有限元简化方法
本专利技术涉及管道
,具体是指一种基于全局寻优迭代算法的埋地柔性管道有限元简化方法。
技术介绍
目前分析埋地柔性管结构性能的方法主要有半经验公式和有限元法。半经验公式认为埋地柔性管道在上覆土垂直压力、地面荷载附加应力和管底地基支承反力等的作用下,管道截面可能会出现椭圆化现象,即管壁产生不均匀径向变形。理论假定垂直中线两边对称,但并未假定水平中线上下对称,在推导管环内力计算中应用了弯矩、剪切和载荷的相互关系,且考虑到管道周围的土体力学性能。我国《输气管道工程设计规范》、《输油管道工程设计规范》和《给水排水工程埋地玻璃纤维增强塑料夹砂管管道结构设计规程》(CECS190:2005)都采用了半经验公式理论校核外载作用下的管道截面的径向变形量。但半经验公式理论是一种简化方法,只能对管道结构进行二维截面的变形分析,尚不能分析整个管线的变形情况。有限元法分析方法主要是为了分析复杂的结构系统而发展出来的,它是为了分析对不同荷载条件的结构反应而开发的。目前使用有限元法模拟土压作用的方法主要有弹簧模拟法、管土接触法。弹簧模拟法的引入使得有限元法模拟土压作用问题大为简化,土弹簧参数的确定存在如下困难:(1)难于反映复杂的实际土体效应;(2)难于反应需要精细的管土相互作用;(3)难于实现管道的屈曲分析;(4)难于实现管道的破坏机理研究。管土接触法对于复杂的管件及管线建模存在很大困难,计算参数设置复杂、计算时间长。且有限元的成果与模拟土壤结构物相互作用性状的能力、收敛性 ...
【技术保护点】
1.一种基于全局寻优迭代算法的埋地柔性管道有限元简化方法,其特征在于:包括以下步骤:/n1)利用有限元软件建立管道模型:/n(1.1)利用有限元软件建立管道模型,进行网格划分;/n(1.2)根据相关工程图纸相关参数建立管道有限元模型,所述相关参数包括管长、管道壁厚、管密度、管各向弹性模量、管剪切模量和管泊松比;/n(1.3)对建立的模型进行网格划分,所述网格划分即,轴向管线为总长度的1/600-1/500,环向管线为总长度的1/60-1/48;/n(1.4)对划分好网格的模型进行参数提取,获得各单元、节点空间位置信息(x,y,z);/n2)根据公式计算求得理论柔性管水平方向土压值和管径向总伸长量;/n(2.1)依据相关理论,确定管周静土压分布:作用于管顶的垂直荷载为均布,分布宽度与管道外径相同;管底承受地基垂直反力,均匀分布在管座对应的圆心角2α范围内;管侧承受土壤弹性抗力,其强度按二次抛物线规律分布,作用范围对应圆心角2β,最大抗力与管径水平方向的总伸长量、管道变形滞后系数、管的平均半径有关;/n(2.2)确定管水平方向的最大土压公式,其中最大土压是与管径水平方向的总伸长量相关的变量 ...
【技术特征摘要】
1.一种基于全局寻优迭代算法的埋地柔性管道有限元简化方法,其特征在于:包括以下步骤:
1)利用有限元软件建立管道模型:
(1.1)利用有限元软件建立管道模型,进行网格划分;
(1.2)根据相关工程图纸相关参数建立管道有限元模型,所述相关参数包括管长、管道壁厚、管密度、管各向弹性模量、管剪切模量和管泊松比;
(1.3)对建立的模型进行网格划分,所述网格划分即,轴向管线为总长度的1/600-1/500,环向管线为总长度的1/60-1/48;
(1.4)对划分好网格的模型进行参数提取,获得各单元、节点空间位置信息(x,y,z);
2)根据公式计算求得理论柔性管水平方向土压值和管径向总伸长量;
(2.1)依据相关理论,确定管周静土压分布:作用于管顶的垂直荷载为均布,分布宽度与管道外径相同;管底承受地基垂直反力,均匀分布在管座对应的圆心角2α范围内;管侧承受土壤弹性抗力,其强度按二次抛物线规律分布,作用范围对应圆心角2β,最大抗力与管径水平方向的总伸长量、管道变形滞后系数、管的平均半径有关;
(2.2)确定管水平方向的最大土压公式,其中最大土压是与管径水平方向的总伸长量相关的变量;
最大土压为qH=E'Δ/(2FR);
式中:E'为土体反力模量,Δ为管径水平方向的总伸长量,F为管道变形滞后系数,R为管的平均半径;
采用结构力学的方法,根据管道截面弯矩和圆管挠度方程,确定管径水平方向的总伸长量理论公式,为
式中:Kα为管道基座系数,q为垂直静土压力,Ey为管环向表观弯曲弹性模量,I为管壁单位宽度表观截面惯性矩;所述垂直静土压力可根据回填土容量和管顶覆土深度求得;
(2.3)根据最大土压公式和管径水平方向的总伸长量理论公式,求得理论柔性管水平方向土压值qH和...
【专利技术属性】
技术研发人员:肖俊,卢雪松,方玺,李俊,吕泳,
申请(专利权)人:黄冈师范学院,武汉理工大学,
类型:发明
国别省市:湖北;42
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