一种高压空气管路流动介质应力分布的模拟方法技术

本发明专利技术涉及一种高压空气管路流动介质应力分布的模拟方法，包括：构建流体管道模型，对所述流体管道模型进行网格划分，获得网格模型；基于所述网格模型进行流体分析，并结合管道运行的工况条件施加边界条件，设置完成后进行求解计算，模拟流体域内的流速和压强分布情况。本发明专利技术可以实现计算模拟不同受力状态、不同尺寸缺陷的损伤参数，达到在模拟实际环境和力学状态的同时提高计算的精度与可靠性。力学状态的同时提高计算的精度与可靠性。力学状态的同时提高计算的精度与可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种高压空气管路流动介质应力分布的模拟方法


[0001]本专利技术涉及模拟试验
，特别是涉及一种高压空气管路流动介质应力分布的模拟方法。

技术介绍

[0002]金属腐蚀是影响管道服役安全和使用寿命的重要因素，由于高压空气管路长期在高温高压并有腐蚀介质的条件下工作，要求高压空气管路用钢满足耐高温性、抗氧化性、耐腐蚀性以及严格的表面质量等。一旦由于腐蚀而引起泄漏或断裂将有可能引发严重安全事故。
[0003]国内外相关高校和科研机构针对石油化工等管道破坏机理和失效压力开展了相关研究工作，取得了许多研究成果。其中沈士明和孙洪彬等采用试验方法和有限元弹塑性分析法，对含腐蚀球形凹坑缺陷的压力管道进行研究，得到了含不同球形腐蚀凹坑缺陷压力管道在内压和弯矩联合作用下的极限载荷。试验研究证明，在内压和外弯矩作用下，腐蚀球形凹坑底部应变值最大；腐蚀凹坑半径相同时，管道的极限载荷随凹坑深度的增加而降低；而凹坑深度相同时，极限载荷随凹坑半径的加大而降低。基于连续介质力学的有限元方法开展腐蚀管道的数值仿真研究，需要一个标准来定义腐蚀管道何时发生破坏。确定腐蚀管道失效压力最广泛使用的是局部塑性失效模式下的应变失效准则以及应力失效准则。然而，因工作压力高测试难度大，目前缺乏针对含缺陷高压空气管道安全评估的数字化建模与仿真工作，导致长周期服役管道的安全评估难以开展。因此，正确得得到高压空气管内流动介质应力的分布，才能准确地选择决定了腐蚀管道失效压力大小的计算准则。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是采用计算流体动力学与静态结构分析相耦合的计算方法，开展模拟不同受力状态、不同尺寸缺陷处的应力应变损伤计算研究。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]一种高压空气管路流动介质应力分布的模拟方法，包括：
[0007]构建流体管道模型，对所述流体管道模型进行网格划分，获得网格模型；
[0008]基于所述网格模型进行流体分析，并结合管道运行的工况条件施加边界条件，设置完成后进行求解计算，模拟流体域内的流速和压强分布情况。
[0009]优选地，对所述流体管道模型进行网格划分，包括：
[0010]分别对所述流体管道模型中的流体域与固体结构进行网格划分，并设置边界层网格的层数和厚度，进行网格划分，分别获得流体域网格模型和固体结构网格模型；
[0011]其中，划分的网格类型包括六面体单元或棱柱。
[0012]优选地，获得所述流体域网格模型，包括：
[0013]将所述流体管道模型通过流体分析模块进行网格划分，并基于全局设置区域设置网格尺寸，靠近管壁处的网格通过添加边界层网格的方式进行加密，获得所述流体域网格
模型。
[0014]优选地，获得所述流体域网格模型后，还包括对所述流体域网格模型设置特殊面，所述特殊面包括流体域的入口、流体域的出口以及流体和固体的界面。
[0015]优选地，基于所述流体域网格模型进行流体分析，包括：
[0016]将所述流体域网格模型自动导入Fluent界面，选择单位制，设置边界条件，对所述流体域网格模型进行初始化和计算，获得流体域内的流速和压强分布情况；
[0017]其中，所述边界条件包括选择所述特殊面的速度入口和压力出口边界条件并输入参数，以及根据实际工况下的相应值设置流速和压强大小；所述单位制与构建所述流体管道模型时的单位保持一致。
[0018]优选地，进行所述流体分析还包括：
[0019]将所述网格模型中的高压空气流体与固体管道进行分隔，对流体域进行材料和服役条件参数的设置，设置完成后对所述流体域内的流速和压强进行求解。
[0020]优选地，对所述固体结构网格模型进行分析包括：
[0021]选择固体结构的材料类型，对所述固体结构进行网格划分，导入流体计算的压强结果，并选择施加位置，设置大气压及固定边界条件，进行求解，获得管道内部的应力分布情况。
[0022]优选地，所述方法还包括：
[0023]基于不同的管道形状，设置不同压缩倍率的空气密度值以及不同的流速，分别计算不同管道形状下管内截面处的应力大小，获取由应力集中和高温、侵蚀性介质环境耦合作用引起应力腐蚀失效的位点，并基于函数公式绘制应力分布示意图。
[0024]优选地，所述函数公式为：
[0025]σ
max
＝1.82441
‑
0.04568*x
‑
0.2*y+0.003*x2+0.0043*y2+0.01*x*y
[0026]其中，x为密度，y为流速，σ
max
为最大应力。
[0027]本专利技术的有益效果为：
[0028]本专利技术采用计算流体动力学与静态结构分析相耦合的计算方法，开展模拟不同受力状态、不同尺寸缺陷处的应力应变损伤计算研究，根据材料损伤类型，建立包含表面球形裂纹缺陷与深埋球形裂纹缺陷的多种管道模型，开展了多缺陷交互作用、多缺陷一体化计算的研究。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]图1为本专利技术实施例中软件分析模块结构示意图；
[0031]图2为本专利技术实施例中使用的管道模型示意图；
[0032]图3为本专利技术实施例中高压气体流体域压强和管道危险截面处的示意图；
[0033]图4为本专利技术实施例中根据大量计算结果拟合出的危险截面处应力曲面图；
[0034]图5为本专利技术实施例中引入缺陷后的部分模型示意图；
[0035]图6为本专利技术实施例中整体方法流程图。
具体实施方式
[0036]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0037]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0038]本专利技术提供了一种高压空气管路流动介质应力分布的模拟方法，如图6，包括：
[0039]1.在Geometry模块建模或导入已建好的模型。随后进入流体分析模块Fluent(如图1)，首先进行网格划分，点击“Mesh”在全局设置区域设置合理的网格尺寸，只对流体域进行网格划分，或者对固体与流体域同时进行网格划分。
[0040]右击“Mesh”添加“Face Meshing”，映射“Mapped Mesh”打开，以生成面网格。随后添加“Method”，设置为“MultiZone”(对于简单模型本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高压空气管路流动介质应力分布的模拟方法，其特征在于，包括：构建流体管道模型，对所述流体管道模型进行网格划分，获得网格模型；基于所述网格模型进行流体分析，并结合管道运行的工况条件施加边界条件，设置完成后进行求解计算，模拟流体域内的流速和压强分布情况。2.根据权利要求1所述的高压空气管路流动介质应力分布的模拟方法，其特征在于，对所述流体管道模型进行网格划分，包括：分别对所述流体管道模型中的流体域与固体结构进行网格划分，并设置边界层网格的层数和厚度，进行网格划分，分别获得流体域网格模型和固体结构网格模型；其中，划分的网格类型包括六面体单元或棱柱。3.根据权利要求2所述的高压空气管路流动介质应力分布的模拟方法，其特征在于，获得所述流体域网格模型，包括：将所述流体管道模型通过流体分析模块进行网格划分，并基于全局设置区域设置网格尺寸，靠近管壁处的网格通过添加边界层网格的方式进行加密，获得所述流体域网格模型。4.根据权利要求3所述的高压空气管路流动介质应力分布的模拟方法，其特征在于，获得所述流体域网格模型后，还包括对所述流体域网格模型设置特殊面，所述特殊面包括流体域的入口、流体域的出口以及流体和固体的界面。5.根据权利要求4所述的高压空气管路流动介质应力分布的模拟方法，其特征在于，基于所述流体域网格模型进行流体分析，包括：将所述流体域网格模型自动导入Fluent界面，选择单位制，设置边界条件，对所述流体域网格模型进行初始化和计算，获得流体域内的流速和压强分布情况；其中，所述边界条件包括选择所述特殊面的速度入...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵存生，董超芳，张振海，仝博，杨冰，丁丰，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：