[发明专利]球墨铸铁分段管道滑入式接口抗拉弯性能预测方法

权利要求书

1.一种球墨铸铁分段管道滑入式接口抗拉弯性能预测方法，所述球墨铸铁分段管道包括承口、插口和橡胶垫圈，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、确定球墨铸铁分段管道的承口、插口和橡胶垫圈的公称尺寸，创建三维有限元模型，并赋予所述承口、插口和橡胶垫圈的材料属性和相互作用属性；

步骤2、基于有限元模拟球墨铸铁分段管道滑入式接口的轴向拉拔及四节点弯曲拟静力加载试验，施加载荷和边界条件，得到球墨铸铁分段管道接口的轴向抗拉性能及横向抗弯性能；

步骤3、计算不同管径球墨铸铁分段管道滑入式接口的抗拉弯性能，对计算结果进行一元回归分析，得到基于管径的所述球墨铸铁分段管道滑入式接口抗拉弯性能预测模型；

步骤2中，轴向拉拔静力加载试验包括：

创建2个静力分析步，所述插口端部表面创建积分输出截面；

施加载荷和边界条件，包括：对称面施加对称边界条件，在第一个分析步中所述承口端部施加固定边界条件，所述插口端部施加轴向位移荷载压缩未变形的橡胶垫圈，在第二个分析步中所述承口端部施加固定边界条件，所述插口端部施加轴向位移荷载拔出插口，提交计算；

输出所述积分输出截面的轴力，得到所述接口的轴向拉力-轴向位移关系；

步骤2中，四节点弯曲拟静力加载试验包括：

创建3个静力分析步，所述承口、插口靠近接口位置表面创建积分输出截面；

所述承口、插口端面中心创建参考点，所述承口、插口端面与其对应参考点创建运动耦合约束；

施加载荷和边界条件，包括：对称面施加对称边界条件，在第一个分析步中所述承口端部施加固定边界条件，所述插口端部施加轴向位移荷载压缩未变形的橡胶垫圈，在第二个分析步中以所述接口为中心对称的支撑点施加固定位移荷载，以所述接口为中心对称的端部加载点施加竖向位移荷载，在第三个分析步中取消激活所述加载点的竖向位移荷载，所述参考点施加弯矩荷载，提交计算；

输出所述积分输出截面的弯矩，得到所述接口的弯矩-相对转角关系。

2.如权利要求1中所述球墨铸铁分段管道滑入式接口抗拉弯性能预测方法，其特征在于：步骤1中，是根据ABAQUS中的CAE方式创建三维有限元模型，其包括：启动ABAQUS软件；

向ABAQUS提供橡胶垫圈的踵部部分和球部部分的单轴试验数据，采用一阶Ogden模型拟合所述踵部部分的输入试验数据，采用二阶多项式模型拟合所述球部部分的输入试验数据；

采用C3D8R单元类型将所述承口、插口三维模型划分为六面体单元，采用C3D8RH单元类型将所述橡胶垫圈三维模型划分为六面体单元；

设置所述承口、插口和橡胶垫圈之间的接触和摩擦；

所述橡胶垫圈采用任意拉格朗日欧拉自适应网格划分技术。

3.如权利要求2中所述球墨铸铁分段管道滑入式接口抗拉弯性能预测方法，其特征在于：承口、插口和橡胶垫圈之间的接触和摩擦的设置如下：所述橡胶垫圈底部与所述承口绑定约束，所述承口、插口和橡胶垫圈之间的接触模型采用面-面接触，法向接触行为硬接触，切向接触行为罚摩擦。

4.如权利要求1中所述球墨铸铁分段管道滑入式接口抗拉弯性能预测方法，其特征在于：

步骤1中，是根据ABAQUS中的CAE方式创建三维有限元模型；

步骤2中，模拟不同管径所述球墨铸铁分段管道滑入式接口的轴向拉拔拟静力加载试验和四节点弯曲拟静力加载试验，得到不同管径所述接口的轴向拉力-轴向位移及弯矩-相对转角关系；

且，步骤4包括：

将所述球墨铸铁分段管道滑入式接口的轴向拉力-轴向位移关系简化为具有Fn、U₀两个特征参数的轴向双线性简化模型；

将所述球墨铸铁分段管道滑入式接口的弯矩-相对转角关系简化为具有θ₁、K₁、K₂三个特征参数的横向双线性简化模型；

基于不同管径所述接口抗拉弯性能的计算结果对所述特征参数进行一元回归分析，得到所述球墨铸铁分段管道滑入式接口抗拉弯性能预测模型为：

Fn＝325.6DE²-114.29DE+19.41R²＝0.9848

U₀＝13.223DE+3.37R²＝0.9734

K₁＝0.07564e^4.166DE R²＝0.9979

K₂＝91.971DE²-9.0911DE+1.5849R²＝0.9953

式中：Fn代表所述接口的峰值轴向拉力，单位为kN；U₀代表所述接口达到峰值轴向拉力时的轴向位移，单位为mm；K₁代表所述接口相对旋转角度达到允许旋转角θ₁之前的抗弯刚度，单位为kN·m/°；K₂代表所述接口相对旋转角度超过允许旋转角θ₁之后的抗弯刚度，单位为kN·m/°；DE代表所述球墨铸铁分段管道的管道外径，单位为m；R²代表拟合优度确定系数；

基于所述球墨铸铁分段管道滑入式接口的抗拉弯性能预测模型和管道外径，求得所述接口轴向、横向双线性简化模型所需特征参数，得到所述接口的轴向抗拉、横向抗弯性能曲线。