案例5 - 三通管道静态裂纹仿真

1.案例介绍

三通管道常用于液体或气体的输送系统中，例如供水管道、燃气管道、化工管道等。如果三通管道发生断裂，可能造成泄漏、爆炸、火灾、人员伤亡以及环境污染等严重后果。因此，进行断裂分析可以帮助我们了解三通管道在承受一定压力和载荷时的疲劳寿命和极限承载能力，从而评估其安全性。通过对断裂模式、断口形态、断面特征以及断裂原因的分析，可以确定管道的强度和可靠性是否满足设计要求，进而优化设计和制造工艺，提高管道的安全性和稳定性。此外，断裂分析还可以帮助识别管道材料的缺陷、腐蚀、疲劳裂纹等问题，及时采取维修或更换措施，预防事故的发生并延长管道的使用寿命。

2.流程介绍

• 前处理与求解设置
  • 学习如何导入几何，自动生成网格
  • 学习如何导入模型网格
  • 学习如何设置模型与材料相关选项
  • 学习如何求解计算
• 后处理结果分析展示
  • 结果云图

步骤一：选择断裂类型

进入断裂分析模块，点击“断裂分析”，在“断裂分析类型”处选择“裂缝静态参数分析”。

步骤二：导入几何

进入断裂分析模块，点击“几何”，上传几何文件Tee.step，本案例几何名为Tee。如下图所示：

步骤三：几何分组

点击“几何”前的“+”，弹出“几何分组”，点击其后的“+”，创建两个面组。

步骤四：划分网格

点击“网格”，“网格划分方法”设置为“自动划分”，“网格划分精度”调至最大。设置完毕后，点击“生成网格”。等网格划分成功后，会显示网格信息。

步骤五：单元设置

点击“单元设置”，在“惯性效应”处选择3D，“单元类型”选择“三维完全积分单元”。

步骤六：全局模型

将“重力加速度”设为9.8，方向沿Y轴负向。

步骤七：材料设置

点击“材料”，可对模型设置全局属性的线性材料，包括“杨氏模量”、“泊松比”、“密度”。

步骤八：裂纹设置

点击“裂纹设置”后的“+”，选择“圆柱”，在圆柱裂纹中根据模型以及裂纹的尺寸设置合理的参数，具体如下图所示：

步骤九：边界条件与载荷

点击“边界条件与荷载”后的“+”，选择“固定支撑”，将施加位置设为面“face_1”；

再次选择边界条件“压强”，设为1e6Pa，施加位置在“face_2”上。

步骤十：求解器设置

打开“网格细化”功能，设“细化迭代数”为2，“细化区域半径”和“粗化区域半径”为0.01；其余设置采用默认设置。

步骤十一：时间步&资源

点击“时间步&资源”，设置“核数选择”为16核，“最大运行时间”为3600s。

步骤十二：结果配置&计算

点击“物理场”后的“+”，选择位移，再次点击，选择应力，“应力种类”为Tresca等效应力。

点击“仿真计算”，开始计算，直至提示成功即可。操作如下图所示：

步骤十三：结果展示

点击“仿真计算”前“+”，查看结果云图。