1.背景及意义

以法兰盘为代表的管道连接结构常常是整个系统中最容易发生失效的位置，因此，对管道接头的接触分析就显得尤为必要，由于仿真能够观测处更准确的应力应变情况且时间及经济成本低，故本案例以法兰盘为例，对法兰盘管道接头进行仿真分析。

2.问题描述

图1给出了法兰盘的基本几何尺寸及法兰盘接头的物理模型，其中图1（A）为几何尺寸，图1（B）为物理模型。应当注意的是，考虑到连接处的局部效应，草图中保留了长0.1mm的管道（图中红色标志区域），也正因为如此，此法兰盘接头并非对称结果，但在仿真中，为节约分析时间对模型进行简化分析，采用轴对称单元进行分析，仿真分析全程采用统一的mm建模单位。

图1几何模型（A）几何尺寸（B）物理模型

3.有限元分析

模型采用外部导入方式打开，正式在Abaqus中分析的步骤如下图2所示。主要包括：查看法兰盘接头部件，检查部件模型信息是否丢失、查看部件属性（包括材料参数定义，截面塑性定义、单元定义）、查看装配、检查分析步设置、定义接触（采用自动面面接触）、定义约束（模型两端施加250KN）、最后定义初始边界条件（主要是温度场实现4次25摄氏度→350摄氏度的升温和350摄氏度→25摄氏度的降温）、之后对模型进行等向硬化分析，需要导入材料的实际塑性数据，应当注意：由于拉伸计的限制，一般拉伸样条测试得到的工程应力-工程应变曲线，需要转化为真实应力-应变曲线关系才能用于有限元分析材料的定义。真实的应力应变数据见附件，这里不再单独说明。最后对导入的硬化数据表进行拟合，删除塑性数据中的最后一行重复数据即可提交求解。最后通过可视化后处理模块Visualization进行等效塑性应变及应力云图的分析查看·。得到的云图结果如图3所示。可以发现，法兰盘接头的四周应变值较大，而中间靠近圆心的倒角处反而处于较低的应力应变范围。为了更加清晰反映最大等效塑性应变单元情况，提取出该单元的应力应变曲线如图4所示，其中图4（a）表示最大等效塑性应变单元的轴向应力应变曲线，图4（b）则表示循坏载荷下最大等效塑性应变单元的轴向应力应变曲线。进一步发现：第四次升温和第四次降温应力应变路径没有太大区别，没有表现加工硬化现象。

图2分析步骤

图3应力应变云图（PEEQ等效塑性应变、Mises应力）

图4应力应变曲线（a）最大等效塑性应变单元的轴向应力应变曲线（b）循坏载荷下最大等效塑性应变单元的轴向应力应变曲线

4.结论

通过上述对法兰盘接头的接触仿真分析，基于等向加工硬化参数拟合方法并对比了结果差异，说明了该种仿真方法的一定合理性，可以为各种接头的接触分析提供思路，还可为复合材料RVE模型边界的设置提供参考。