為設計海洋柔性管纜裝備多軸加載試驗工況,通過建立解析模型和有限元數(shù)值模型研究了彈性梁在軸向拉伸載荷與橫向多集中載荷共同作用下的彎曲變形,以及拉伸載荷、橫向剪力、彎曲剛度等對變形的影響規(guī)律,擬合了彈性梁跨中曲率與多軸載荷的近似關系式。結果表明:解析模型結果與有限元結果吻合較好,可見解析模型的正確性。軸向拉力使得跨中區(qū)域曲率呈現(xiàn)"凹"形態(tài);梁跨中曲率隨拉力增大或剪力減小而迅速減小同時曲率分布更平滑,但隨彎曲剛度的下降呈現(xiàn)先增大后減小;擬合的彈性梁跨中曲率與多軸載荷關系式滿足工程精度要求。 

【文章來源】：科學技術與工程. 2020,20(32)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

拉剪載荷作用下彈性梁受力變形示意圖

模型一端節(jié)點約束3個平移自由度,另一端僅放松管道軸向自由度和扭轉自由度,從而實現(xiàn)兩端鉸支效果。在一端節(jié)點施加x方向集中拉伸力,而后在梁跨特定區(qū)域同時施加y方向若干橫向集中力。分析采用準靜態(tài)加載模塊,并考慮幾何大變形�？紤]該有限元數(shù)值建模方法的有效性在細長柔性管道整體拉彎組合疲勞試驗中得到驗證[7],因此可以直接用來對本文提出的理論方法進行對比驗證。2.2 對比驗證

為了消除管道長度變化因素,在數(shù)值模型中提取節(jié)點彎矩并按照節(jié)點在初始位置的坐標進行彎矩分布繪制,進而與理論模型結果對比,如圖4所示�？梢钥闯�,軸向拉力為0時,管道中間2 m段內曲率恒定,管道處于純彎曲狀態(tài)。當施加軸向拉力后,管道彎矩整體下降,說明拉力使得彈性梁彎矩變形減小,尤其在中間2 m段內,曲率分布呈現(xiàn)“凹”形態(tài),橫向剪力施加處的曲率極大,而管道中間附近曲率相對平緩。隨著軸向拉力線性增大,管道曲率下降幅度逐漸降低,中間曲率越平滑。數(shù)值圖4 不同拉力下彈性梁彎矩分布結果對比


本文編號：3231943