套管输入(第一部分) - CAESAR II - 参考数据

CAESAR II 应用指南

Language
中文 (大陆)
Product
CAESAR II
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参考数据
CAESAR II Version
13

套管有几种建模方法。 最直观的方法是继续使用 经典管道输入(Classic Piping Input)界面构建套管。 第二种方法是复制内管输入文件,然后用CAESER II软件的包含功能合并两个模型。 另一种方法是用“列表(List)”处理器,在预处理器中复制需要的单元。本例采用最后一种方法。

点击 编辑 (Edit)> 列表(List),开始构建套管模型。 软件打开列表选项(List Option)对话框,显示所有相关输入数据。点击单元(Element)选项,查看单元列表及相关delta坐标,参见下图:

对于第一部分套管,按下列步骤复制内管。 复制的区域从泵开始,到阀门结束。

  1. 点击从1105到1110的单元行。

  2. 按住Shift 键,点击从1580到1590的行,这是阀门前面的单元。

    软件高亮显示选中行中间的所有行。

  3. 右键单击高亮显示的列表,选择复制(Duplicate)

  4. 块复制(Block Duplicate)对话框中,点击相同(Identical)

  5. 点击在输入末端(At End of Input),放置复制块。

  6. 指定1000为节点增量,点击OK

    CAESAR II复制块,将所有的节点编号增加1000。这将生成一个与1105~1590相同的管段,但节点编号为2105~2590。

必须对新生成的管段进行三项修改,以形成套管模型。 首先,直径和壁厚分别改为12英寸和schedule 40壁厚系列。可以用列表编辑器(List Editor)查找从2105到2100的单元,再输入新的值。其次,必须指定以下值:套管温度、套管压力、套管保温及套管流体重量。最后,必须把所有夹套管弯头半径从长半径改成短半径。 最直接的修改方式是点击列表选项(List Options )对话框的弯头(Bends) 选项,打开弯头(Bends) 列表。 然后,从节点2120的弯头开始,把半径从长半径(Long) 改成12.0英寸。 必须修改剩下的所有弯头的半径。

完成上述修改后,第一部分套管模型构建完成。此时系统的立体图显示内管被套管覆盖。

两个模型的相对定位正确,但互不相连。 目前为止,所有的操作仅限于几根管道的复制。 从CAESAR II的角度来看,只是同一个输入文件中有两个不连续的管系。 图形模块显示这两个不连续系统起始于相同的位置点,因此本例中套管和内管完全重合。

下一步是正确地连接套管和内管,施加外部约束。套管和内管的连接必须模拟在真实系统中使套管和内管对齐的定位板。 内管和套管的连接在CAESAR II中用关联节点(CNodes)约束模拟。

连接节点与自由度相关。 如果CNode在Y向关联两个节点,则两个节点在Y向的位移相同。 CNodes仅限制两个节点之间的相对位移,并不限制两个节点相对外界的位移。

套管和内管之间连接的模拟从泵口开始。在经典管道输入(Classic Piping Input)对话框中,进入约束输入字段。 在节点1105处添加约束,与节点2105用固定约束(anchor)关联。 该约束关联节点1105和2105的全部六个相对自由度。

然后在节点1110处添加两个约束。两个约束都关联到节点2110,一个是Y向限制,另一个位于Z向限制。两个约束模拟内管和套管之间的定位板。

模拟定位板时,不考虑约束间隙。 定位板和管道之间的实际间隙很小,用带间隙的约束对该隙进行数字模拟将使任务具有很高的非线性。 每个定位板都用带间隙的约束模拟存在收敛问题,很难解决。

节点1110到1120定义第一个弯头。 按以下步骤在电子表单中添加四个约束:

节点1115处设置与节点2115在Y向和Z向的关联。

节点1120处设置与节点2120在X向和Z向约束的关联。 这些约束与管道轴线垂直。 另外,节点2115处还有一个+Y向的外部约束。 在包含2115节点的表单上施加上述支架。

同样,在模型中添加剩余的定位板。

一个完整的输入文件示例JACKET._A随附在[CAESAR II目录]\示例(Examples)文件夹内。

到达节点1590后,将该节点用固定约束(ANCHOR)与节点2590连进行关联。 另外,在节点2525和节点2575处添加弹簧吊架。

除泵和阀门处的两个固定约束外,用关联节点之间的两个垂直轴线方向的约束来模拟套管和内管之间所有的定位板连接。 怎么约束另外四个自由度? 什么能阻止模型产生刚体运动?要解决问题,需要考虑两点。 首先,内管外侧的套管从泵到阀门是连续的。 泵口和阀门处设置了全部六个自由度的节点关联。 其次,平移约束阻止了三个平动方向的运动。 另外,鉴于套管的连续性,这些约束还阻止旋转运动。

构建模型时,必须确保整个模型或部分模型不会发生刚体运动。 有刚体运动的模型会生成奇异刚度矩阵,没有解决办法。举例来说,跨距中点有铰接的悬臂梁就属于此类刚度矩阵奇异的模型。

数据输入进行到这里时,建议用户点击错误检查(Error Check),对模型进行交互式错误检查。CAESAR II保存输入,在错误和警告(Error and Warnings)对话框中报告结果。 必须纠正所有报错以后开始第二部分的套管建模。