摘要：采用有限元分析軟件ANSYS對(duì)塑鋼纏繞排水管進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和環(huán)剛度驗(yàn)證，通過(guò)理論計(jì)算和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的 對(duì)比來(lái)驗(yàn)證有限元法的有效性和準(zhǔn)確性，為塑鋼纏繞排水管其他管徑和帶材截面的設(shè)計(jì)研發(fā)提供更為準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)
關(guān)鍵詞：塑鋼纏繞排水管；環(huán)剛度；有限元分析
以往，我國(guó)的埋地排水管基本上采用的是鑄鐵 管、混凝土管和鋼筋混凝土管等剛性管道系統(tǒng)。近半 個(gè)世紀(jì)以來(lái)，隨著高分子材料及高分子聚合技術(shù)的快 速發(fā)展，管道領(lǐng)域發(fā)生了重大變革，“以塑代鋼”成 為一種趨勢(shì)，國(guó)際上塑料埋地排水管已經(jīng)廣泛應(yīng)用了 幾十年。由于塑料埋地排水管的獨(dú)特優(yōu)越性加上政府 的鼓勵(lì)和支持，近年來(lái)國(guó)內(nèi)應(yīng)用市場(chǎng)迅速發(fā)展。深圳 華瀚管道科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)華瀚管道）是一 家專(zhuān)業(yè)從事給排水管道的研發(fā)、生產(chǎn)、銷(xiāo)w的高新技 術(shù)企業(yè)，塑鋼纏繞筲是華瀚管道產(chǎn)品中自主創(chuàng)新，擁 有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型鋼塑復(fù)合重力m流符道產(chǎn)品， 已編制為閨家建設(shè)部《聚乙烯銦鋼纏繞排水管》行 業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（CJ/T 270-2007)。該管道產(chǎn)品由鋼塑復(fù)合 的異型帶材經(jīng)螺旋纏繞焊接制成，該種鉀材具有耐腐 蝕、質(zhì)lit輕、安裝簡(jiǎn)便、通流W大、壽命長(zhǎng)（50年） 等優(yōu)點(diǎn)，屬建設(shè)部推薦的環(huán)保型鉍色產(chǎn)品。
本文.結(jié)合杳限元分析軟件ANSYS對(duì)塑鋼纏繞排 水管進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，通過(guò)帶材規(guī)格的理論計(jì)算和實(shí)測(cè) 數(shù)據(jù)修正M限元模型，進(jìn)而推導(dǎo)同系列不問(wèn)管徑的環(huán)
剛度數(shù)值，以此作為現(xiàn)有管材外其他管徑纏繞管的設(shè) 計(jì)依據(jù)。借助有限元的優(yōu)化功能，在保證公司產(chǎn)品滿(mǎn) 足環(huán)剛度要求的前提下減少原材料的用量，提高產(chǎn)品 的性?xún)r(jià)比和更強(qiáng)的市場(chǎng)克爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
圖丨塑鋼纏繞管異型帶材截面
2塑鋼纏繞管有限元計(jì)算
以國(guó)家建設(shè)部《聚乙烯塑鋼纏繞排水管》行業(yè) 標(biāo)準(zhǔn)CJ/T 270—2007為分析依據(jù)，本文分析以DN/ IN2_SN10為例。塑鋼纏繞管截面形式規(guī)則，有限 元建模時(shí)不做任何簡(jiǎn)化，對(duì)鋼帶和PE分別建模并分 配不同的材料屬性，力求分析結(jié)果真實(shí)可靠。為提高 有限元模型的分網(wǎng)及求解速度要求，在保證計(jì)算精度 前提下，僅對(duì)纏繞管的一個(gè)螺距建模，有限元模型如 圖3所示。
方法求解分析模型DN/1N2000SN10的環(huán)剛度S。ISO 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于管材的環(huán)向剛度稱(chēng)為環(huán)剛度，其物理意義是 一個(gè)管環(huán)斷面的剛度，可以用以下的公式計(jì)算：
從環(huán)剛度的f種分析結(jié)果（見(jiàn)表l)可知，有限 元分析結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)值誤差僅有0. 106 kN/m2,遠(yuǎn)比 理論計(jì)算結(jié)果的（1.1 kN/m2)接近實(shí)際。這是因?yàn)?理論計(jì)算時(shí)由于采用的簡(jiǎn)化模型未考慮帶材螺距變化 的原因。為避免單一結(jié)果誤差，進(jìn)行多組數(shù)據(jù)對(duì)比分 析，如下表2所示。
5結(jié)束語(yǔ)
本文采爪有限兀分析軟件ANUS對(duì)華瀚骨道的 塑鋼纏繞排水管進(jìn)行環(huán)剛度設(shè)計(jì)，從分析結(jié)果與理論 計(jì)算和實(shí)測(cè)數(shù)值的對(duì)比可知，有限元分析方法能夠精 確地計(jì)算出纏繞管的環(huán)剛度數(shù)值和變形應(yīng)力極限數(shù) 值，這為纏繞管的前期設(shè)計(jì)提供了一個(gè)更為準(zhǔn)確和有 效的分析方法，將為其他異型結(jié)構(gòu)管材的研發(fā)設(shè)計(jì)提 供便利。
