基于ABAQUS的真空管道强度分析

刘云飞

（中国航天空气动力技术研究院，北京 100074）

大型真空管道被广泛应用于各行业真空系统中，其结构安全直接关系到项目的成败。在设计时，需对真空管道的结构强度、模态和失稳特性进行综合分析计算，在保证结构安全的基础上减轻重量，以得到最优化的方案。

大型真空管道分析计算主要利用ABAQUS有限元计算软件进行结构设计和强度核算工作。ABAQUS是一款功能强大的有限元分析软件，在非线性有限元分析中，是国际公认计算最准的求解器模块，领导着全世界非线性有限元技术的发展。本文基于某公司送回风系统的真空主管道，该主管道结构为薄壳结构，利用ABAQUS对其进行屈曲分析和模态分析，得到最优设计方案。

1 计算模型

由于主管道结构为薄壳结构，若1200mm的管道壁面厚度在5～30mm间选择，则其厚径比达到30～120。在这个参数范围内，使用体单元计算会引入大量的畸变误差，为保证计算精度，选用S4R壳体单元，其拥有4个节点单元，且每个节点有6个自由度，包括3个平动自由度和3个转动自由度，可以支持大应变和大变形分析。考虑到计算效率的需要，将对管道进行主管道结构及主管道与波纹管结构进行分析计算。

2 ABAQUS仿真分析

由于管道为薄壳件，在壁厚较小时，容易发生屈曲失稳现象，对管道进行强度分析。材料参数使用304不锈钢材料，其密度为7900kg/m³，弹性模量206GPa，泊松比0.3，屈服极限σb=520MPa。

2.1 无肋结构

（1）静力分析。对DN1200，壁厚5mm管道进行计算，约束为对称约束和点固定约束。同时，对结构施加1个大气压的外压模拟全真空条件，计算结果如下图1所示，结构最大应力为10.63MPa，安全系数为48.9，即在纯压力作用下，此结构是安全的。……