【APDL Showcase研读分享】螺纹套筒分析（2D扩展3D）

本showcase演示了从二维到三维分析（EEXTRUDE）的能力和优点，这些问题需要将二维模型解决方案扩展到相应的三维体，以便解决方案可以在三维模型的基础上继续。

本案例技术重点有：

1、2D模型扩展3D模型（EEXTRUDE）

2、将计算结果从二维网格映射到新的三维网格，并重新平衡结果 (MAP2DTO3D)。

3、通过多帧重启动继续分析3d模型。（RESTART）

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【简介】

    螺纹管连接器（套筒）在石油、天然气和海上管道应用中很常见。套筒必须承受苛刻的操作条件，因为它们通常要承受内部压力、轴向拉拔、弯曲和扭转载荷。本例对一副螺纹套筒进行以上荷载下的分析，并考虑详细的螺纹结构。

    使用3d模型模拟是非常费力和耗时的。对于3d模型，一些轴对称载荷很重要且很难通过接触来解决，而且在详细检查螺纹连接时通常需要一个精致的网格。

    对本例，因为前几个阶段的荷载 (如内部压力和轴向拉拔)在本质上是轴对称的，而不对称荷载造成的变形(如弯曲)发生后，你可以使用APDL的2d扩展3d分析能力执行一个简单的2d轴对称分析早期的分析，在扩展到3d模型之后再进行非对称荷载下的三维分析。

【案例介绍】

    如图所示的一副螺纹套筒，首先建立了其二维轴对称模型，并详细考虑了其螺纹结构。对此螺纹套筒结构进行承受内部压力、轴向拉拔、弯曲载荷下的静力分析。

    其中，内部压力、轴向拉拔是对称的荷载，因此使用二维轴对称模型可以很方便地进行求解。弯曲荷载是非对称荷载，需要将二维轴对称模型扩展到三维后进行分析。

该案例的荷载施加和求解思路如下：

STEP1：进行二维轴对称分析内部压力和套筒端帽轴向加载。

    对具有大变形效应下(NLGEOM,ON)的结构进行了5个加载步骤的静力分析。分析涉及两个完整的压力加载/卸载循环。在第五步加载中，施加最终的内部压力值和端帽轴向载荷。

STEP2：进行二维模型向三维模型扩展

①从第5荷载步启动MAP2DTO3D。（START）

②将二维网格扩展到三维网格。  (EEXTRUDE)

③传递边界条件，压力载荷，应用节点力，应用MAP2DTO3D，应用边界和载荷。（FINISH）

④将节点和单元的结果从2-D模型映射3-D模型，并开始重新平衡求解。（SOLVE）

STEP3：对弯曲荷载下的套筒三维模型进行求解（多帧重启动multiframe restart）

【命令流简析】

!!!!2D向3D扩展关键命令流
/clear,nostart
/solu
MAP2DTO3D,START,5,         !从第5荷载步启动2Dto3D扩展
allsel,all
shpp,off
EEXTRUDE,axis,40,,,,,,     
!定义轴对称扩展，40为环向扩展份数，注意份数不易太小
rmod,21,6,-0.1
map2dto3d,finish
map2dto3d,solve           !结果映射到三维模型，并平衡求解
finish

!!!!!重启动并施加非对称荷载求解
/clear,nostart
/solu
antype,,restart,5,                 !设置重启动（第5荷载开始）
allsel,all
time,6
!此前已将端面耦合到点pilotnode上，可对点施加转角达到施加弯曲荷载目的
d,pilotnode,all               
d,pilotnode,rotz,-0.001745*4
nsub,50,1000,50
outres,all,10
allsel,all 
solve

【计算结果】

    如下图所示：对第1-5荷载步，由于内部压力和拉拔力的对称性，采用二维模型进行计算，计算速度非常客观。后处理中也很方便地用轴对称显示功能获得较好的显示效果。

     对第6荷载步，由于弯曲荷载为非对称荷载，需要采用三维模型进行计算，本文采用二维向三维扩展的计算方法，节省了前面对称荷载的计算时间，从非对称荷载的加入再开始采用三维模型计算。