ANSYS二次开发技术在弯管缺陷超声导波检测数值模拟中的应用

　　管道运输业已成为现代社会不可缺少的组成部分,而弯管是管道系统中的重要组成部分,由于在工作中会受到高压、高温和恶劣环境的影响,使弯管经常出现泄漏事故。因此,研究在役弯管的缺陷检测对预测和防范重大恶性事故的发生具有重要意义。超声导波检测技术由于其传播距离远、衰减小且可检测管道的整个截面等特点,成为人们一种新的选择,是管道检测技术的一个前沿方向^[1,2]。

　　关于管道缺陷超声导波检测的分析方法有很多^[3,4],采用通用有限元软件(如ANSYS)进行检测分析即为其中之一。ANSYS是世界上著名的大型有限元分析软件,具有完备的前、后处理功能,强大的求解器以及多种方便而实用的二次开发技术,被广泛用于核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造和土木工程等一般工业及科学研究。然而,作为通用软件不免在某些专业领域中有所欠缺,如不具备直接进行弯管缺陷导波检测数值模拟的功能。针对上述问题,提出采用ANSYS提供的二次开发技术进行弯管缺陷导波检测的数值模拟,为今后AN2SYS在弯管导波检测中的广泛应用奠定了良好的基础,同时也为今后研制和开发大型检测分析软件提供了一条新的途径。

　　1　基于APDL的弯管缺陷导波检测数值模拟的二次开发技术

　　大型通用商业有限元软件ANSYS具有良好的前、后处理功能和求解功能,并具备强大的二次开发功能,因此利用ANSYS开发用户专用的有限元程序具有高效性和高可靠性^[5]。

　　ANSYS为用户提供了多种二次开发技术,用户可以根据自己的需要进行选择。APDL(ANSYSParameter Design Language)是ANSYS参数化设计语言,是一门可用来自动完成有限元常规分析操作,或通过参数化变量方式建立分析模型的脚本语言。这里主要采用它编制了一套通用的弯管检测模块。图1为二次开发项目模块集成示意图。

　　1.1　弯管模型模块

　　弯管模型可由一些特征参数来描述,提取出这些参数,然后在ANSYS中利用其二次开发技术实现弯管的参数化有限元建模,可以大大提高AN2SYS分析的效率。弯管基本参数主要指节点信息、单元信息、材料信息、几何特性信息和缺陷几何特征信息。利用该模块,只需输入相关参数,就可分别快速建立任意长度、壁厚、角度、直径和弯曲半径的带缺陷的弯管模型,并可选取不同材料,划分任意精度的网格。

　　1.2　导波激励模块

　　导波在管道中传播时,具有多个模态。但经试验验证,L(0,2)模态因具有速度最快、易于激发等特点,最适合导波检测^[6,7]。在ANSYS中,模拟L(0,2)模态可以由给管道一侧端部的所有节点施加一个多周期加汉宁(Hanning)窗的正弦轴向位移载荷来实现。