基于UG礦用排水管壁強度校核

朱紅波 王高建

【摘 要】本文嘗試運用UG軟件的高級校仿真功能來校核礦用排水管壁強度，通過對仿真結果和理論計算結果的對比，驗證了運用UG校核礦用排水管壁強度的可行性。

【關鍵詞】UG;高級仿真;強度校核

0 引言

在煤礦建設和生產中，各種來源的水不斷地涌入礦井，涌入礦井的水統稱為礦水。礦水主要來源于地下水和地表水，水力采煤和水沙充填的礦井，還包括這些廢水。礦井的涌水量與地質條件、氣候及開采方法等因素有關。據統計，每開采一噸煤，要排出2～7噸礦水，有的礦井甚至多達30～40噸。所以及時排除礦水，保證煤礦安全正常生產十分必要。由于容易發生汽蝕現象，限制了吸水高度一般限制在6m之下，所以排水管長度就會很大。如果排水管壁厚度選擇過小，水作用于管壁上的壓力就有可能壓破管壁。所以必須對管壁厚度進行強度校核。下面從理論計算和UG仿真兩個方案進行校核。

原始條件：某礦年產量90萬t，豎井單水平開采，井深185m，礦井正常涌水量為100m3/h，最大涌水量為150m3/h，正常涌水和最大涌水期的天數分別為300d和65d，礦水呈中性，密度為1020kg/m3。

1 理論計算方案過程

1.1 排水管徑的計算

取排水管的經濟流速vp′=1.8m/s，則

查熱軋無縫鋼管外徑壁厚表，選取φ194×5的無縫鋼管為排水管。

1.2 排水管壁的驗算

×+0.001=0.00328=3.28mm

因所選管子壁厚為5m，大于要求的3.28mm，故滿足要求。

式中：δ——管壁厚度，m;

d——所選管子標準管徑，m;

p——水管內部工作壓力。作為估算p=1.1×104HpN/m2;

Hp——排水揚程，m;

R——管材許用應力，無縫鋼管R=80×106N/m2;

C——附加厚度（考慮運輸和其他原因形成的表面損傷）。鑄鐵管c=0.007～0.009m;焊接鋼管c=0.002m;無縫鋼管c=0.001～0.002m。

2 基于UG的求解方案過程

2.1 建模過程

首先，進入UG建模模塊，點擊插入命令下在任務環境里繪制草圖選項，按所選管徑和壁厚數據繪制兩個同心圓，直徑分別為194mm和184mm，然后點擊完成草圖命令，利用拉伸命令把兩個同心圓拉伸100mm創建圓筒形實體管壁。

2.2 對模型施加邊界條件過程

首先，進入高級仿真，選擇新建FEM和仿真，在彈出的對話框里面選擇NX NASTIAN求解器，分析類型為結構分析。然后新建名稱為Solution1的求解方案，求解方案類型為SOL 101 Linear-Global Constraints，并在單元迭代器前打勾選擇。在FEM環境下，指派管道材料為Steel即為45鋼，密度為7.829×103kg/m3，楊氏模量為206940000Pa，泊松比為0.288。然后劃分網格，網格類型為四面體十節點網格，網格大小為5mm，單元數量為15961，節點數量為31493。最后進入sim環境下，在管道兩端施加固定約束，在管道內表面施加2.035MP的流體靜壓力。施加邊界條件結果如圖1所示。

圖1 ? ? ?圖2

2.3 求解和結果分析過程

首先，在求解之前進行單元格檢查，檢查結果錯誤都為零，說明網格劃分合理。然后，點擊求解命令進行求解，同時在求解監視器里面可以看到求解過程沒有錯誤，而且迭代求解收斂。最后，求解完成后，雙擊結果命令，進入后處理導航器，然后單擊單元應力標簽，選擇Von Mises，顯示單元應力云圖如圖2所示。從圖中可以看到最大應力為51.93MP，而熱軋無縫鋼管許用應力80MP，很明顯選用5mm壁厚的熱軋無縫鋼管滿足強度要求。

3 兩種求解方案結果的比較分析

不論是第一種方案的按管徑進行校核還是第二種按應力進行校核，兩種方案的結果都有一定量的安全儲備量，都能夠驗證所選壁厚的鋼管能滿足強度的需要，兩個校核結果相符。鑒于以上兩種求解方案的結果的比較分析，基于ug礦用排水管壁強度校核具有可行性，可以在一定程度上簡化排水管的選型設計計算。

【參考文獻】

[1]毋虎成，聶靜.礦山運輸及固定機械選型設計指導（下）[M].北京出版社，2008.

[2]胡仁喜，康士廷.UGNX8.5動力學與有限元分析從入門到精通[M].機械工業出版社，2014.

[責任編輯：湯靜]