基于UG矿用排水管壁强度校核

朱红波 王高建

【摘 要】本文尝试运用UG软件的高级校仿真功能来校核矿用排水管壁强度，通过对仿真结果和理论计算结果的对比，验证了运用UG校核矿用排水管壁强度的可行性。

【關键词】UG;高级仿真;强度校核

0 引言

在煤矿建设和生产中，各种来源的水不断地涌入矿井，涌入矿井的水统称为矿水。矿水主要来源于地下水和地表水，水力采煤和水沙充填的矿井，还包括这些废水。矿井的涌水量与地质条件、气候及开采方法等因素有关。据统计，每开采一吨煤，要排出2～7吨矿水，有的矿井甚至多达30～40吨。所以及时排除矿水，保证煤矿安全正常生产十分必要。由于容易发生汽蚀现象，限制了吸水高度一般限制在6m之下，所以排水管长度就会很大。如果排水管壁厚度选择过小，水作用于管壁上的压力就有可能压破管壁。所以必须对管壁厚度进行强度校核。下面从理论计算和UG仿真两个方案进行校核。

原始条件：某矿年产量90万t，竖井单水平开采，井深185m，矿井正常涌水量为100m3/h，最大涌水量为150m3/h，正常涌水和最大涌水期的天数分别为300d和65d，矿水呈中性，密度为1020kg/m3。

1 理论计算方案过程

1.1 排水管径的计算

取排水管的经济流速vp′=1.8m/s，则

查热轧无缝钢管外径壁厚表，选取φ194×5的无缝钢管为排水管。

1.2 排水管壁的验算

×+0.001=0.00328=3.28mm

因所选管子壁厚为5m，大于要求的3.28mm，故满足要求。

式中：δ——管壁厚度，m;

d——所选管子标准管径，m;

p——水管内部工作压力。作为估算p=1.1×104HpN/m2;

Hp——排水扬程，m;

R——管材许用应力，无缝钢管R=80×106N/m2;

C——附加厚度（考虑运输和其他原因形成的表面损伤）。铸铁管c=0.007～0.009m;焊接钢管c=0.002m;无缝钢管c=0.001～0.002m。

2 基于UG的求解方案过程

2.1 建模过程

首先，进入UG建模模块，点击插入命令下在任务环境里绘制草图选项，按所选管径和壁厚数据绘制两个同心圆，直径分别为194mm和184mm，然后点击完成草图命令，利用拉伸命令把两个同心圆拉伸100mm创建圆筒形实体管壁。

2.2 对模型施加边界条件过程

首先，进入高级仿真，选择新建FEM和仿真，在弹出的对话框里面选择NX NASTIAN求解器，分析类型为结构分析。然后新建名称为Solution1的求解方案，求解方案类型为SOL 101 Linear-Global Constraints，并在单元迭代器前打勾选择。在FEM环境下，指派管道材料为Steel即为45钢，密度为7.829×103kg/m3，杨氏模量为206940000Pa，泊松比为0.288。然后划分网格，网格类型为四面体十节点网格，网格大小为5mm，单元数量为15961，节点数量为31493。最后进入sim环境下，在管道两端施加固定约束，在管道内表面施加2.035MP的流体静压力。施加边界条件结果如图1所示。

图1      图2

2.3 求解和结果分析过程

首先，在求解之前进行单元格检查，检查结果错误都为零，说明网格划分合理。然后，点击求解命令进行求解，同时在求解监视器里面可以看到求解过程没有错误，而且迭代求解收敛。最后，求解完成后，双击结果命令，进入后处理导航器，然后单击单元应力标签，选择Von Mises，显示单元应力云图如图2所示。从图中可以看到最大应力为51.93MP，而热轧无缝钢管许用应力80MP，很明显选用5mm壁厚的热轧无缝钢管满足强度要求。

3 两种求解方案结果的比较分析

不论是第一种方案的按管径进行校核还是第二种按应力进行校核，两种方案的结果都有一定量的安全储备量，都能够验证所选壁厚的钢管能满足强度的需要，两个校核结果相符。鉴于以上两种求解方案的结果的比较分析，基于ug矿用排水管壁强度校核具有可行性，可以在一定程度上简化排水管的选型设计计算。

【参考文献】

[1]毋虎成，聂静.矿山运输及固定机械选型设计指导（下）[M].北京出版社，2008.

[2]胡仁喜，康士廷.UGNX8.5动力学与有限元分析从入门到精通[M].机械工业出版社，2014.

[责任编辑：汤静]