图3.22 试验和有限元的扭矩-扭转角曲线关系
将有限元得到的扭矩-扭转角曲线和试验的扭矩-扭转角曲线进行对比，如图3.22所示。整体来说，有限元中的扭矩持续增长，直到达到一个最大值而后急剧下降。可以观察到在有限元曲线的初始段也有一个水平段，这是由于每一层之间的不稳定接触造成的。但是有限元相对试验来说，各层之间会以更快的速度完成彼此的接触，所以有限元的初始水平段比试验的初始水平段要短一些。这四条曲线的趋势比较一致。表3.5给出了有限元失效扭转角和失效扭矩，以及试验平均失效扭转角和平均失效扭矩。有限元的失效扭矩和试验的平均失效扭矩误差为7%，这在工程上是可以接受的。试验的失效扭矩和失效扭转角相比有限元失效扭矩和失效扭转角要大，但是试验扭转刚度相对要小，如图3.22的曲线斜率所示。这可能是由于实际试件各层之间的缝隙造成的，这会更容易导致试件各层之间的滑移。由以上结果表明，ABAQUS有限元模型可以有效、可靠地模拟钢带缠绕管的扭转情况。
表3.5 失效扭矩和失效扭转角
图3.23 整管轴向位移-扭转角曲线关系图
至于模型的整管变形，为了观察模型的轴向位移，选择底面耦合点的轴向位移，作出扭转角和这一点轴向位移之间的关系曲线，如图3.23所示。从图中可以观察到，轴向位移随着扭转角的增加而增加，但是增长的速度先增加后下降，如图3.23所示。当扭矩达到了失效扭矩时，模型缩短了大约15 mm，如图3.23中的标记点所示。
当模型的扭矩超过了失效扭矩后，模型屈曲后的形状如图3.24所示，可以观察到这个形状和试验钢带管屈曲后的形状很相似，都出现了椭圆状的变形。通过获取变形截面部分的最大直径和最小直径，可以计算出椭圆度的大小。椭圆度的计算定义为(www.xing528.com)
式中 Dmax、Dmin——管道截面的最大直径和最小直径。
如图3.24所示，在有限元模型的椭圆度计算中，选取最外层变形区域中最明显的变形截面。图3.25显示了四个位置分别对应着位置点1、位置点2、位置点3和位置点4。在接下来的分析中，每一层的椭圆度计算都取对应这四个位置的点计算。椭圆度由这四个点的距离来计算。图3.26给出了计算出的椭圆度-扭矩关系曲线。从这个曲线观察到，扭矩刚开始急速增加，但是随着椭圆度的增加，其增加速率开始减小，直到扭矩达到最大值，之后再开始下降。当扭矩达到失效扭矩时对应的椭圆度为2.2%。在这之后，更为严重的扭转变形出现在管面上。由此可见，随着椭圆度增加，钢带管能承受的扭矩逐渐变小。
图3.24 有限元屈曲后的形状
图3.25 屈曲区域截面的四个位置点
图3.26 最外层的椭圆度-扭矩关系
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