ANSYS计算温度场及应力场

基于ANSYS有限元软件实现施工温控仿真的主要技术

(1)研究方法和分析流程

本次计算利用ANSYS软件来进行象鼻岭碾压混凝土拱坝全过程温控仿真计算分析。具体分析流程如下:

1)收集资料:包括工程气象水文资料、大坝体型、热力学参数、工程进度、施工措施、防洪度汛和蓄水等。

2)整理分析资料:参数拟合、分析建模方法。 3)建模:采用ANSYS软件进行建模,划分网格。

4)编写计算批处理程序:根据资料结合模型编写计算温度场的ANSYS批处理程序。

5)检查计算批处理程序:首先检查语句,然后导入计算模型检查所加荷载效果。

6)计算温度:使用ANSYS软件温度计算模块进行计算。

7)分析温度结果:主要分析各时刻的温度场分布和典型温度特征值。 8)应力计算建模:模型结构尺寸与温度分析模型相同,需要改变把温度分析材料参数改为应力分析材料参数。

9)计算应力:使用ANSYS软件温度应力计算模块和自编的二次开发软件进行计算。

10)分析应力结果:主要分析应力场分布和典型应力特征值。

11)编写报告:对计算流程和结果实施进行提炼总结,提出可行的温控指标和措施。

(2)前处理 1)建模方法选择。

有限元建模一般有两种方法:一种为通过点线面几何拓扑的方法建模,这种建模方法精确,但是比较费时。对于较大规模的建模任务花费时间太多。另一种为通过其他软件导入,如CAD,通过在其他软件中建模,然后输出为ANSYS可以识别的文件类型,再导入ANSYS中完成建模过程,这种建模方式精度较直接建模的精度要稍低一些,但是由于要求建模的模型已经在CAD软件中完成了

初步建模,可以直接拿来稍作处理即可应用,时间花费较少。本计算选用从CAD软件导入ANSYS中来建立模型。

2)建模范围。

建模范围可以分为全坝段建模和单坝段建模,全坝段建模可以全面反映整个坝体的温度和应力情况,但是建模难度高、计算量大;单坝段建模建模难度小,计算量也相对较小,一般情况下单坝段建模即可满足要求。

3)施工模拟层厚。

根据已建碾压混凝土坝经验,碾压层厚一般为0.3m左右,按照0.3m一层建模是最精确的,但是如果按照0.3m一层建模,计算网格数量巨大,计算时间长,对于硬件要求较高,在硬件和时间达不到要求的情况下,按照3m一层以下精度都是可以基本满足要求的。

4)分区模拟。

由于各分区混凝土水化热差别较大,对于温度计算影响较大,因此建模要尽量反映混凝土大坝内部分区变化。基岩由于对混凝土只是导热作用,且影响范围在10m左右,因此在计算时可以认为是均质体,计算热力学参数采用靠近建基面的地层参数。

5)参数选取。

参数一般选择可研阶段的材料试验报告,如果项目部未能提供这些资料,可以在征求同意的前提下,通过查阅相关书籍,尽量采取相似工程的资料。

(3)计算

1)ANSYS计算模块。

ANSYS计算温度场模块由其自带,可以直接进入模块计算。 2)化学产热模拟。

通过ANSYS中产热命令BFE模拟。 3)边界条件模拟。

①对流边界条件通过命令SFA模拟。 ②接触散热边界条件通过命令D模拟。 4)浇筑模拟。

通过ANSYS中的生死单元功能实现,初始阶段所有单元均为死单元,死单

元默认弹模为一个很小的值,其对于结构的力学性能基本没有影响。第一步先把地基激活,恢复原有材料属性;然后随着时间推移,激活每一层浇筑的混凝土,以此来模拟浇筑进程。

5)计算方法。

计算通过内部产热的外部边界条件的相互作用,计算热量在材料内部的转移过程,得到不同时刻的温度场分布。应力计算在综合考虑结构作用和荷载作用情况下,得出不同时刻的瞬时应力状态。

(4)后处理。

1)特征点温度变化曲线和温度场分布

对于内部散热较慢点、表面直接散热点和表面附近散热较快点分别取特征结点,并通过ANSYS中历时曲线绘制功能,得出其特征点温度变化曲线和温度场分布,根据其变化规律判断仿真分析是否基本合理。

2)特征点应力变化曲线和应力等值线分布

对于内部散热较慢点、表面直接散热点和表面附近散热较快点分别取特征结点,并通过ANSYS中历时曲线绘制功能,得出其特征点应力变化曲线和应力等值线分布,根据其变化规律判断仿真分析是否基本合理,提出可行的温控方案。

(5)结果分析。

按照规范要求和计算结果分析内外温差、基础温差等温控标准,同时结合有限元结果分析危险区域和危险时段,以此为依据提出合理化的温控建议和温控措施。

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