有限元分析有壓管道知識(shí)講解

1、有限元分析有壓管道精品資料水電站建筑物結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)專業(yè)：xxxxx姓名：xxxxx學(xué)號(hào)：xxxxx僅供學(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除謝謝2精品資料1 .概況1.1 工程概況該工程總裝機(jī)容量 2.5kw,尾水用于農(nóng)田灌溉。電站由引水渠 道、壓力前池、壓力管道、廠房和升壓站組成。電站引水系統(tǒng)采用 明管，管道沿山脊蜿蜒而下，全長 2670m具有多個(gè)空間和平面轉(zhuǎn) 換，共設(shè)27個(gè)鎮(zhèn)墩。1.2 計(jì)算內(nèi)容本報(bào)告只針對尾部總長285m的管段，采用鋼板作為內(nèi)襯的鋼筋 混凝土管道方案，斷面如下圖所示。分析其壓力管道內(nèi)部完全沖水 時(shí)的溫度分布、應(yīng)力與變形。內(nèi)部水壓5MPa水溫15° C,外界溫度

2、 35° Co本報(bào)告計(jì)算時(shí)考慮到壓力管道軸向長度與管道截面尺寸相差兩 個(gè)數(shù)量級(jí)，建模時(shí)軸向尺寸太大而影響到截面計(jì)算的準(zhǔn)確性，且同 時(shí)此問題為平面應(yīng)變問題，故而本報(bào)告截取沿垂直于水流方向軸向 長度為5m的有壓管道來進(jìn)行模擬。模擬時(shí)管道兩端約束其軸向方向的位移，忽略基巖的形變，在 管道與基巖相連接處采用全約束的方式來模擬基巖對管道的影響。 鑒于要求考慮的是管道充水時(shí)的溫度分布、變形和應(yīng)力，故而本報(bào)僅供學(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除 謝謝3精品資料沒有考告只考慮了管道內(nèi)部工作壓力為 5MPa時(shí)管道的變形、應(yīng)力, 慮水所受重力與混凝土所受重力對管道充水時(shí)的影響。2 .基本資料2.1 幾何

3、參數(shù)VL9871175廠房僅供學(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除謝謝4精品資料鋼板內(nèi)襯直徑1000mm,鋼板厚26mm ,外包混凝土厚400mm。2.2 材料參數(shù)混凝土參數(shù)：彈性模量：E = 25.5Gpa密度：p = 2400 kg / mA3泊松比：？ = 0.167溫度線膨脹系數(shù)1.0*10 a -5 / C導(dǎo)熱系數(shù)：1.28 W / ( m.K )抗拉強(qiáng)度：抗壓強(qiáng)度：鋼板參數(shù)：彈性模量：E = 210 Gpa密度：p = 7850kg / m 八 3泊松比：？ = 0.3溫度線膨脹系數(shù)1.2*10 a -5導(dǎo)熱系數(shù)：14.7W/ ( m.K )僅供學(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除 謝

4、謝5精品資料屈服強(qiáng)度：3 .計(jì)算結(jié)果及結(jié)論3.1 計(jì)算模型網(wǎng)格劃分情況截面網(wǎng)格劃分情況網(wǎng)格劃分采用選角點(diǎn)劃分，然后直接對體進(jìn)行掃掠3.2 熱分析3.2.1 溫度邊界其外部溫度為35攝氏度，內(nèi)部水溫為15攝氏度僅供學(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除謝謝6精品資料3.2.2 溫度分布溫度分布圖由圖可知，管道單獨(dú)部分溫度沿徑向呈線性分布，整體呈對稱分布。由側(cè)面圖可知其沿軸向方向溫度分布值無明顯變化，表明主 視圖可代表各處截面的溫度分布。ANSYSAN5YS溫度梯度矢量由圖可知，在管道上半部分，混凝土沿徑向由內(nèi)向外呈遞減狀 態(tài)，最大處梯度值為61,最小處梯度值為3.7.由側(cè)面圖可知其沿軸 向方向梯度值

5、無明顯變化，表明主視圖可代表各處截面的溫度梯度 矢量。僅供學(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除謝謝7精品資料3.3 結(jié)構(gòu)一熱耦合分析3.3.1 變形X方向位移由圖可知，x方向變形最大值為0.283mm,變形呈中心對稱分 布。且從側(cè)面圖可看出x方向變形沿軸向方向沒有明顯的變化，故而認(rèn)為主視圖中變形值可代表各截面段的變形值。Y方向位移Y方向位移最大值為0.838mm,最上端的變形最大。且從側(cè)面 圖可看出y方向變形沿軸向方向沒有明顯的變化，故而認(rèn)為主視圖 中變形值可代表各截面段的變形值。僅供學(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除 謝謝8精品資料Z方向位移看圖可知，軸向位移隨軸向深度的不同而改變，因?yàn)楸緢?bào)告

6、采用的是對管道兩端約束其z向位移，故而主視圖無法代表管道截面 處的軸向位移，所以此處z向位移無實(shí)際參考價(jià)值。3.3.2應(yīng)力ANSVS第一主應(yīng)力由圖可知，第一主應(yīng)力最大值為 61Mpa,出現(xiàn)在鋼板上，混凝土上最大拉應(yīng)力約在10MPa附近，混凝土?xí)l(fā)生拉伸破壞，鋼板滿僅供學(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除 謝謝9精品資料足強(qiáng)度要求。且從側(cè)面圖可看出沿軸向方向其應(yīng)力值無明顯變化, 故而認(rèn)為可由主視圖的應(yīng)力值代表各截面的應(yīng)力值。第三主應(yīng)力由圖可知，第三主應(yīng)力最大值為 51Mpa,出現(xiàn)在鋼板上，混凝 土上最大壓應(yīng)力約在8MPa附近，均滿足強(qiáng)度條件。且從側(cè)面圖可 看出沿軸向方向其應(yīng)力值無明顯變化，故而認(rèn)為可由主視圖的應(yīng)力 值可代表各截面的應(yīng)力值。4.結(jié)論與建議本報(bào)告用ANSYS軟件對有壓管道進(jìn)行了模擬，考慮了其受內(nèi) 水壓力和內(nèi)外溫差的影響下的應(yīng)力和變形，在靜力計(jì)算的時(shí)候讀入 溫度分布來間接耦合。結(jié)果發(fā)現(xiàn)混凝土有部分拉力值超過了其抗拉 強(qiáng)度，會(huì)發(fā)生破壞。故而應(yīng)該在混凝土內(nèi)部增加環(huán)向鋼筋來增加其 抗拉