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水利工程論文-燈泡貫流式水電站廠房三維靜動力分析(五)摘要:國內(nèi)水利水電工程建設(shè)目前正處于前所未有的蓬勃發(fā)展時期,許多低水頭徑流式水電站建設(shè)逐步在我國的江河上興建,其中燈泡貫流式水電站由于流道平坦,機(jī)組過流量大、單位轉(zhuǎn)速高、效率高、尺寸小、重量輕、能量及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)好等優(yōu).點(diǎn)成為目前比較普遍的一種開發(fā)型式。然而,由于燈泡貫流式水電站廠房獨(dú)特的布置型式,致使應(yīng)力分布有不同于常規(guī)水電站廠房的特點(diǎn),特別是在高地震烈度區(qū)修建的燈泡貫流式水電站。因此,本項(xiàng)目的研究分析具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。關(guān)鍵詞:燈泡貫流式水電站靜動力計(jì)算分析3廠房結(jié)構(gòu)靜動力分析在ANSYS上的實(shí)現(xiàn)3.1ANSYS軟件介紹77ANSYS是由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國ANSYS公司設(shè)計(jì)開發(fā)的大型通用有限元分析軟件,是第一個通過IS09001質(zhì)量認(rèn)證的大型分析設(shè)計(jì)類軟件,被美國機(jī)械工程師協(xié)會(ASME)、美國核安全局(NOA)及近二十種專業(yè)技術(shù)協(xié)會認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)分析軟件,已在國務(wù)院十七個部委推廣使用。3.1.1ANSYS軟件簡介ANSYS軟件融結(jié)構(gòu)、熱、流體、電、磁、聲學(xué)多個領(lǐng)域?yàn)橐惑w,能與多數(shù)CAD軟件接口(如Pro/Engineer,NASTRAN,Alogor,I-DEAS,AutoCAD等)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換,是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的高級CAD工具之一。它具備功能強(qiáng)大、兼容性強(qiáng)、使用方便和計(jì)算速度快等優(yōu)點(diǎn),是目前最為流行的有限元軟件之一,廣泛應(yīng)用于核工業(yè)、鐵道、石油化工、航空航天、機(jī)械制作、能源、汽車交通、國防軍工、電子、土木工程、生物醫(yī)學(xué)、水利、日用家電等一般工業(yè)和科學(xué)研究領(lǐng)域,是目前世界上唯一可以進(jìn)行禍合場運(yùn)算的有限元分析軟件。ANSYS軟件提供了不斷改進(jìn)的功能清單,具體包括結(jié)構(gòu)高度非線性分析、電磁分析、計(jì)算流體力學(xué)分析、設(shè)計(jì)優(yōu)化、接觸分析、自適應(yīng)網(wǎng)格劃分以及利用ANSYS參數(shù)設(shè)計(jì)語言擴(kuò)展宏命令功能77。軟件基本的模塊包括前處理模塊(PREP7)、分析計(jì)算模塊(SOLUTION)和后處理模塊(POSTl和POST26)三個部分。前處理模塊提供了一個強(qiáng)大的實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分工具,用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型;分析計(jì)算模塊包括結(jié)構(gòu)分析(可進(jìn)行靜動力學(xué)分析、非線性分析和熱學(xué)分析等)、流體動力學(xué)分析、電磁場分析、聲場分析、壓電分析以及多物理場的禍合分析,可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用,具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力;后處理模塊可將計(jì)算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示(可看到結(jié)構(gòu)內(nèi)部)等圖形方式顯示出來,也可將計(jì)算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。ANSYS構(gòu)架分為兩層(圖3-1),一是起始層(BeginLevel),二是處理層(ProcessorLevel)。這兩個層的關(guān)系主要是使用命令輸入時,要通過起始層進(jìn)入不同的處理器。圖3-1ANSYS軟件的基本構(gòu)成為:(1)節(jié)點(diǎn)(Node):節(jié)點(diǎn)是構(gòu)成有限元系統(tǒng)的基本對象,是整個工程系統(tǒng)中的最基本點(diǎn),工程系統(tǒng)中的一個點(diǎn)的坐標(biāo)位置。其具有物理稱義的自由度,該自由度為結(jié)構(gòu)系統(tǒng)受到外力后系統(tǒng)的反應(yīng)。(2)單元(Element):單元是節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)相連而成,單元的組合由各節(jié)點(diǎn)相互連接。單元是構(gòu)成有限元系統(tǒng)的基礎(chǔ),在具有不同特性的材料和不同的結(jié)構(gòu)當(dāng)中,可選用不同種類的單元,單元中包含了物理對象的各種特性,ANSYS提供了100多種不同的單元類型,合適的單元選擇將可以大大提高計(jì)算精度和效率,故使用時必須慎重選擇單元型號。(3)自由度(DegreeOfFreedom):自由度在ANSYS中有重要意義,可以表示工程系統(tǒng)受到外力后的反應(yīng)結(jié)果。其不僅有整體系統(tǒng)的自由度,要在分析中進(jìn)行適當(dāng)約束,而且每個節(jié)點(diǎn)也有自由度,都有各自的坐標(biāo)系和對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)自由度,并且不同單元上的節(jié)點(diǎn)具有不同的自由度。因此在結(jié)構(gòu)分析中選擇合適的單元顯得尤為重要。ANSYS軟件主要技術(shù)特點(diǎn)有以下幾個方面:(1)唯一能實(shí)現(xiàn)多場禍合分析的軟件;(2)唯一實(shí)現(xiàn)前后處理、求解及多場分析統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫的一體化大型FEA軟件;(3)唯一具有多物理場優(yōu)化功能的FEA軟件;(4)唯一具有中文界面的大型通用有限元軟件;(5)強(qiáng)大的非線性分析功能;(6)多種求解器分別適用于不同的問題及不同的硬件配置;(7)支持異種、異構(gòu)平臺的網(wǎng)絡(luò)浮動,在異種、異構(gòu)平臺上用戶界面統(tǒng)一、數(shù)據(jù)文件全部兼容;(8)強(qiáng)大的并行計(jì)算功能支持分布式并行及共享內(nèi)存式并行多種自動網(wǎng)格劃分技術(shù);(9)良好的用戶開發(fā)環(huán)境;(10)支持的圖形傳遞標(biāo)準(zhǔn),如SAT,Parasolid,STEP;(11)與CAD軟件的接口,nigraphics,Pro/ENGINEER,I-Deas,Catia,CADDS,SolidEdge,SolidWorkso3.1.2ANSYS在土木工程中的應(yīng)用ANSYS在世界范圍內(nèi)已經(jīng)成為土木建筑行業(yè)分析軟件的主流,其在鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土房屋建筑、體育場館、橋梁、大壩、銅室、隧道以及地下建筑物等工程中得到了廣泛的應(yīng)用,可以對這些結(jié)構(gòu)在各種外載荷條件下的受力、變形、穩(wěn)定性及各種動力特性做出全面分析,從力學(xué)計(jì)算、組合分析等方面提出了全面的解決方案,為土木工程師提供了功能強(qiáng)大且方便易用的分析手段。ANSYS自身具有強(qiáng)大的實(shí)體建模技術(shù)和三維建模能力,可通過自頂向下或自底向上的方式和布爾運(yùn)算、坐標(biāo)變換等多種手段,建立起諸如體育場館、橋梁、大壩等真實(shí)地反映工程結(jié)構(gòu)的復(fù)雜三維幾何模型。ANSYS提供了智能網(wǎng)格和映射網(wǎng)格兩種基本網(wǎng)格劃分技術(shù)和局部細(xì)分等多種網(wǎng)格劃分工具,可完成精確的有限元模型。其還具有與CAD軟件專用的數(shù)據(jù)接口,能實(shí)現(xiàn)與CAD軟件的無縫幾何模型傳遞,實(shí)現(xiàn)不同分析軟件之間的模型轉(zhuǎn)換,并可讀取多種格式的圖形標(biāo)準(zhǔn)文件。ANSYS的計(jì)算結(jié)果不但可以直觀地用圖形顯示出來,為定性地判斷計(jì)算結(jié)果和和設(shè)計(jì)的合理性帶來了極大的方便,還可以把計(jì)算結(jié)果列表的形式輸出,并對結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行多種計(jì)算處理,使用戶定量地計(jì)算數(shù)據(jù),準(zhǔn)確地得出
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