預(yù)應(yīng)力罐體結(jié)構(gòu)有限元模型網(wǎng)格劃分方法
【專利摘要】預(yù)應(yīng)力罐體結(jié)構(gòu)有限元模型網(wǎng)格劃分方法屬于有限元仿真分析領(lǐng)域。本方法包括：（1）徑向網(wǎng)格劃分、（2）環(huán)向網(wǎng)格劃分和（3）豎向網(wǎng)格劃分；其中，（1）徑向網(wǎng)格劃分是指沿罐體徑向按罐體壁厚的0.25—0.5倍為間距選取格點(diǎn)，（2）環(huán)向網(wǎng)格劃分是指按（4）豎向預(yù)應(yīng)力筋間距的0.25—1倍為間距選取格點(diǎn)，（3）豎向網(wǎng)格劃分是指，按環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋間距的1—2倍為間距選取格點(diǎn)。采用本方法進(jìn)行網(wǎng)格劃分能夠提高預(yù)應(yīng)力罐體結(jié)構(gòu)的計(jì)算精度，降低計(jì)算規(guī)模和計(jì)算成本，有效解決了預(yù)應(yīng)力罐體結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分?jǐn)?shù)量和計(jì)算經(jīng)濟(jì)性之間的平衡，可以廣泛應(yīng)用到具有預(yù)應(yīng)力罐體結(jié)構(gòu)的LNG儲罐和核電安全殼項(xiàng)目中。
【專利說明】預(yù)應(yīng)力罐體結(jié)構(gòu)有限元模型網(wǎng)格劃分方法
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明涉及一種新型的預(yù)應(yīng)力罐體結(jié)構(gòu)有限元模型網(wǎng)格劃分方法，屬于有限元仿真分析領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】:
[0002]隨著有限元理論和計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)技術(shù)和軟件越來越成熟，已經(jīng)逐漸成為工程技術(shù)人員從事產(chǎn)品開發(fā)、科學(xué)研究的得力助手和有效工具，與此同時(shí)，實(shí)際工程有限元模型越來越復(fù)雜。劃分網(wǎng)格是建立有限元模型的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它要求考慮的問題較多，需要的工作量較大，所劃分的網(wǎng)格形式對計(jì)算精度和計(jì)算規(guī)模將產(chǎn)生直接影響。網(wǎng)格數(shù)量的多少將影響計(jì)算結(jié)果的精度和計(jì)算規(guī)模的大小。一般來講，網(wǎng)格數(shù)量增加，計(jì)算精度會有所提高，但同時(shí)計(jì)算規(guī)模和計(jì)算成本也會增加。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0003]為了提高預(yù)應(yīng)力罐體結(jié)構(gòu)的計(jì)算精度，降低計(jì)算規(guī)模和計(jì)算成本，本發(fā)明提出一種新型的有限元模型網(wǎng)格劃分方法，本方法有效解決了預(yù)應(yīng)力罐體結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分?jǐn)?shù)量和計(jì)算經(jīng)濟(jì)性之間的平衡，可以廣泛應(yīng)用到具有預(yù)應(yīng)力罐體結(jié)構(gòu)的LNG儲罐和核電安全殼項(xiàng)目中。
[0004]預(yù)應(yīng)力罐體結(jié)構(gòu)包括預(yù)應(yīng)力筋和鋼筋混凝土 ；有限元模型中，預(yù)應(yīng)力筋采用線單元進(jìn)行劃分，鋼筋混凝土采用六面體單元進(jìn)行劃分。網(wǎng)格劃分包括:徑向網(wǎng)格劃分、環(huán)向網(wǎng)格劃分和豎向網(wǎng)格劃分；其中，徑向網(wǎng)格劃分是指沿罐體徑向按罐體壁厚的0.25—0.5倍為間距選取格點(diǎn)，經(jīng)研究分析，由于預(yù)應(yīng)力罐體結(jié)構(gòu)一般布置多層鋼筋網(wǎng)片，且內(nèi)部設(shè)有環(huán)向和豎向預(yù)應(yīng)力筋，預(yù)應(yīng)力筋一般布置在中心處，預(yù)應(yīng)力筋張拉時(shí)會對周圍混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力，這個(gè)影響范圍在0.25h范圍內(nèi)，因此選取0.25倍間距時(shí)既與結(jié)構(gòu)布置相一致，又能更好的分析截面范圍內(nèi)各個(gè)區(qū)域的受力性能，并使計(jì)算效率最優(yōu)。
[0005]環(huán)向網(wǎng)格劃分是指按豎向預(yù)應(yīng)力筋間距的0.25-1倍為間距選取格點(diǎn)，由于此類結(jié)構(gòu)在豎向預(yù)應(yīng)力筋間會出現(xiàn)較多溫度應(yīng)力，0.5倍豎向預(yù)應(yīng)力處溫度應(yīng)力較大，為了分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，選取0.5倍豎向預(yù)應(yīng)力筋間距為最優(yōu)。
[0006]豎向網(wǎng)格劃分是指，按環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋間距的I一2倍為間距選取格點(diǎn)。豎向網(wǎng)格劃分對有限元分析結(jié)果的影響最小，為了計(jì)算的經(jīng)濟(jì)性，可以適當(dāng)加大網(wǎng)格間距，但由于計(jì)算的精度和洞口原因，間距也不可過大，經(jīng)過模擬驗(yàn)證環(huán)向選取I倍間距時(shí)，計(jì)算結(jié)果精度好，計(jì)算速度較快，且能夠有效的分析結(jié)構(gòu)洞口細(xì)部情況。
[0007]進(jìn)一步其中，(I)徑向網(wǎng)格劃分是指沿罐體徑向按罐體壁厚的0.25倍為間距選取格點(diǎn)，(2)環(huán)向網(wǎng)格劃分是指按(4)豎向預(yù)應(yīng)力筋間距的0.5倍為間距選取格點(diǎn)，(3)豎向網(wǎng)格劃分是指，按環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋間距的I倍為間距選取格點(diǎn)。
[0008]當(dāng)遇到結(jié)構(gòu)洞口時(shí)，在洞口周圍網(wǎng)格尺寸縮小1-2倍，網(wǎng)格尺寸縮小范圍是洞口尺寸擴(kuò)大一個(gè)墻厚尺寸。[0009]采用本網(wǎng)格劃分方法能夠節(jié)省建立有限元模型的時(shí)間，可以進(jìn)行分塊話建模，使模型構(gòu)成簡單，修改方便，容易控制單元數(shù)量，縮小了計(jì)算規(guī)模。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0010]圖1結(jié)構(gòu)平面圖
[0011]圖2為圖1結(jié)構(gòu)的立面圖
[0012]圖3為圖1中選取的A-A局部有限元模型網(wǎng)格劃分示意圖
[0013]圖4最后網(wǎng)格劃分結(jié)果圖
[0014]圖中:1徑向網(wǎng)格劃分，2是環(huán)向網(wǎng)格劃分，3是豎向網(wǎng)格劃分，4是豎向預(yù)應(yīng)力筋
【具體實(shí)施方式】:
[0015]實(shí)施例1
[0016]某LNG儲罐，立面如圖1所示，混凝土強(qiáng)度等級為C50 ;外罐直徑:83.6m,內(nèi)罐直徑:82m ;罐壁厚:0.8m ;筒身墻頂標(biāo)高:39.689 ;預(yù)應(yīng)力鋼筋采用19束T15.7 (截面150mm2)低松弛鋼絞線，豎向預(yù)應(yīng)力筋間距為4°弧長，。
[0017]有限元模型中，預(yù)應(yīng)力筋采用LinkS單元進(jìn)行模擬，鋼筋混凝土單元選取Solid65六面體單元進(jìn)行模擬。徑向網(wǎng)格劃分按照罐體壁厚的0.25選取格點(diǎn)，格點(diǎn)間距為200mm。
[0018]環(huán)向網(wǎng)格劃分按豎向預(yù)應(yīng)力筋間距的0.5倍選取格點(diǎn)，為2°弧長。
[0019]豎向網(wǎng)格劃分按環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋間距的I倍間距選取格點(diǎn)。在洞口周圍網(wǎng)格尺寸縮小I倍，網(wǎng)格尺寸縮小范圍是洞口尺寸擴(kuò)大一`個(gè)墻厚800_。
[0020]采用各種網(wǎng)格劃分尺寸后有限元模型的計(jì)算精度和計(jì)算時(shí)長的對比分析見下表，由表中結(jié)果可知:徑向網(wǎng)格格點(diǎn)間距采用0.25h比采用0.5h，精度提高23.1%，用時(shí)增加11% ;環(huán)向網(wǎng)格格點(diǎn)間距采用0.5L比采用1L，精度提高17%，用時(shí)增加10.4%，采用0.25L比采用0.5L，精度提高2%，用時(shí)增加16% ;豎向網(wǎng)格格點(diǎn)間距選用IH比選用2H，計(jì)算精度提高15%，計(jì)算量增加11%。
[0021]綜上所述采用徑向網(wǎng)格劃分按照罐體壁厚的0.25選取格點(diǎn)，環(huán)向網(wǎng)格劃分按豎向預(yù)應(yīng)力筋間距的0.5倍選取格點(diǎn)，豎向網(wǎng)格劃分按環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋間距的I倍間距選取格點(diǎn)，有限元模型計(jì)算精度較高，且計(jì)算速度較快.[0022]



3豎向網(wǎng)格

I徑向網(wǎng)格劃分2環(huán)向網(wǎng)格



劃分
項(xiàng)目^^^π

0.20.5 0.0,I I







H
__5h__h__25L5L__LH__

7 8
計(jì)算精度(占理論信的967899178
_^^^^_I 8 I 6 I_

8.7.6
計(jì)算時(shí)長(小時(shí))7.16.47 b ^
___^_I_ 64 1.7 I I_
[0023]*計(jì)算精度一在各種網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)劃分下，選取固定點(diǎn)應(yīng)力分析結(jié)果，與理論計(jì)算值的百分比進(jìn)行對比分析。
[0024]h-壁厚
[0025]L——豎向預(yù)應(yīng)力筋間距
[0026]H——環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋間距。
【權(quán)利要求】
1.預(yù)應(yīng)力罐體結(jié)構(gòu)有限元模型網(wǎng)格劃分方法，預(yù)應(yīng)力罐體結(jié)構(gòu)包括預(yù)應(yīng)力筋和鋼筋混凝土；預(yù)應(yīng)力罐體結(jié)構(gòu)有限元模型中，預(yù)應(yīng)力筋采用線單元進(jìn)行劃分，鋼筋混凝土采用六面體單元進(jìn)行劃分；其特征在于，網(wǎng)格劃分包括:(I)徑向網(wǎng)格劃分、(2)環(huán)向網(wǎng)格劃分和(3)豎向網(wǎng)格劃分；其中，(I)徑向網(wǎng)格劃分是指沿罐體徑向按罐體壁厚的0.25 — 0.5倍為間距選取格點(diǎn)，(2)環(huán)向網(wǎng)格劃分是指按(4)豎向預(yù)應(yīng)力筋間距的0.25 — I倍為間距選取格點(diǎn)，(3)豎向網(wǎng)格劃分是指，按環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋間距的I一2倍為間距選取格點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)應(yīng)力罐體結(jié)構(gòu)有限元模型網(wǎng)格劃分方法，其特征在于，環(huán)向網(wǎng)格劃分按豎向預(yù)應(yīng)力筋間距的0.5倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)應(yīng)力罐體結(jié)構(gòu)有限元模型網(wǎng)格劃分方法，其特征在于，豎向網(wǎng)格劃分按環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋間距的I倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)應(yīng)力罐體結(jié)構(gòu)有限元模型網(wǎng)格劃分方法，其特征在于，徑向網(wǎng)格劃分是指沿罐體徑向按罐體壁厚的0.25倍為間距選取格點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)應(yīng)力罐體結(jié)構(gòu)有限元模型網(wǎng)格劃分方法，其特征在于，其中，(I)徑向網(wǎng)格劃分是指沿罐體徑向按罐體壁厚的0.25倍為間距選取格點(diǎn)，(2)環(huán)向網(wǎng)格劃分是指按(4)豎向預(yù)應(yīng)力筋間距的0.5倍為間距選取格點(diǎn)，(3)豎向網(wǎng)格劃分是指，按環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋間距的I倍為間距選取格點(diǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)應(yīng)力罐體結(jié)構(gòu)有限元模型網(wǎng)格劃分方法，其特征在于，遇到洞口區(qū)域時(shí)，網(wǎng)格尺寸縮小1-2倍，網(wǎng)格尺寸縮小范圍是洞口尺寸擴(kuò)大一個(gè)墻厚尺寸。
【文檔編號】G06F17/50GK103678792SQ201310637323
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月2日
【發(fā)明者】張志明, 謝利紅, 王冬雁, 李政, 李小座, 劉柏粦, 林樹潮, 李振寶 申請人:中國建筑第二工程局有限公司, 中建電力建設(shè)有限公司, 北京工業(yè)大學(xué)