一种间接空冷塔的结构分析系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及电站间接空冷系统，提出一种基于APDL的间接空冷塔整体结构分析系统及方法。其步骤如下：1)根据间冷塔几何外形尺寸，定义间冷塔几何参数，建立参数化的间冷塔几何模型；2)定义间冷塔单元类型、实常数和材料常数；3)定义单元网格尺寸，执行自适应网格划分，建立间冷塔有限元模型；4)对间冷塔在五种荷载工况下(恒荷载、活荷载、风荷载、温度荷载和地震荷载)分别施加参数化荷载并执行计算分析；5)执行荷载工况组合，提取计算结果。利用该系统可实现间冷塔从建模到计算的全过程控制。同时，可以通过调整各参数的取值，对间冷塔进行最优化设计。避免大量重复的工作，可以极大的提高结构分析和设计的效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于发电
，涉及电站间接空冷系统，提出一种基于APDL的间接空冷塔结构有限元分析系统及方法，可应用于实际工程中的间冷塔结构设计与结构优化。
技术介绍
在我国，电厂空冷系统广泛应用于富煤缺水的北方。近些年，由于对环境保护和经济合理性要求的不断加强，空冷系统的应用范围日益扩大。随着空冷大机组的不断出现，空冷塔的高度已远大于《火力发电厂水工设计规范》中常规冷却塔的高度限制和《工业循环水冷却塔设计规范》塔高165m的限制。超大型间接空冷塔是指高度超过165m的双曲冷却塔，其主要控制荷载有自重荷载、风荷载、温度荷载和地震荷载。冷却塔的结构分析计算国内电力设计院一般采用专门电算工具进行，其交互能力差，而且较少采用其它工具进行对比计算。超大规模冷却塔结构设计超出了我国现行规范规程所规定的范围或以往计算手段的限制范围。随着有限元应用分析的强大和普及，采用基于有限元的参数化结构计算分析成为可能。APDL作为ANSYS参数化设计的二次开发工具，特别适用于复杂模型及模型需要多次修改重复分析的问题。
技术实现思路
对于目前所存在的不足，采用APDL建立间接空冷塔结构参数化模型，施加参数化荷载和约束。同时，为提高有限元分析的效率，减少前后处理的工作量，开发具有人机交互的间冷塔结构分析系统，并设计相应后处理流程，对计算结果按照需求进行处理计算、输出。在此基础上，依据现行规范，进行塔筒及人字柱的配筋计算；同时，将计算结果和已有分析程序的结果进行对比，验证新程序分析结果的合理性。考虑到间冷塔的几何形状和荷载所具有的特殊规律性，本专利技术提供一种基于APDL的间接空冷塔整体结构计算与分析的系统及方法。本专利技术的目的是通过下述技术方案来实现的:一种基于APDL的间接空冷塔的结构分析系统，包括输入模块、预置模块、执行处理模块、输出模块、后处理模块；其特征在于，包括:输入模块，用于提供人机交互接口，使用者根据操作需要输入命令；预置模块，用于预定义分析过程所需的多种参数变量，并设置与其对应的参数数值，其中包括几何参数设定模块、材料属性设定模块、荷载参数设定模块、工况组合设定模块、内力参数设定模块；几何参数设定模块，根据间冷塔几何外形尺寸，确定需进行有限元分析的结构部件，设置定义与间冷塔结构部件对应的几何参数列表，预设其中的几何参数数值；材料属性设定模块用于定义分析过程所用材料参数、设置单元类型和材料常数，以及对间冷塔各结构部件定义设置各结构部件的实常数列表及数值；荷载参数设定模块用于对所选择的荷载类型，定义相应荷载分项的荷载参数；工况组合设定模块用于预定义工况组合类型，确定其中的分项系数和组合值系数；内力参数设定模块用于对间冷塔各结构部件设置相应的内力参数表及云图显示表；执行模块，包括几何建模子单元、网格生成子单元、荷载工况生成子单元、内力分析子单元；几何建模子单元根据几何参数设定模块所确定的结构部件及几何参数，建立各结构部件的几何模型；网格生成子单元，基于上述所生成的各结构部件几何模型以及材料属性设定模块输出的材料参数、单元类型、材料常数以及各结构部件实常数，进行单元离散生成有限元模型；荷载工况生成子单元用于利用荷载分项参数生成并存储不同荷载类型下的工况文件；内力分析子单元，用于利用多种荷载工况文件中的一种或多种，对上述网格生成子单元生成的有限元模型进行加载，当进行组合工况下内力分析时，读取所需荷载工况文件，根据所选取的工况组合设定模块预定义工况组合类型中的分项系数和组合值系数，进行内力计算分析；输出模块，用于根据内力参数设定模块所设定的内力参数表及云图显示表，针对空冷塔各结构部件输出其结构内力参数值及进行云图显示输出。后处理模块，用于对内力分析结果的优化计算及后续结构设计工作中的计算工作，其中优化计算子单元，执行最优化过程，通过多次迭代调整系统原预置参数，得到最优设计序列结果作为空冷塔结构设计参数，经最优化分析后的空冷塔结构设计参数输入配筋计算模块中，完成空冷塔结构设计工作。一种冷却塔的结构有限元分析方法，可应用于实际工程中的间冷塔结构设计与结构分析，该方法包括下述步骤:第一步，根据间冷塔几何外形尺寸，设置间冷塔几何参数，建立参数化的间冷塔几何模型；其中根据结构需要定义相应的几何参数，利用相应的几何参数分别建立环基几何参数模型、X柱几何参数模型、展宽平台钢结构几何参数模型和塔筒几何参数模型；第二步，根据所采用的结构材料类型定义间冷塔的材料参数，选择单元类型和设置材料常数；第三步，设置间冷塔单元实常数；其中确定X柱实常数、展宽平台钢结构实常数和塔筒侧壁实常数；第四步，通过单元离散建立有限元模型；设置环基底板单元属性、X柱及展宽平台钢结构单元属性、塔筒侧壁单元属性；设置网格尺寸并执行网格划分；第五步，定义荷载参数；确定恒荷载工况、活荷载工况、风荷载工况、温度荷载工况和地震荷载工况；第六步，分析运算及后处理过程；首先读取工况文件，定义组合系数，确定荷载工况组合；然后设定X柱内力单元表、展宽平台内力单元表、塔筒内力单元表；根据有限元计算得出的内力分析结果，调整间冷塔几何参数、材料参数和荷载参数，重复进行上述第一步至第六步。本专利技术实现了间冷塔从建模到计算的全过程控制。同时，可以通过调整各参数的取值，对间冷塔结构进行最优化设计。避免大量重复的工作，可以极大的提高结构分析和设计的效率。附图说明图1为空冷塔有限元分析系统结构示意图；图2为空冷塔有限元分析流程图；图3为空冷塔有限元模型示意图；图4为恒荷载施加示意图；图5为活荷载施加示意图；图6为风荷载施加示意图；图7为塔筒某断面风荷载施加示意图；图8为塔筒温度梯度分布示意图；图9为模态分析第I阶振型图；图10为模态分析第400阶振型具体实施例方式下面将结合附图、附表和具体工程实例对本专利技术做进一步的详细说明:图1中所示为本专利技术的一种基于APDL的间接空冷塔的结构有限元分析系统，包括输入模块1、预置模块2、执行处理模块3、输出模块4、后处理模块5。输入模块1，用于实现人机界面，使用者根据页面显示输入命令；预置模块2，用于预定义所需的多种参数变量，并设置与其对应的参数数值，其中包括几何参数设定模块21、材料属性设定模块22、荷载参数设定模块23、工况组合设定模块24、内力参数设定模块25。通过输入模块将几何建模命令发送至几何参数设定模块，首先根据间冷塔几何外形尺寸，确定所需进行有限元分析的结构部件，设置定义间冷塔模型结构部件对应的几何参数列表，并通过输入模块为预设几何参数数值；通过输入模块将材料设置命令发送至材料属性设定模块，材料属性设定模块用于针对间冷塔各结构部件定义所用材料参数、设置单元类型和材料常数，以及定义设置各结构部件的实常数列表及数值；荷载参数设定模块用于针对所选择的荷载类型，定义相应的荷载参数，所选择荷载类型包括恒荷载、活荷载、风荷载、温度荷载和地震荷载；工况组合设定模块用于预定义工况组合类型，并设置其中的分项系数和组合值系数；内力参数设定模块用于针对间冷塔各结构部件设置相应的内力参数表；执行处理模块3，包括几何建模子单元31、网格生成子单元32、荷载工况生成子单元33、内力分析子单元34 ;几何建模子单元根据几何参数设定模块所确定的结构部件单元及几何参数，建立各结构部件的几何模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于APDL的间接空冷塔结构分析系统，包括输入模块、预置模块、执行处理模块、输出模块、后处理模块；其特征在于，包括：输入模块，用于提供人机交互接口，使用者根据操作需要输入命令；预置模块，用于预定义分析过程所需的多种参数变量，并设置与其对应的参数数值，其中包括几何参数设定模块、材料属性设定模块、荷载参数设定模块、工况组合设定模块、内力参数设定模块；几何参数设定模块，根据间冷塔几何外形尺寸，确定需进行有限元分析的结构部件，设置定义与间冷塔结构部件对应的几何参数列表，预设其中的几何参数数值；材料属性设定模块用于定义分析过程所用材料参数、设置单元类型和材料常数，以及对间冷塔各结构部件定义设置各结构部件的实常数列表及数值；荷载参数设定模块用于对所选择的荷载类型，定义相应荷载分项的荷载参数；工况组合设定模块用于预定义工况组合类型，确定其中的分项系数和组合值系数；内力参数设定模块用于对间冷塔各结构部件设置相应的内力参数表及云图显示表；执行模块，包括几何建模子单元、网格生成子单元、荷载工况生成子单元、内力分析子单元；几何建模子单元根据几何参数设定模块所确定的结构部件及几何参数，建立各结构部件的几何模型；网格生成子单元，基于上述所生成的各结构部件几何模型以及材料属性设定模块输出的材料参数、单元类型、材料常数以及各结构部件实常数，进行单元离散生成有限元模型；荷载工况生成子单元用于利用荷载分项参数生成并存储不同荷载类型下的工况文件；内力分析子单元，用于利用多种荷载工况文件中的一种或多种，对上述网格生成子单元生成的有限元模型进行加载，当进行组合工况下内力分析时，读取所需荷载工况文件，根据所选取的工况组合设定模块预定义工况组合类型中的分项系数和组合值系数，进行内力计算分析；输出模块，用于根据内力参数设定模块所设定的内力参数表及 云图显示表，针对空冷塔各结构部件输出其结构内力参数值及进行云图显示输出。后处理模块，用于对内力分析结果的优化计算及后续结构设计工作中的计算工作，其中优化计算子单元，执行最优化过程，通过多次迭代调整系统原预置参数，得到最优设计序列结果作为空冷塔结构设计参数，经最优化分析后的空冷塔结构设计参数输入配筋计算模块中，完成空冷塔结构设计工作。...

【技术特征摘要】
1.一种基于APDL的间接空冷塔结构分析系统，包括输入模块、预置模块、执行处理模块、输出模块、后处理模块；其特征在于，包括:输入模块，用于提供人机交互接口，使用者根据操作需要输入命令； 预置模块，用于预定义分析过程所需的多种参数变量，并设置与其对应的参数数值，其中包括几何参数设定模块、材料属性设定模块、荷载参数设定模块、工况组合设定模块、内力参数设定模块；几何参数设定模块，根据间冷塔几何外形尺寸，确定需进行有限元分析的结构部件，设置定义与间冷塔结构部件对应的几何参数列表，预设其中的几何参数数值；材料属性设定模块用于定义分析过程所用材料参数、设置单元类型和材料常数，以及对间冷塔各结构部件定义设置各结构部件的实常数列表及数值；荷载参数设定模块用于对所选择的荷载类型，定义相应荷载分项的荷载参数；工况组合设定模块用于预定义工况组合类型，确定其中的分项系数和组合值系数；内力参数设定模块用于对间冷塔各结构部件设置相应的内力参数表及云图显示表； 执行模块，包括几何建模子单元、网格生成子单元、荷载工况生成子单元、内力分析子单元；几何建模子单元根据几何参数设定模块所确定的结构部件及几何参数，建立各结构部件的几何模型；网格生成子单元，基于上述所生成的各结构部件几何模型以及材料属性设定模块输出的材料参数、单元类型、材料常数以及各结构部件实常数，进行单元离散生成有限元模型；荷载工况生成子单元用于利用荷载分项参数生成并存储不同荷载类型下的工况文件；内力分析子单元，用于利用多种荷载工况文件中的一种或多种，对上述网格生成子单元生成的有限元模型进行加载，当进行组合工况下内力分析时，读取所需荷载工况文件，根据所选取的工况组合设定模块预定义工况组合类型中的分项系数和组合值系数，进行内力计算分析； 输出模块，用于根据内力参数设定模块所设定的内力参数表及云图显示表，针对空冷塔各结构部件输出其结构内力参数值及进行云图显示输出。 后处理模块，用于对内力分析结果的优化计算及后续结构设计工作中的计算工作，其中优化计算子单元，执行最优化过程，通过多次迭代调整系统原预置参数，得到最优设计序列结果作为空冷塔结构设计参数，经最优化分析后的空冷塔结构设计参数输入配筋计算模块中，完成空冷塔结构设计工作。2.—种冷却塔的结构分析方法，可应用于实际工程中的间冷塔结构设计与结构分析，该方法包括下述步骤: 第一步，根据间冷塔几何外形尺寸，设置间冷塔几何参数，建立参数化的间冷塔几何模型；其中根据结构需要定义相应的几何参数，利用相应的几何参数分别建立环基几何参数模型、X柱几何参数模型、展宽平台钢结构几何参数模型和塔筒几何参数模型； 第二步，根据所采用的结构材料类型定义间冷塔的材料参数，选择单元类型和设置材料常数； 第三步...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭伟，温志鹏，谷小兵，
申请(专利权)人：大唐北京能源管理有限公司，
类型：发明
国别省市：