CN111460715A - 一种基于apdl语言的自然补偿器静力学分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于APDL语言的自然补偿器静力学分析方法，包括以下步骤：一、基于APDL语言创建自然补偿器几何模型，确定材料类型、设置材料参数，并定义单元类型及属性；二、基于APDL语言分配单元属性，设置网格划分水平并选择网格划分方式，通过划分网格生成自然补偿器有限元模型；三、基于APDL语言定义分析类型，针对自然补偿器有限元模型施加载荷，并进行求解计算；四、基于APDL语言进入后处理器观察和分析计算结果，得到自然补偿器的位移及应力分布情况。本发明使用APDL语言实现自然补偿器的参数化建模，提高建模效率，并且系统完善地分析自然补偿器的位移和应力情况。

Description

一种基于APDL语言的自然补偿器静力学分析方法
技术领域
本发明涉及化工设备技术领域，尤其涉及一种基于APDL语言的自然补偿器静力学分析方法。
背景技术
管道常因运输介质温度与安装环境温度的差异而产生伸缩变形，或因为管道本身工作温度的高低，也会导致管道的伸缩变形，如果这种变形不能得到补偿，会使管道内壁产生巨大的应力，当应力超过管道的强度极限，就会使管道造成破坏。为了保证管道的可靠运行，避免因热胀冷缩造成的应力破坏，管道上应每隔一定的距离设置补偿装置，并且应尽量利用管路的原有弯曲进行自然补偿。自然补偿器利用管道敷设的自然弯曲管段来吸收管道的伸缩变形，不易损坏、简单可靠，也不需多费管材，且固定支座受力较小。
目前，国内外学者对补偿器的研究主要还是基于一些传统的计算手段，较少通过数值模拟进行分析。如中国专利号CN201210516587.2，申请日为2012年12月5日，发明中提供了一种供热管网管道热补偿中旋转式补偿器相关参数的计算方法，包括旋转式补偿器摩擦力的计算、旋转摆动值的计算、以及导向支架与补偿器之间的距离优选值推荐，但分析手段比较常用，且缺乏针对补偿器系统完善的受力计算。
针对上述问题，本发明提出了一种基于APDL语言的自然补偿器静力学分析方法。一般常用的建模手段是用专业建模软件建立模型，而后导入APDL中进一步处理，但由于不同软件之间的兼容性等问题，可能会出现导入出错、模型变形、布尔运算等一系列问题。因此，针对庞大复杂的自然补偿器，使用APDL语言实现自然补偿器的参数化建模，通过改变参数重复同一类问题的建模，提高建模效率，也降低软件兼容性问题的风险，并且系统完善地分析自然补偿器的位移和应力情况，为自然补偿器的安全稳定运行提供坚实的技术支持。
发明内容
针对上述现有技术的缺点和不足，本发明提供一种基于APDL语言的自然补偿器静力学分析方法。
本发明至少通过如下技术方案之一实现。
一种基于APDL语言的自然补偿器静力学分析方法，包括以下步骤：
步骤一、基于APDL语言创建自然补偿器几何模型，确定自然补偿器几何模型的材料类型、设置材料参数，并定义单元类型及属性；
步骤二、基于APDL语言分配单元属性，设置网格划分水平并选择网格划分方式，通过划分网格生成自然补偿器有限元模型；
步骤三、基于APDL语言定义分析类型，针对自然补偿器有限元模型施加载荷，并进行求解计算；
步骤四、步骤三求解完成后，基于APDL语言进入后处理器观察和分析计算结果，得到自然补偿器的位移及应力分布情况。
优选的，创建自然补偿器几何模型包括使用APDL语言中K命令，输入关键点坐标生成关键点，用LSTR命令将关键点连成线，用LFILLT命令生成圆角，用FLST命令和FLTEM命令选择线，用LCOMB命令将线合并，从而创建自然补偿器几何模型。
优选的，所述材料参数包括材料的弹性模量、泊松比、材料密度、导热系数及热膨胀系数，热膨胀系数采用UIMP命令指定参考温度。
优选的，所述材料密度满足下述表达式：
Figure BDA0002434147520000021
式中，D1为管道外径，D2为管道内径，ρ1为管材密度，ρ2为介质密度，ρ为材料密度，l为管道长度，因此，材料密度
Figure BDA0002434147520000022
优选的，所述定义单元类型包括使用APDL语言中的SECTYPE命令选择单元截面类型，用SECOFFSET命令指定单元节点在截面上的位置，用SECDATA命令定义单元截面尺寸。
优选的，生成自然补偿器有限元模型包括使用APDL语言中FLST命令和FLTEM命令选择线，用LATT命令指定单元属性，用LESIZE命令定义网格密度，用LMESH命令划分网格，生成自然补偿器有限元模型。
优选的，步骤三包括使用APDL语言中ACEL命令加载加速度，用BFL命令加载温度载荷，用FLST命令和FLTEM命令选择节点，用F命令加载介质流动载荷，用DK命令施加位移约束，用/SOL命令进入求解器单元，用SOLVE命令开始求解。
优选的，步骤四包括采用APDL语言中/POST命令进入后处理模式，用PLNSOL,U,X！命令查看X向位移云图，用PLNSOL,U,Y！命令查看Y向位移云图，用PLNSOL,S,X！命令查看应力云图。
相对于现有技术，本发明具有如下优点和有益效果：
针对庞大复杂的自然补偿器，使用APDL语言实现自然补偿器的参数化建模，通过改变参数重复同一类问题的建模，提高建模效率，也降低软件兼容性问题的风险，并且系统完善地分析自然补偿器的位移和应力情况，为工程人员进行相关研究提供有效指导，为自然补偿器的安全稳定运行提供坚实的技术支持。
附图说明
图1是本实施例的一种基于APDL语言的自然补偿器静力学分析方法的流程图；
图2是本实施例的自然补偿器的几何模型图；
图3是本实施例的自然补偿器有限元模型图；
图4是本实施例中ANSYS计算得到的自然补偿器有限元计算结果中的X向位移云图；
图5是本实施例中ANSYS计算得到的自然补偿器有限元计算结果中的Y向位移云图；
图6是本实施例中ANSYS计算得到的自然补偿器有限元计算结果中的应力云图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，但本发明的实施方式不限于此。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
该实施例的自然补偿器有10组立柱，4层桁架。第1层桁架有5根管道，第2层有3根，第3层有3根，第4层有16根，共27根管道，其中，立柱和桁架的基本参数见表1，管道的基本参数见表2，表2中的ZA侧指几何模型的-Z向；
表1立柱和桁架的基本参数
Figure BDA0002434147520000041
表2管道的基本参数
Figure BDA0002434147520000042
Figure BDA0002434147520000051
如图1所示，一种基于APDL语言的自然补偿器静力学分析方法，包括以下步骤：
步骤一、根据表1和表2中自然补偿器的基本参数，使用APDL语言中K命令，输入关键点坐标生成关键点，用LSTR命令将关键点连成线，用LFILLT命令生成圆角，用FLST命令和FLTEM命令选择线，用LCOMB命令将线合并，从而创建自然补偿器几何模型，如图2所示；
考虑管内介质的重力作用，材料密度满足下述表达式：
Figure BDA0002434147520000052
式中，D1为管道外径，D2为管道内径，ρ1为管材密度，ρ2为介质密度，ρ为材料密度，l为管道长度，因此，材料密度
Figure BDA0002434147520000053
具体见表3，表3材料编号顺序和表2管道编号顺序一一对应；
表3材料密度
Figure BDA0002434147520000061
采用APDL语言中MPDATA命令设置材料的弹性模量、泊松比、密度、导热系数及热膨胀系数，对于热膨胀系数，采用UIMP命令指定参考温度为20℃；
采用ET命令定义立柱和桁架单元类型为Beam189，管道单元类型为Pipe289，根据表4的单元属性，用SECTYPE命令选择单元截面类型，用SECOFFSET命令指定单元节点在截面上的位置，用SECDATA命令定义单元截面尺寸，其中B为Beam189单元截面长度，H为Beam189单元截面高度，D为Pipe289单元外径，δ为Pipe289单元壁厚。
表4单元属性
Figure BDA0002434147520000062
Figure BDA0002434147520000071
步骤二、使用APDL语言中FLST命令和FLTEM命令选择线，用LATT命令指定单元属性，用LESIZE命令定义网格密度为20，用LMESH命令划分网格，通过对几何模型划分网格生成自然补偿器有限元模型，如图3所示。
步骤三、默认分析类型为静态分析，使用APDL语言中ACEL命令加载加速度为9.8，用BFL命令加载温度载荷为40℃，用FLST命令和FLTEM命令选择节点，用F命令加载介质流动载荷，用DK命令施加位移约束，用/SOL命令进入求解器单元，用SOLVE命令开始求解。
步骤四、步骤三求解完成后，采用APDL语言中/POST命令进入后处理模式，用PLNSOL,U,X！命令查看X向位移云图，如图4所示；用PLNSOL,U,Y！命令查看Y向位移云图，如图5所示；用PLNSOL,S,X！命令查看应力云图，如图6所示；
从图4和图5可知，最大X向位移为11.4mm，最大Y向位移为14.3mm，均满足刚度要求；从图6可知最大应力为129MPa，符合应力校核要求。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合等均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于APDL语言的自然补偿器静力学分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、基于APDL语言创建自然补偿器几何模型，确定自然补偿器几何模型的材料类型、设置材料参数，并定义单元类型及属性；
步骤二、基于APDL语言分配单元属性，设置网格划分水平并选择网格划分方式，通过划分网格生成自然补偿器有限元模型；
步骤三、基于APDL语言定义分析类型，针对自然补偿器有限元模型施加载荷，并进行求解计算；
步骤四、步骤三求解完成后，基于APDL语言进入后处理器观察和分析计算结果，得到自然补偿器的位移及应力分布情况。
2.根据权利要求1所述的一种基于APDL语言的自然补偿器静力学分析方法，其特征在于，创建自然补偿器几何模型包括使用APDL语言中K命令，输入关键点坐标生成关键点，用LSTR命令将关键点连成线，用LFILLT命令生成圆角，用FLST命令和FLTEM命令选择线，用LCOMB命令将线合并，从而创建自然补偿器几何模型。
3.根据权利要求1所述的一种基于APDL语言的自然补偿器静力学分析方法，其特征在于，所述材料参数包括材料的弹性模量、泊松比、材料密度、导热系数及热膨胀系数，热膨胀系数采用UIMP命令指定参考温度。
4.根据权利要求3所述的一种基于APDL语言的自然补偿器静力学分析方法，其特征在于，所述材料密度满足下述表达式：
Figure FDA0002434147510000011
式中，D1为管道外径，D2为管道内径，ρ1为管材密度，ρ2为介质密度，ρ为材料密度，l为管道长度，因此，材料密度
Figure FDA0002434147510000012
5.根据权利要求1所述的一种基于APDL语言的自然补偿器静力学分析方法，其特征在于，所述定义单元类型包括使用APDL语言中的SECTYPE命令选择单元截面类型，用SECOFFSET命令指定单元节点在截面上的位置，用SECDATA命令定义单元截面尺寸。
6.根据权利要求1所述的一种基于APDL语言的自然补偿器静力学分析方法，其特征在于，生成自然补偿器有限元模型包括使用APDL语言中FLST命令和FLTEM命令选择线，用LATT命令指定单元属性，用LESIZE命令定义网格密度，用LMESH命令划分网格，生成自然补偿器有限元模型。
7.根据权利要求1所述的一种基于APDL语言的自然补偿器静力学分析方法，其特征在于，步骤三包括使用APDL语言中ACEL命令加载加速度，用BFL命令加载温度载荷，用FLST命令和FLTEM命令选择节点，用F命令加载介质流动载荷，用DK命令施加位移约束，用/SOL命令进入求解器单元，用SOLVE命令开始求解。
8.根据权利要求1所述的一种基于APDL语言的自然补偿器静力学分析方法，其特征在于，步骤四包括采用APDL语言中/POST命令进入后处理模式，用PLNSOL,U,X！命令查看X向位移云图，用PLNSOL,U,Y！命令查看Y向位移云图，用PLNSOL,S,X！命令查看应力云图。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112597680A (zh) * 2020-12-21 2021-04-02 北京慧物科联科技有限公司 一种应用于卫浴洁具的自动化有限元建模方法
CN113158505A (zh) * 2021-02-02 2021-07-23 海洋石油工程股份有限公司 一种温度载荷作用下lng全容式储罐受力分析方法
CN113158357A (zh) * 2021-02-02 2021-07-23 海洋石油工程股份有限公司 一种风载荷作用下lng全容式储罐受力分析方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060219026A1 (en) * 2000-11-17 2006-10-05 Battelle Memorial Institute Structural stress analysis
CN104933271A (zh) * 2015-07-15 2015-09-23 哈尔滨工业大学 一种ansys中等厚度二次曲面光学头罩有限元模型的建立方法
CN105133507A (zh) * 2015-04-10 2015-12-09 武汉理工大学 考虑几何非线性的斜拉桥主梁节段施工稳定性分析方法
CN110132521A (zh) * 2019-05-13 2019-08-16 华南理工大学 一种塔设备在内外流场作用下系统振动特性的获取方法
CN110135096A (zh) * 2019-05-22 2019-08-16 国网新疆电力有限公司电力科学研究院 一种管母线、引下线、金具系统的应力分析方法
CN110263501A (zh) * 2019-08-02 2019-09-20 廊坊新奥泛能网络科技服务有限公司 蒸汽管网参数的简易联动量化计算方法
CN110705146A (zh) * 2019-09-16 2020-01-17 北京科技大学 基于ansys-apdl语言的考虑张力载荷的大方坯连轧变形预测方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060219026A1 (en) * 2000-11-17 2006-10-05 Battelle Memorial Institute Structural stress analysis
CN105133507A (zh) * 2015-04-10 2015-12-09 武汉理工大学 考虑几何非线性的斜拉桥主梁节段施工稳定性分析方法
CN104933271A (zh) * 2015-07-15 2015-09-23 哈尔滨工业大学 一种ansys中等厚度二次曲面光学头罩有限元模型的建立方法
CN110132521A (zh) * 2019-05-13 2019-08-16 华南理工大学 一种塔设备在内外流场作用下系统振动特性的获取方法
CN110135096A (zh) * 2019-05-22 2019-08-16 国网新疆电力有限公司电力科学研究院 一种管母线、引下线、金具系统的应力分析方法
CN110263501A (zh) * 2019-08-02 2019-09-20 廊坊新奥泛能网络科技服务有限公司 蒸汽管网参数的简易联动量化计算方法
CN110705146A (zh) * 2019-09-16 2020-01-17 北京科技大学 基于ansys-apdl语言的考虑张力载荷的大方坯连轧变形预测方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
朱旭等: ""基于ANSYS软件的有限元分析"", 《应用技术》 *
王秀全: ""地上和管沟敷设供热管道的受力分析与计算"", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士)工程科技辑》 *
黄思等: ""基于热流固耦合的架空管道方形补偿器有限元分析"", 《重庆理工大学学报(自然科学)》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112597680A (zh) * 2020-12-21 2021-04-02 北京慧物科联科技有限公司 一种应用于卫浴洁具的自动化有限元建模方法
CN112597680B (zh) * 2020-12-21 2023-11-24 北京慧物科联科技有限公司 一种应用于卫浴洁具的自动化有限元建模方法
CN113158505A (zh) * 2021-02-02 2021-07-23 海洋石油工程股份有限公司 一种温度载荷作用下lng全容式储罐受力分析方法
CN113158357A (zh) * 2021-02-02 2021-07-23 海洋石油工程股份有限公司 一种风载荷作用下lng全容式储罐受力分析方法
CN113158357B (zh) * 2021-02-02 2023-03-24 海洋石油工程股份有限公司 一种风载荷作用下lng全容式储罐受力分析方法
CN113158505B (zh) * 2021-02-02 2023-06-27 海洋石油工程股份有限公司 一种温度载荷作用下lng全容式储罐受力分析方法

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