CN113255186A - 一种混凝土温控冷却水管分离式自动建模方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混凝土温控冷却水管分离式建模方法，包括以下步骤：1)对工程进行有限元建模，得到整体有限元模型；2)手动寻找到水管的进、出水口、拐弯点位置点坐标；3)根据进、出水口、拐弯点坐标，设置冷却水管轴向单元加密信息；4)根据轴向创建的线单元在径向和周向设置冷却水管与混凝土接触单元信息；5)程序插值创建单元信息。本发明可解决冷却水管有限元模型剖分复杂、局部加密难度大、模型修改工作量大的问题。
Description
技术领域
本发明属于冷却水管网格单元创建技术领域，具体为一种混凝土温控冷却水管分离式建模方法。
背景技术
大体积混凝土具有以下性质：(1)本身的抗拉性能较低，形变性能弱小。(2)表面接触水气，气温的波动将引起表面的拉应力，同时可能还遭受水流的作用。(3)由于该类体积庞大，一般不配置钢筋，只能依靠自身性能抵抗拉应力。(4)其断面尺寸也较大，浇筑后的其体内由于水化反应积聚了相当的热源，导致体内温度在短时间里快速攀升，尤其是在高温季节作业时，体内局部最高温度可达45℃以上。(5)传热能力低，体内水化热能难以发散。正是因为上述的性质，导致大体积混凝土极其容易出现裂缝，所以，在施工和营运期间内都需要采取一系列工程措施来防止、限制和修复出现的各种裂缝。
在大体积混凝土结构施工过程中,常埋设冷却水管进行通水冷却以满足混凝土温控要求。因此对混凝土水管冷却进行较简单地、快速地精确计算是十分有必要的。冷却水管温度效应的计算总体上可以分为两大类:第一类是解析法,第二类是数值法.解析法因其实用性不强，用处不多.数值法通常是通过有限元法来实现的。
然而在温度场的有限元计算模型中，若要考虑水管冷却效果目前为普遍接受的方法是在剖分整体模型时将水管单元一同剖分到大体积混凝土内部，由于水管附近的温度梯度很大，所以必须提高水管周围单元的细密程度来模仿水管与混凝土接触时的温度传导过程，当水管是金属材料时，认为冷却水管内外壁温度一致，当水管是聚酯材料时，还需要对水管单元进行详细剖分模拟冷却水在水管内的传导过程，实现对混凝土-水管-水体传导过程的模拟。这不仅给前处理增加了十分繁重的工作量，而且在实际工程的大体积混凝土温度场的全过程仿真计算中,常常由于计算模型的规模太大而发生困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种混凝土温控冷却水管分离式建模方法，解决现有大体积混凝土温度场的全过程仿真计算中，计算模型的规模太大而计算困难的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种混凝土温控冷却水管分离式建模方法，包括以下步骤：
S1、创建三维有限元整体模型；所述模型包含混凝土模型和埋设在所述混凝土内的冷却水管模型；
S2、获取所述整体模型中水管的进水口、出水口、水管拐弯点空间坐标信息；
S3、根据进水口、出水口、拐弯点空间坐标，设置轴向待创建水体单元的单元信息；
S4、根据轴向待创建水体单元信息在径向和周向设置待创建水管与混凝土接触单元的单元信息；
S5、根据步骤S3中的待创建水体单元信息和步骤S4中的待创建水管与混凝土接触单元信息，创建水体单元、水管与混凝土接触单元；
进一步地，步骤S1中有限元模型整体坐标、尺寸、材料分区与实物本体的整体坐标、尺寸、材料分区相同，所述实物本体包括混凝土和埋设在混凝土内的冷却水管。
进一步地，步骤S2中，当冷却水管直线型布置时获取水管进水口、出水口空间坐标；蛇形布置时获取水管的进水口、出水口、水管拐弯点空间坐标。
进一步地，步骤S3中所述设置轴向待创建水体单元信息时，根据区域计算结果的精度需求设置轴向待创建水体单元的长度，应力集中区域的待创建水体单元的长度比应力分散区域的待创建水体单元的长度短，混凝土温度与水管温度差异大的区域的待创建水体单元的长度比混凝土温度与水管温度差异小的区域的待创建水体单元的长度短。
进一步地，在步骤S4中，沿着冷却水管轴向在待创建水体单元的径向设置水管与混凝土接触单元厚度，以及在待创建水体单元的周向设置水管与混凝土接触单元个数。
进一步地，所述待创建水体单元的单元信息和所述待创建水管与混凝土接触单元的单元信息均包括轴向长度、径向厚度和周向宽度。
进一步地，在步骤S5中，根据实物本体的轴向长度、径向厚度和周向宽度，对待创建水体单元、待创建水管与混凝土接触单元进行数据点插值，创建水体单元和水管与混凝土接触单元。
进一步地，根据不同地区、不同材料将创建后的水体单元的单元信息和水管与混凝土接触单元的单元信息依据同一地区与同一材料信息重新划分成组，方便后续使用中赋予材料性质。
一种混凝土温控冷却水管分离式建模系统，包括：
三维有限元模型创建模块，用于创建三维有限元整体模型；
信息获取模块，用于获取模型中水管的空间坐标信息、待创建水体单元的单元信息和待创建水管与混凝土接触单元的单元信息；
单元信息配置模块，用于设置待创建水体单元的单元信息和待创建水管与混凝土接触单元的单元信息；
单元创建模块，用于创建水体单元、水管与混凝土接触单元。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：利用计算机程序实现在整体有限元网格模型内进行局部冷却水管网格水体单元、水管与混凝土接触单元创建、布置与分组实现冷却水管的模拟。与手动创建冷却水管各单元相比，本发明一种混凝土温控冷却水管分离式建模方法，计算结果与常规手动剖分单元的计算结果一致，但前处理工作量大大减少且提高了计算性能。
附图说明
图1是本发明的方法流程图；
图2是原始无冷却水管整体模型；
图3是生成冷却水管后的整体模型。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-3所示，本实施例提供一种混凝土温控冷却水管分离式建模方法，包括以下步骤：
S1、创建三维有限元整体模型，所述模型包含混凝土模型和埋设在所述混凝土内的冷却水管模型，利用前处理软件对整体模型进行剖分；有限元模型整体坐标、尺寸、材料分区与实物本体的整体坐标、尺寸、材料分区相同，所述实物本体包括混凝土和埋设在混凝土内的冷却水管；
S2、获取所述整体模型中水管的进水口、出水口、水管拐弯点空间坐标信息，手动记录下水管的进水口、拐弯点、出水口的空间坐标；
S3、根据进水口、出水口、拐弯点空间坐标，设置轴向待创建水体单元的单元信息，将剖分完成的整体模型导出成自定义的可被读取的数据格式；
S4、根据轴向待创建水体单元信息在径向和周向设置待创建水管与混凝土接触单元的单元信息，在程序中填写待创建水体单元的起始点、结束点空间坐标及整体剖分数；
S5、根据步骤S3中的待创建水体单元信息和步骤S4中的待创建水管与混凝土接触单元信息，填写环绕待创建水体单元径向、周向的待创建水管与混凝土接触单元的厚度与剖分数；通过程序对设置完成的待创建水体单元、水管与混凝土接触单元进行数据点插值创建单元，将创建后的单元信息重新划分成组。
进一步地，当冷却水管直线型布置时获取水管进、出口空间坐标；蛇形布置时获取水管的进水口、出水口、水管拐弯点空间坐标；
进一步地，步骤S3中所述设置轴向待创建水体单元信息时，根据区域计算结果的精度需求设置轴向待创建水体单元的长度，应力集中区域的待创建水体单元的长度比应力分散区域的待创建水体单元的长度短，混凝土温度与水管温度差异大的区域的待创建水体单元的长度比混凝土温度与水管温度差异小的区域的待创建水体单元的长度短。
进一步地，在步骤S4中，沿着冷却水管轴向在待创建水体单元的径向设置水管与混凝土接触单元厚度，以及在待创建水体单元的周向设置水管与混凝土接触单元个数；
进一步地，所述待创建水体单元的单元信息和所述待创建水管与混凝土接触单元的单元信息均包括轴向长度、径向厚度和周向宽度。
进一步地，在步骤S5中，根据实物本体的轴向长度、径向厚度和周向宽度，对待创建水体单元、待创建水管与混凝土接触单元进行数据点插值，创建水体单元和水管与混凝土接触单元。
进一步地，根据不同地区、不同材料将创建后的水体单元的单元信息和水管与混凝土接触单元的单元信息依据同一地区与同一材料信息重新划分成组，方便后续使用中赋予材料性质。
本实施例还提供一种混凝土温控冷却水管分离式建模系统，包括：
三维有限元模型创建模块，用于创建三维有限元整体模型；
信息获取模块，用于获取模型中水管的空间坐标信息、待创建水体单元的单元信息和待创建水管与混凝土接触单元的单元信息；
单元信息配置模块，用于设置待创建水体单元的单元信息和待创建水管与混凝土接触单元的单元信息；
单元创建模块，用于创建水体单元、水管与混凝土接触单元。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。
因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施列的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/ 或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/ 或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种混凝土温控冷却水管分离式建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、创建三维有限元整体模型；所述整体模型包含混凝土模型和埋设在所述混凝土内的冷却水管模型；
S2、获取所述整体模型中水管的进水口、出水口、水管拐弯点空间坐标信息；
S3、根据进水口、出水口、拐弯点空间坐标，设置轴向待创建水体单元的单元信息；
S4、根据轴向待创建水体单元信息，在径向和周向设置待创建水管与混凝土接触单元的单元信息；
S5、根据步骤S3中的待创建水体单元信息和步骤S4中的待创建水管与混凝土接触单元信息，创建水体单元、水管与混凝土接触单元。
2.根据权利要求1所述的一种混凝土温控冷却水管分离式建模方法，其特征在于，步骤S1中有限元模型整体坐标、尺寸、材料分区与实物本体的整体坐标、尺寸、材料分区相同，所述实物本体包括混凝土和埋设在混凝土内的冷却水管。
3.根据权利要求2所述的一种混凝土温控冷却水管分离式建模方法，其特征在于，步骤S2中，当冷却水管直线型布置时获取水管进水口、出水口空间坐标；蛇形布置时获取水管的进水口、出水口、水管拐弯点空间坐标。
4.根据权利要求3所述的一种混凝土温控冷却水管分离式建模方法，其特征在于，步骤S3中所述设置轴向待创建水体单元信息时，根据区域计算结果的精度需求设置轴向待创建水体单元的长度，应力集中区域的待创建水体单元的长度比应力分散区域的待创建水体单元的长度短，混凝土温度与水管温度差异大的区域的待创建水体单元的长度比混凝土温度与水管温度差异小的区域的待创建水体单元的长度短。
5.根据权利要求4所述的一种混凝土温控冷却水管分离式建模方法，其特征在于，在步骤S4中，沿着冷却水管轴向在待创建水体单元的径向设置水管与混凝土接触单元厚度，以及在待创建水体单元的周向设置水管与混凝土接触单元个数。
6.根据权利要求5所述的一种混凝土温控冷却水管分离式建模方法，其特征在于，所述待创建水体单元的单元信息和所述待创建水管与混凝土接触单元的单元信息均包括轴向长度、径向厚度和周向宽度。
7.根据权利要求6所述的一种混凝土温控冷却水管分离式建模方法，其特征在于，在步骤S5中，根据实物本体的轴向长度、径向厚度和周向宽度，对待创建水体单元、待创建水管与混凝土接触单元进行数据点插值，创建水体单元和水管与混凝土接触单元。
8.根据权利要求7所述的一种混凝土温控冷却水管分离式建模方法，其特征在于，根据不同地区、不同材料将创建后的水体单元的单元信息和水管与混凝土接触单元的单元信息依据同一地区与同一材料信息重新划分成组。
9.一种混凝土温控冷却水管分离式建模系统，基于权利要求1-8中任意一项所述的建模方法，其特征在于，包括：
三维有限元模型创建模块，用于创建三维有限元整体模型；
信息获取模块，用于获取模型中水管的空间坐标信息、待创建水体单元的单元信息和待创建水管与混凝土接触单元的单元信息；
单元信息配置模块，用于设置待创建水体单元的单元信息和待创建水管与混凝土接触单元的单元信息；
单元创建模块，用于创建水体单元、水管与混凝土接触单元。
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