APDL語言在液體動(dòng)水壓力力學(xué)分析中的應(yīng)用

孫榮國 于佳 孫燕燕

摘要：利用APDL語言對脫硫塔結(jié)構(gòu)漿液段的液體動(dòng)水壓力進(jìn)行力學(xué)分析。定義脫硫塔漿液段結(jié)構(gòu)模型的材料特性定義、幾何模型建立、單元網(wǎng)格劃分、動(dòng)水壓力載荷的加載和邊界約束條件的施加、執(zhí)行求解命令和后處理計(jì)算結(jié)果讀取等一系列指令，極大地提高了效率，降低了分析成本。

關(guān)鍵詞：APDL語言;脫硫塔結(jié)構(gòu);動(dòng)水壓力;力學(xué)分析

中圖分類號：TP312 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ?文章編號：1674-1161（2020）01-0028-03

APDL是一種集成的參數(shù)化設(shè)計(jì)語言，全稱為ANSYS Parametric Design Language。APDL語言在通用性強(qiáng)的任務(wù)里編程建立仿真模型，為優(yōu)化設(shè)計(jì)和計(jì)算結(jié)果提供了極大便利，且易于存儲，適用于不同版本的ANSYS軟件。有限元軟件分析的一般過程為：定義模型、劃分網(wǎng)格施加載荷與約束、求解、解釋結(jié)果及優(yōu)化設(shè)計(jì)（如圖1所示）。當(dāng)求解結(jié)果需要優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，即可通過APDL語言修改模型的幾何結(jié)構(gòu)或載荷狀態(tài)等。APDL語言尤其適合模型復(fù)雜或修改較多的情況。APDL可設(shè)定為根據(jù)特定的函數(shù)公式、變量及給定的標(biāo)準(zhǔn)以建立智能分析的手段，為設(shè)計(jì)者完成上述循環(huán)的過程，實(shí)現(xiàn)迭代功能。其輸入可以是復(fù)雜的數(shù)據(jù)輸入，滿足用戶對設(shè)計(jì)或分析屬性、類別的控制，擴(kuò)展了有限元分析功能，擴(kuò)充了包括指標(biāo)靈敏度的研究、模型參數(shù)化建模、設(shè)計(jì)整理修改及設(shè)計(jì)迭代優(yōu)化的更高級運(yùn)算。本課題利用APDL語言對脫硫塔結(jié)構(gòu)漿液段的液體動(dòng)水壓力進(jìn)行力學(xué)分析。

1 結(jié)構(gòu)力學(xué)分析

1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分

利用APDL程序設(shè)計(jì)語言將相關(guān)命令整理、組織起來，編制參數(shù)化的設(shè)計(jì)程序方案，進(jìn)而完成有限元分析的整個(gè)過程，即建立參數(shù)化的CAD仿真模型、網(wǎng)格劃分與控制原則、材料屬性定義、載荷施加和約束邊界條件的定義、分析控制和求解運(yùn)算以及后處理結(jié)果等。

APDL語言包括：

殼單元類型et，1，shell181;

材料屬性mp，ex，1，200e3、mp，prxy，1，0.3、mp，dens，1，9.83E-09;

殼單元截面信息（厚度22 mm）：sect，1，shell，，CJ_D

secdata，22，1，0.0，3

secoffset，MID

seccontrol，，，， ， ， ，

塔體半徑：*SET，r，11600/2

液壓強(qiáng)度：*SET，p，1240e-12

節(jié)點(diǎn)信息：k，1，0，0，0 k，2，0，0，10000

塔體建立：l，1，2 ?circle，1，r， ， ，360，40

……

有限元幾何模型如圖2所示;有限元模型網(wǎng)格劃分及約束如圖3所示。

1.2 動(dòng)水壓力加載與求解

動(dòng)水壓力在水文地質(zhì)學(xué)中稱為滲透力;在土建工程中定義為消防給水系統(tǒng)管網(wǎng)內(nèi)水在流動(dòng)時(shí)管道某一點(diǎn)的總壓力與速度壓力之差（簡稱動(dòng)壓）。在眾多的水工建筑物、土石壩及基坑作業(yè)的工程中，滲透力的大小直接影響工程安全。因此，在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)全過程與具體施工時(shí)，應(yīng)足夠重視其對地基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性帶來的重大影響。

動(dòng)水壓力計(jì)算公式為：

Gd=I·Rw

式中：Gd為動(dòng)水壓力;I為水力坡度（等于水位差除以滲流路線的長度）;Rw為水的容重，kN/m3。

根據(jù)公式及脫硫塔體相關(guān)參數(shù)，加載動(dòng)水壓力載荷。

1） 載荷的APDL語言流文件為：

SFGRAD，PRES， ，Z，7000，-9810*p，

SFA，ALL，1，PRES，

SFTRAN

allsel，all

加載結(jié)果如圖4所示。

2） 求解的APDL語言：

/SOL ?SOLVE

計(jì)算結(jié)果如圖5所示。

2 結(jié)語

將基于ANSYS的APDL語言應(yīng)用于脫硫塔結(jié)構(gòu)漿液段動(dòng)水壓力研究中，建立脫硫塔桶裝結(jié)構(gòu)CAD模型，施加載荷與約束，能迅速準(zhǔn)確地計(jì)算出給定載荷下的結(jié)果，完成計(jì)算過程。利用其參數(shù)化的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，在整個(gè)分析過程中修改其中的特定參數(shù)（如材料特性、塔壁厚度指標(biāo)等），達(dá)到反復(fù)分析的多種設(shè)計(jì)方案，極大地提高了分析效率和真實(shí)性，減少了過程分析時(shí)間。同時(shí)，以APDL為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)者可以開發(fā)出脫硫塔工程專用有限元分析程序，編寫保存常用的功能性小程序，并保存成宏文件以備隨時(shí)調(diào)用。另外，APDL也是脫硫塔漿液段ANSYS設(shè)計(jì)優(yōu)化的基礎(chǔ)，通過創(chuàng)建壁厚、載荷、材料、約束等的參數(shù)化分析流程，對其執(zhí)行優(yōu)化改進(jìn)，達(dá)到最優(yōu)化設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

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Abstract： The hydrodynamic pressure of the slurry section of the desulfurization tower was analyzed by APDL language. A series of instructions， such as material characteristic definition， geometric model establishment， cell grid division， dynamic water pressure loading and boundary constraint condition application， solving command execution and post-processing calculation result reading， have been defined for the slurry section structure model of desulfurization tower， which has greatly improved the efficiency and reduced the analysis cost.

Key words： APDL language; desulfurization tower structure; hydrodynamic pressure; mechanical analysis