預應力罐體結構有限元模型網格劃分方法
【專利摘要】預應力罐體結構有限元模型網格劃分方法屬于有限元仿真分析領域。本方法包括：（1）徑向網格劃分、（2）環向網格劃分和（3）豎向網格劃分；其中，（1）徑向網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，（2）環向網格劃分是指按（4）豎向預應力筋間距的0.25—1倍為間距選取格點，（3）豎向網格劃分是指，按環向預應力筋間距的1—2倍為間距選取格點。采用本方法進行網格劃分能夠提高預應力罐體結構的計算精度，降低計算規模和計算成本，有效解決了預應力罐體結構網格劃分數量和計算經濟性之間的平衡，可以廣泛應用到具有預應力罐體結構的LNG儲罐和核電安全殼項目中。
【專利說明】預應力罐體結構有限元模型網格劃分方法
【技術領域】:
[0001]本發明涉及一種新型的預應力罐體結構有限元模型網格劃分方法，屬于有限元仿真分析領域。
【背景技術】:
[0002]隨著有限元理論和計算機硬件的發展，計算機輔助工程(CAE)技術和軟件越來越成熟，已經逐漸成為工程技術人員從事產品開發、科學研究的得力助手和有效工具，與此同時，實際工程有限元模型越來越復雜。劃分網格是建立有限元模型的一個重要環節，它要求考慮的問題較多，需要的工作量較大，所劃分的網格形式對計算精度和計算規模將產生直接影響。網格數量的多少將影響計算結果的精度和計算規模的大小。一般來講，網格數量增加，計算精度會有所提高，但同時計算規模和計算成本也會增加。
【發明內容】
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[0003]為了提高預應力罐體結構的計算精度，降低計算規模和計算成本，本發明提出一種新型的有限元模型網格劃分方法，本方法有效解決了預應力罐體結構網格劃分數量和計算經濟性之間的平衡，可以廣泛應用到具有預應力罐體結構的LNG儲罐和核電安全殼項目中。
[0004]預應力罐體結構包括預應力筋和鋼筋混凝土 ；有限元模型中，預應力筋采用線單元進行劃分，鋼筋混凝土采用六面體單元進行劃分。網格劃分包括:徑向網格劃分、環向網格劃分和豎向網格劃分；其中，徑向網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，經研究分析，由于預應力罐體結構一般布置多層鋼筋網片，且內部設有環向和豎向預應力筋，預應力筋一般布置在中心處，預應力筋張拉時會對周圍混凝土結構產生預壓應力，這個影響范圍在0.25h范圍內，因此選取0.25倍間距時既與結構布置相一致，又能更好的分析截面范圍內各個區域的受力性能，并使計算效率最優。
[0005]環向網格劃分是指按豎向預應力筋間距的0.25-1倍為間距選取格點，由于此類結構在豎向預應力筋間會出現較多溫度應力，0.5倍豎向預應力處溫度應力較大，為了分析結果的準確性，選取0.5倍豎向預應力筋間距為最優。
[0006]豎向網格劃分是指，按環向預應力筋間距的I一2倍為間距選取格點。豎向網格劃分對有限元分析結果的影響最小，為了計算的經濟性，可以適當加大網格間距，但由于計算的精度和洞口原因，間距也不可過大，經過模擬驗證環向選取I倍間距時，計算結果精度好，計算速度較快，且能夠有效的分析結構洞口細部情況。
[0007]進一步其中，(I)徑向網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，(2)環向網格劃分是指按(4)豎向預應力筋間距的0.5倍為間距選取格點，(3)豎向網格劃分是指，按環向預應力筋間距的I倍為間距選取格點。
[0008]當遇到結構洞口時，在洞口周圍網格尺寸縮小1-2倍，網格尺寸縮小范圍是洞口尺寸擴大一個墻厚尺寸。[0009]采用本網格劃分方法能夠節省建立有限元模型的時間，可以進行分塊話建模，使模型構成簡單，修改方便，容易控制單元數量，縮小了計算規模。
【專利附圖】
【附圖說明】:
[0010]圖1結構平面圖
[0011]圖2為圖1結構的立面圖
[0012]圖3為圖1中選取的A-A局部有限元模型網格劃分示意圖
[0013]圖4最后網格劃分結果圖
[0014]圖中:1徑向網格劃分，2是環向網格劃分，3是豎向網格劃分，4是豎向預應力筋
【具體實施方式】:
[0015]實施例1
[0016]某LNG儲罐，立面如圖1所示，混凝土強度等級為C50 ;外罐直徑:83.6m,內罐直徑:82m ;罐壁厚:0.8m ;筒身墻頂標高:39.689 ;預應力鋼筋采用19束T15.7 (截面150mm2)低松弛鋼絞線，豎向預應力筋間距為4°弧長，。
[0017]有限元模型中，預應力筋采用LinkS單元進行模擬，鋼筋混凝土單元選取Solid65六面體單元進行模擬。徑向網格劃分按照罐體壁厚的0.25選取格點，格點間距為200mm。
[0018]環向網格劃分按豎向預應力筋間距的0.5倍選取格點，為2°弧長。
[0019]豎向網格劃分按環向預應力筋間距的I倍間距選取格點。在洞口周圍網格尺寸縮小I倍，網格尺寸縮小范圍是洞口尺寸擴大一`個墻厚800_。
[0020]采用各種網格劃分尺寸后有限元模型的計算精度和計算時長的對比分析見下表，由表中結果可知:徑向網格格點間距采用0.25h比采用0.5h，精度提高23.1%，用時增加11% ;環向網格格點間距采用0.5L比采用1L，精度提高17%，用時增加10.4%，采用0.25L比采用0.5L，精度提高2%，用時增加16% ;豎向網格格點間距選用IH比選用2H，計算精度提高15%，計算量增加11%。
[0021]綜上所述采用徑向網格劃分按照罐體壁厚的0.25選取格點，環向網格劃分按豎向預應力筋間距的0.5倍選取格點，豎向網格劃分按環向預應力筋間距的I倍間距選取格點，有限元模型計算精度較高，且計算速度較快.[0022]
3豎向網格
I徑向網格劃分2環向網格
劃分
項目^^^π
0.20.5 0.0,I I
H
__5h__h__25L5L__LH__
7 8
計算精度(占理論信的967899178
_^^^^_I 8 I 6 I_
8.7.6
計算時長(小時)7.16.47 b ^
___^_I_ 64 1.7 I I_
[0023]*計算精度一在各種網格節點劃分下，選取固定點應力分析結果，與理論計算值的百分比進行對比分析。
[0024]h-壁厚
[0025]L——豎向預應力筋間距
[0026]H——環向預應力筋間距。
【權利要求】
1.預應力罐體結構有限元模型網格劃分方法，預應力罐體結構包括預應力筋和鋼筋混凝土；預應力罐體結構有限元模型中，預應力筋采用線單元進行劃分，鋼筋混凝土采用六面體單元進行劃分；其特征在于，網格劃分包括:(I)徑向網格劃分、(2)環向網格劃分和(3)豎向網格劃分；其中，(I)徑向網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，(2)環向網格劃分是指按(4)豎向預應力筋間距的0.25 — I倍為間距選取格點，(3)豎向網格劃分是指，按環向預應力筋間距的I一2倍為間距選取格點。
2.根據權利要求1所述的預應力罐體結構有限元模型網格劃分方法，其特征在于，環向網格劃分按豎向預應力筋間距的0.5倍。
3.根據權利要求1所述的預應力罐體結構有限元模型網格劃分方法，其特征在于，豎向網格劃分按環向預應力筋間距的I倍。
4.根據權利要求1所述的預應力罐體結構有限元模型網格劃分方法，其特征在于，徑向網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。
5.根據權利要求1所述的預應力罐體結構有限元模型網格劃分方法，其特征在于，其中，(I)徑向網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，(2)環向網格劃分是指按(4)豎向預應力筋間距的0.5倍為間距選取格點，(3)豎向網格劃分是指，按環向預應力筋間距的I倍為間距選取格點。
6.根據權利要求1所述的預應力罐體結構有限元模型網格劃分方法，其特征在于，遇到洞口區域時，網格尺寸縮小1-2倍，網格尺寸縮小范圍是洞口尺寸擴大一個墻厚尺寸。
【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 優先權日:2013年12月2日
【發明者】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, 中建電力建設有限公司, 北京工業大學