有限元分析有壓管道

1、水電站建筑物結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化設(shè)計有壓管道計算分析報告專業(yè)：xxxxx姓名：xxxxx學(xué)號：xxxxx1 .概況1.1 工程概況該工程總裝機容量2.5kw,尾水用于農(nóng)田灌溉。電站由引水渠道、壓力前池、壓力管道、廠房和升壓站組成。電站引水系統(tǒng)采用明管，管道沿山脊蜿蜒而下，全長2670nl具有多個空間和平面轉(zhuǎn)換，共設(shè)27個鎮(zhèn)墩。1.2 計算內(nèi)容本報告只針對尾部總長285m的管段，采用鋼板作為內(nèi)襯的鋼筋混凝土管道方案，斷面如下圖所示。分析其壓力管道內(nèi)部完全沖水時的溫度分布、應(yīng)力與變形。內(nèi)部水壓5MPa水溫15°C,外界溫度35a本報告計算時考慮到壓力管道軸向長度與管道截面尺寸相差兩個數(shù)量級，建

2、模時軸向尺寸太大而影響到截面計算的準(zhǔn)確性，且同時此問題為平面應(yīng)變問題，故而本報告截取沿垂直于水流方向軸向長度為5m的有壓管道來進(jìn)行模擬。模擬時管道兩端約束其軸向方向的位移，忽略基巖的形變，在管道與基巖相連接處采用全約束的方式來模擬基巖對管道的影響。鑒于要求考慮的是管道充水時的溫度分布、變形和應(yīng)力，故而本報告只考慮了管道內(nèi)部工作壓力為5MPa寸管道的變形、應(yīng)力，沒有考慮水所受重力與混凝土所受重力對管道充水時的影響。2.基本資料2.1 幾何參數(shù)Ogz基巖1175鋼板內(nèi)襯直徑1000mm,鋼板厚26mm,外包混凝土厚400mm2.2材料參數(shù)混凝土參數(shù)：彈性模量：E=25.5Gpa密度：p=2400k

3、g/mA3泊松比：？=0.167溫度線膨脹系數(shù)1.0*10a-5/C導(dǎo)熱系數(shù)：1.28W/(m.K)抗拉強度：抗壓強度：鋼板參數(shù)：彈性模量：E=210Gpa密度：p=7850kg/m人3泊松比：？=0.3溫度線膨脹系數(shù)1.2*10a-5導(dǎo)熱系數(shù)：14.7W/(m.K)屈服強度：3 .計算結(jié)果及結(jié)論3.1計算模型網(wǎng)格劃分情況截面網(wǎng)格劃分情況網(wǎng)格劃分采用選角點劃分，然后直接對體進(jìn)行掃掠3.2 熱分析3.2.1 溫度邊界其外部溫度為35攝氏度，內(nèi)部水溫為15攝氏度溫度分布圖由圖可知，管道單獨部分溫度沿徑向呈線性分布，整體呈對稱分布。由側(cè)面圖可知其沿軸向方向溫度分布值無明顯變化，表明主視圖可代表各處截

4、面的溫度分布溫度梯度矢量由圖可知，在管道上半部分，混凝土沿徑向由內(nèi)向外呈遞減狀態(tài)，最大處梯度值為61,最小處梯度值為3.7.由側(cè)面圖可知其沿軸向方向梯度值無明顯變化，表明主視圖可代表各處截面的溫度梯度矢量。3.3 結(jié)構(gòu)一熱耦合分析3.3.1 變形X方向位移由圖可知，x方向變形最大值為0.283mm,變形呈中心對稱分布。且從側(cè)面圖可看出x方向變形沿軸向方向沒有明顯的變化，故而認(rèn)為主視圖中變形值可代表各截面段的變形值。Y方向位移Y方向位移最大值為0.838mm,最上端的變形最大。且從側(cè)面圖可看出y方向變形沿軸向方向沒有明顯的變化，故而認(rèn)為主視圖中變形值可代表各截面段的變形值。Z方向位移看圖可知，軸

5、向位移隨軸向深度的不同而改變，因為本報告采用的是對管道兩端約束其z向位移，故而主視圖無法代表管道截面處的軸向位移，所以此處z向位移無實際參考價值。3.3.2 應(yīng)力a叫第一主應(yīng)力由圖可知，第一主應(yīng)力最大值為61Mpa,出現(xiàn)在鋼板上，混凝土上最大拉應(yīng)力約在10MPa附近，混凝土?xí)l(fā)生拉伸破壞，鋼板滿足強度要求。且從側(cè)面圖可看出沿軸向方向其應(yīng)力值無明顯變化，故而認(rèn)為可由主視圖的應(yīng)力值代表各截面的應(yīng)力值第三主應(yīng)力由圖可知，第三主應(yīng)力最大值為51Mpa,出現(xiàn)在鋼板上，混凝土上最大壓應(yīng)力約在8MPa附近，均滿足強度條件。且從側(cè)面圖可看出沿軸向方向其應(yīng)力值無明顯變化，故而認(rèn)為可由主視圖的應(yīng)力值可代表各截面的應(yīng)力值。4 .結(jié)論與建議本報告用ANSY前件對有壓管道進(jìn)行了模擬，考慮了其受內(nèi)水壓力和內(nèi)外溫差的影響下的應(yīng)力和變形，在靜力計算的時候讀入溫度分布來間接耦合。結(jié)果發(fā)現(xiàn)混凝土有部分拉力值超過了其抗拉強度，會發(fā)生破壞。故而應(yīng)該在混凝土內(nèi)部增加環(huán)