有限元分析报告有压管道.doc

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1、水电站建筑物结构分析与优化设计——有压管道计算分析报告专业：xxxxx：xxxxx学号：xxxxx1.概况1.1工程概况该工程总装机容量2.5kw，尾水用于农田灌溉。电站由引水渠道、压力前池、压力管道、厂房和升压站组成。电站引水系统采用明管，管道沿山脊蜿蜒而下，全长2670m，具有多个空间和平面转换，共设27个镇墩。1.2计算容本报告只针对尾部总长285m的管段，采用钢板作为衬的钢筋混凝土管道方案，断面如下图所示。分析其压力管道部完全冲水时的温度分布、应力与变形。部水压5MPa，水温15°C，外界温度35°C。本报告计算时考虑到压力管道轴向

2、长度与管道截面尺寸相差两个数量级，建模时轴向尺寸太大而影响到截面计算的准确性，且同时此问题为平面应变问题，故而本报告截取沿垂直于水流方向轴向长度为5m的有压管道来进行模拟。模拟时管道两端约束其轴向方向的位移，忽略基岩的形变，在管道与基岩相连接处采用全约束的方式来模拟基岩对管道的影响。鉴于要求考虑的是管道充水时的温度分布、变形和应力，故而本报告只考虑了管道部工作压力为5MPa时管道的变形、应力，没有考虑水所受重力与混凝土所受重力对管道充水时的影响。2.基本资料2.1几何参数钢板衬直径1000mm，钢板厚26mm，外包混凝土厚400mm。2.2

3、材料参数混凝土参数：弹性模量：E=25.5Gpa密度：ρ=2400kg/m^3泊松比：є=0.167温度线膨胀系数1.0*10^-5/°C导热系数：1.28W/(m.K)抗拉强度：抗压强度：钢板参数：弹性模量：E=210Gpa密度：ρ=7850kg/m^3泊松比：є=0.3温度线膨胀系数1.2*10^-5导热系数：14.7W/(m.K)屈服强度：3.计算结果及结论3.1计算模型网格划分情况截面网格划分情况网格划分采用选角点划分，然后直接对体进行扫掠。3.2热分析3.2.1温度边界其外部温度为35摄氏度，部水温为15摄氏度。3.2.2温度分布

4、温度分布图由图可知，管道单独部分温度沿径向呈线性分布，整体呈对称分布。由侧面图可知其沿轴向方向温度分布值无明显变化，表明主视图可代表各处截面的温度分布。温度梯度矢量由图可知，在管道上半部分，混凝土沿径向由向外呈递减状态，最大处梯度值为61，最小处梯度值为3.7.由侧面图可知其沿轴向方向梯度值无明显变化，表明主视图可代表各处截面的温度梯度矢量。3.3结构—热耦合分析3.3.1变形X方向位移由图可知，x方向变形最大值为0.283mm，变形呈中心对称分布。且从侧面图可看出x方向变形沿轴向方向没有明显的变化，故而认为主视图中变形值可代表各截面段的变

5、形值。Y方向位移Y方向位移最大值为0.838mm，最上端的变形最大。且从侧面图可看出y方向变形沿轴向方向没有明显的变化，故而认为主视图中变形值可代表各截面段的变形值。Z方向位移看图可知，轴向位移随轴向深度的不同而改变，因为本报告采用的是对管道两端约束其z向位移，故而主视图无法代表管道截面处的轴向位移，所以此处z向位移无实际参考价值。3.3.2应力第一主应力由图可知，第一主应力最大值为61Mpa，出现在钢板上，混凝土上最大拉应力约在10MPa附近，混凝土会发生拉伸破坏，钢板满足强度要求。且从侧面图可看出沿轴向方向其应力值无明显变化，故而认为可

6、由主视图的应力值代表各截面的应力值。第三主应力由图可知，第三主应力最大值为51Mpa，出现在钢板上，混凝土上最大压应力约在8MPa附近，均满足强度条件。且从侧面图可看出沿轴向方向其应力值无明显变化，故而认为可由主视图的应力值可代表各截面的应力值。4.结论与建议本报告用ANSYS软件对有压管道进行了模拟，考虑了其受水压力和外温差的影响下的应力和变形，在静力计算的时候读入温度分布来间接耦合。结果发现混凝土有部分拉力值超过了其抗拉强度，会发生破坏。故而应该在混凝土部增加环向钢筋来增加其抗拉强度。本报告只考虑了其水压力与外温差的影响，没考虑水的重力

7、与混凝土重力对管道的影响。而且在模拟其管道截面时采用约束轴向的方式，对实际的问题存在误差。