[發(fā)明專利]用于有限元模擬的蒸汽荷載加載方法、系統(tǒng)、設(shè)備及介質(zhì)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110243327.1
• 申請(qǐng)日: 2021-03-04
• 公開（公告）號(hào): CN113051790A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡長(zhǎng)明;袁一力;梅源
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安建筑科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/23
• 分類號(hào): G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 房鑫

本發(fā)明公開了用于有限元模擬的蒸汽荷載加載方法、系統(tǒng)、設(shè)備及介質(zhì)，包括確定混凝土模型中每個(gè)單元中心點(diǎn)的溫度分布信息，計(jì)算混凝土模型中每個(gè)單元的蒸汽壓力分布信息；將蒸汽壓力分布信息轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)單元的三向主應(yīng)力，并寫入空白結(jié)果文件，得到蒸汽壓力應(yīng)力場(chǎng)結(jié)果文件，導(dǎo)入混凝土模型中，得到靜力平衡分析結(jié)果；提取混凝土模型中各個(gè)單元的節(jié)點(diǎn)力結(jié)果；建立混凝土模型的節(jié)點(diǎn)集合，將節(jié)點(diǎn)力結(jié)果作為荷載對(duì)應(yīng)施加至混凝土模型的每個(gè)節(jié)點(diǎn)；本發(fā)明通過對(duì)混凝土模型的溫度場(chǎng)，經(jīng)蒸汽壓力場(chǎng)轉(zhuǎn)換為等效節(jié)點(diǎn)力場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)蒸汽壓力場(chǎng)等效荷載的施加，精度高，能夠極大程度上還原蒸汽壓力的實(shí)際數(shù)值；施加過程獨(dú)立，無需修改幾何模型，模擬效果較好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于仿真模擬技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于有限元模擬的蒸汽荷載加載方法、系統(tǒng)、設(shè)備及介質(zhì)。

背景技術(shù)

有限元數(shù)值模擬方法是土木工程領(lǐng)域各類結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變預(yù)測(cè)的主要方法，以及為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工過程提供技術(shù)參考的重要手段；在有限元數(shù)值建模過程中，荷載的準(zhǔn)確取值與施加是模擬準(zhǔn)確與否的關(guān)鍵一環(huán)；有限元數(shù)值建模中存在各種類型的荷載，例如重力、慣性力、滲流力及磁場(chǎng)荷載等體力，風(fēng)荷載及均布荷載等表面力；上述荷載形式簡(jiǎn)單，施加方式明確，絕大多數(shù)有限元軟件均直接提供其施加方式。

但一些間接荷載無法直接在有限元程序中施加，例如混凝土蓄熱元件中水分氣化導(dǎo)致的蒸汽壓力；混凝土蓄熱元件由于其成本低、易成型、力學(xué)性能好及熱脹系數(shù)與鋼材相當(dāng)?shù)葍?yōu)點(diǎn)而被廣泛用于各類儲(chǔ)熱系統(tǒng)中，元件通過導(dǎo)熱油、熔融鹽等作為傳熱介質(zhì)，混凝土作為儲(chǔ)熱介質(zhì)。混凝土澆筑過程中存在大量水分，且需要較長(zhǎng)時(shí)間才能蒸發(fā)完畢，在混凝土蓄熱元件使用時(shí)其中的水分在高溫作用下快速氣化，產(chǎn)生的蒸汽壓力有可能造成混凝土炸裂事故，因而對(duì)其升熱過程產(chǎn)生的蒸汽壓力導(dǎo)致的混凝土內(nèi)力分布進(jìn)行數(shù)值模擬預(yù)測(cè)很有必要；但由于蒸汽壓力荷載難以直接施加，對(duì)其進(jìn)行的模擬多僅在內(nèi)部管道內(nèi)壁施加容器壓力，無法準(zhǔn)確模擬蒸汽壓力對(duì)混凝土的影響。

現(xiàn)有技術(shù)中常常通過在原有模型上增加孔隙，在孔隙中施加壓力；其缺點(diǎn)為需要改變?cè)心Ｐ偷膸缀螛?gòu)造，同時(shí)由于增加的孔隙往往較小，增加了模型網(wǎng)格劃分的難度、質(zhì)量以及網(wǎng)格的總數(shù)量，導(dǎo)致計(jì)算代價(jià)極大的增加，無法適用于較大模型；且實(shí)現(xiàn)的效果不好，難以準(zhǔn)確還原蒸汽壓力的實(shí)際效果。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種用于有限元模擬的蒸汽荷載加載方法、系統(tǒng)及設(shè)備，以解決現(xiàn)有的混凝土蒸汽壓力荷載模擬過程，需改變?cè)心Ｐ偷膸缀螛?gòu)造，計(jì)算難度較低，模擬結(jié)果較差的技術(shù)問題。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

本發(fā)明提供了一種用于有限元模擬的蒸汽荷載加載方法，包括以下步驟：

獲取混凝土模型的溫度分布，確定混凝土模型中每個(gè)單元中心點(diǎn)的溫度分布信息；

計(jì)算混凝土模型中每個(gè)單元的蒸汽壓力分布信息；

構(gòu)建空白結(jié)果文件，將混凝土模型中每個(gè)單元的蒸汽壓力分布信息轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)單元的三向主應(yīng)力，并寫入空白結(jié)果文件，得到蒸汽壓力應(yīng)力場(chǎng)結(jié)果文件；

將蒸汽壓力應(yīng)力場(chǎng)結(jié)果文件，導(dǎo)入混凝土模型中，運(yùn)行靜力平衡分析，得到靜力平衡分析結(jié)果；

根據(jù)靜力分析結(jié)果，提取混凝土模型中各個(gè)單元的節(jié)點(diǎn)力結(jié)果；

建立混凝土模型的節(jié)點(diǎn)集合，將節(jié)點(diǎn)力結(jié)果作為荷載對(duì)應(yīng)施加至混凝土模型的每個(gè)節(jié)點(diǎn)；至此蒸汽荷載加載完成。

進(jìn)一步的，獲取混凝土模型的溫度分布時(shí)，采用對(duì)混凝土模型的瞬態(tài)熱傳遞分析，得到混凝土模型的溫度分布。

進(jìn)一步的，計(jì)算混凝土模型中每個(gè)單元的蒸汽壓力分布信息過程：

根據(jù)混凝土模型中每個(gè)單元中心點(diǎn)的溫度分布信息，利用溫度-蒸汽壓力經(jīng)驗(yàn)公式，計(jì)算得到混凝土模型中每個(gè)單元的蒸汽壓力分布信息。