有限元分析有压管道

1、1 / 10 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： xxxxx 1.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、2 / 10 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 15c，外界温度 35c。本报告计算时考虑到压力管道轴向长

2、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。3 / 10 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。4 / 10 2.2 材料参数混凝

3、土参数：弹性模量： e = 25.5gpa 密度： = 2400 kg / m3泊松比： ? = 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 = 210 gpa 密度： = 7850kg / m 3泊松比： ? = 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：5 / 10 3.计算结果与结论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

4、度。6 / 10 3.2.2 温度分布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。7 / 10 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

5、各截面段的变形值。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8 / 10 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9 / 10 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10 / 10 破坏。故而应该在