《ANSYS软件在分析地下埋管工程中的应用》.pdf

( ) 第 12 卷第 5 期 安徽建筑工业学院学报 自然科学版 Vol. 12 No. 5 2004 Journal of Anhui Institute of Architecture Industry 2004 ANSYS 软件在分析地下埋管工程中的应用 1 1 2 龚爱民 ,傅蜀燕 ,黄海燕 ( 1. 云南农业大学水利水电与建筑学院 , 昆明　650201 ;2. 南京工业大学土木工程学院 ,南京　210098) 摘 　要 : 以带有刚性基础的沟埋式管道为例,介绍了利用 ANSYS 软件进行管道结构有限元分析的基本过程 ,包括 模型的建立、边界条件与荷载的施加、问题的求解和结果的分析。本文分析了管壁环向应力分布规律 ,指出管 顶、管底和管侧为管壁的三个控制性截面 ,并与结构力学方法、边界单元法的计算结果进行了比较 ; 同时 ,对管周 回填土的沉陷进行了分析 ,并与马斯顿的“等沉陷层”理论作了比较。 关键词 :埋管 ;有限元法 ;边界元法 ;结构分析 ;ANSYS 软件 ( ) 中图分类号:TU992 　　　文献标识码 :A 　　　文章编号 :1006 - 4540 2004 05 - 051 - 05 　　随着生产技术的不断进步 ,地下埋管在国民经济各领域得到了广泛应用。如市政工程中的各种给排 水管道和煤气管道 ;交通工程中的地铁隧道和公路隧道 ;水利工程中的各种引水管、坝下埋管以及铺设于 河床下面的倒虹吸管 ;能源工程中的石油、天然气输送管和供热管道等。通常 ,地下埋管管线较长 ,投资 巨大 ,而且属于隐蔽工程 ,一旦发生开裂 ,检修较困难 ,并可能造成严重后果。为确保管道及其所属总体 工程的安全运营 ,如何合理正确地分析、计算地下埋管结构以及采用何种理论或方法就成为一个急待解 决的重要课题。 大型通用有限元分析软件 ANSYS 具有良好的前后处理功能和强大的计算内核。其图形界面和交互 式操作大大简化了计算模型的创建过程。其强大的前、后处理功能 ,大大地简化了设计人员在有限元分 析工作中的数据处理和结果分析 ,减少了应力分析设计时间 ,缩短了设计周期。 在研究地下埋管的工作机理时 ,管周土体既是作用在管道上的荷载 ,又是参与变形的一种介质。因 此 ,必须把管道周围一定范围内的填土体作为结构的一部分加以考虑。地下埋管的应力与埋管尺寸、外 形、填土厚度、填土力学性质、原始边界条件等因素有关 ,很难简单地用公式来概括这些因素。避开探求 复杂的计算公式而采用数值分析方法是比较好的解决途径之一。于是 ,利用 ANSYS 软件对地下埋管结 构进行有限元分析 , 以改善或取代传统的计算方法,使计算结果能更准确地反映实际情况 ,这对于改进计 算方法 ,防止埋管出现损裂有着重要的意义。 地下埋管按施工方法进行分类 ,可分为沟埋式、上埋式和隧道式三类。本文以沟埋式管道为例 ,利用 ANSYS 软件进行管道结构进行分析。 1 　ANSYS 结构分析基本过程 ( ) ( ) 1 问题的定义:首先使用 ANTYPE 命令指定分析类型 ,然后定义 Element Type 单元类型 ,该网格单 ( ) ( ) 元为 PLANE82 类型 ,再在 Material Props 材料特性 中定义材料的物理参数等。 2 模型的建立 :ANSYS 提 供直接和间接建立模型的方法 :直接法是采用连接节点的方式建立单元 ,但此种方法对于复杂结构 ,建立 收稿日期 :2004 - 03 - 15 ( ) 作者