ANSYS在冷却塔结构设计中的应用 (1)

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关于采用有限元软件ANSYS进行冷却塔计算的探讨

关键词：冷却塔；实体模型；结构计算；ＡＮＳＹＳＭ中图分类号：ＴＵ９９１．４２
内
文献标识码：Ａ
文章编号：１００７６９２１（２０１７）０９００６９（）２能。混凝上的心川方，女ｌＩ』｝ｊ几的实体性能米ｊｊ他力，如ＪＪｆＪ筋复介材料（盘ｌ】玻
的认可。
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ＡＮＳＹＳ软件建模口Ｊ采用实体单元缱模，有限元单元建模及几何模型建模。笔者主要介采用实
，．
体单元进行结构建模计算。
现以某工程４５００ｍ！逆流式双曲线刑自然通风冷却塔为例，进行结构计算。该塔简高度１０３．７５ｍ，顶部半径２５．５ｍ；喉部标高８２ｍ，喉部径２４ｎ；塔筒底部进风口标高７．８ｍ，进风Ｌ＿Ｉ处半径３９ｎ。塔筒
摘要：当前大型商用有限元计算软件如ＡＮＳＹＳ、ＡＤＩＮＡ、ＳＡＩ、ＮＡｒＲＡＮ、ＭＡＲ（、、ＡＨＡＱＵＳ、
ＡＤＡＭＳ、ＩＤＥＡＳ等，其中ＡＮＳＹＳ功能强大，应用广泛。是首选通用程序。笔者主要介绍了当采用ＡＮＳＹＳ有限元软件计算冷却塔的一些经验。

ANSYS-热分析(两个实例)有限元热分析上机指导书

第四讲热分析上机指导书CAD/CAM 实验室，USTC实验要求：1、通过对冷却栅管的热分析练习，熟悉用ANSYS 进行稳态热分析的基本过程，熟悉用直接耦合法、间接耦合法进行热应力分析的基本过程。

2、通过对铜块和铁块的水冷分析，熟悉用ANSYS 进行瞬态热分析的基本过程。

内容1：冷却栅管问题问题描述：本实例确定一个冷却栅管（图a ）的温度场分布及位移和应力分布。

一个轴对称的冷却栅结构管内为热流体，管外流体为空气。

冷却栅材料为不锈钢，特性如下：导热系数：25.96 W/m ℃弹性模量：1.93×109 MPa热膨胀系数：1.62×10-5 /℃泊松比：0.3边界条件：（1）管内：压力：6.89 MPa流体温度：250 ℃对流系数249.23 W/m 2℃（2）管外：空气温度39℃对流系数：62.3 W/m 2℃假定冷却栅管无限长，根据冷却栅结构的对称性特点可以构造出的有限元模型如图b 。

其上下边界承受边界约束，管内部承受均布压力。

练习1－1：冷却栅管的稳态热分析步骤：1. 定义工作文件名及工作标题1) 定义工作文件名：GUI: Utility Menu> File> Change Jobname ，在弹出的【ChangeJobname 】对话框中输入文件名Pipe_Thermal ，单击OK 按钮。

2) 定义工作标题：GUI: Utility Menu> File> Change Title ，在弹出的【Change Title 】对话框中2D Axisymmetrical Pipe Thermal Analysis ，单击OK 按钮。

3) 关闭坐标符号的显示：GUI: Utility Menu> PlotCtrls> Window Control> WindowOptions ，在弹出的【Window Options 】对话框的Location of triad 下拉列表框中选择No Shown 选项，单击OK 按钮。

ANSYS的应用及其分析全过程(包含实例详解)

本章主要讲述：1．空间网格结构设计软件MSTCAD的应用；2．通用有限元分析程序ANSYS的应用及其分析全过程；总体而言，空间结构的分析方法主要有弹性力学分析方法和有限元分析方法，弹性力学原理作为广义的理论基础，其总结的共性结论有利于帮助理解空间结构的力学性能，但其建立的基本方程往往为高阶微分方程，求解较为困难，因此目前的空间结构分析基本上都是采用有限元分析方法通过计算机程序完成，因此掌握一些常用分析设计软件的应用十分必要，本章主要介绍浙江大学空间结构中心研发的空间网格结构设计软件MSTCAD的应用，这个软件作为商业软件，目前可用于网架和网壳的分析设计，简单易学，但还不能进行结构非线性分析；本章的重点在于通用有限元软件ANSYS的介绍，ANSYS的分析功能就相当强大，掌握其应用有利于开展课题研究，本章仅简单介绍其分析过程，使用时可查阅相关文献或查阅程序的帮助文件。

第二节ANSYS8.0软件概述ANSYS是大型通用有限元软件，从1971年的2.0版本到10.0版本，其操作界面到分析功能等各方面都有巨大的改进。

ANSYS功能强大，命令繁多，掌握常用的操作就足够一般用户解决工程中的具体问题，对初学者而言，不可能一下就掌握ANSYS的所有操作功能，且无必要。

对软件的掌握应以能应用于实际工程作为标准，ANSYS不是一个专业，也不是一门理论课程，更不是一种分析方法，而只是一个有限元工具，应强调以应用为出发点，否则就算对ANSYS相当熟悉，其命令记得相当完全，但不能用其解决工程问题也是枉然。

还需注意的是，通过若干例题的考证，ANSYS软件的计算结果逼近于弹性力学的精确解，但学习和应用该软件时，因为单元类型的选定和边界条件的引入需人工干予，所以应养成对计算结果的合理性和可靠性作评价的习惯，以确保结构安全，也便于以后对其它有限元软件的学习和应用。

本节仅就ANSYS的一般情况作一个简单说明，需要强调的是，由于其功能过于强大，学习过程中应注意做笔记的习惯，以便于今后遇到类似问题时查阅，还应该注意查阅ANSYS 自身的帮助系统。

ansys分析实例及其在工程中的应用-精华.doc

ADAMS应用实例-精华经典1第一章 (3)1.1!1.1 铰接杆在外力作用下的变形 (3)1.2!1.2 人字形屋架的静力分析 (4)1.3!1.3 超静定拉压杆的反力计算 (5)1.4!1.4 平行杆件与刚性梁连接的热应力问题 (7)1.5端部有间隙的杆的热膨胀 (8)2第二章 (10)2.1!2.1 等截面简单超静定梁的平面弯曲分析(单元多) (10)2.2!2.2 工字形截面外伸梁的平面弯曲 (11)2.3!2.3 矩形截面梁的纵横弯曲分析 (13)2.4!2.4 悬臂梁的双向弯曲 (15)2.5!2.5 圆形截面悬臂杆的弯扭组合变形 (24)2.6!2.6 悬臂等强度梁的弯曲 (26)2.7!2.7 弹性地基半无限长梁在端部力和力偶作用下的变形 (29)2.8!2.8 偏心受压杆的大变形分析 (30)3第三章 (31)3.1!3.1 利用梁单元计算压杆稳定性 (31)3.2!3.2 利用实体单元计算压杆稳定性 (33)3.3!3.3 悬臂压杆的过曲屈分析 (34)3.4!3.4 平面刚架的平面外失稳 (38)4第四章 (42)4.1!4.1 均布荷载作用下深梁的变形和应力(直接建模) (42)4.2!4.1 均布荷载作用下深梁的变形和应力(实体建模) (43)4.3!4.2 一对集中力作用下的圆环 (44)4.4!4.2 一对集中力作用下的圆环(实体建模) (45)4.5!4.3 用实体单元分析变截面杆的拉伸 (46)4.6!4.4 用二维实体单元分析等截面悬臂梁的平面弯曲 (48)4.7!4.5 变截面悬臂梁在端部集中力作用下的平面静力分析 (50)4.8!4.6 纯弯曲悬臂曲梁的二维静力分析 (52)4.9!4.7 端部集中力作用的悬臂圆环曲梁平面弯曲的三维分析 (54)4.10!4.8 均匀拉力作用下含圆孔板的孔边应力集中 (59)4.11!4.9 两端固定的厚壁管道在自重作用下的变形和应力 (65)5第五章 (67)5.1!5.1 含椭圆孔的椭圆薄膜在外部张力作用下的静力分析 (67)5.2!5.2 圆形薄膜大变形静力分析 (70)5.3!5.3 柱形容器在内压作用下的静力分析 (71)5.4!5.4 圆柱形薄壳在均匀内压作用下的静力分析 (73)6第六章 (74)6.1!6.1 简支和固支圆板的在不同荷载作用下的弯曲 (74)6.2!6.2 悬臂长板的大挠度弯曲 (77)6.3!6.3 用壳体单元分析受均布荷载作用的固支圆板大挠度弯曲 (80)6.4!6.4 利用拉伸操作建立膨胀弯管模型 (82)6.5!6.5 两端简支开口柱壳在自重作用下的静力分析 (83)6.6!6.6 圆筒在一对横向集中力作用下的变形 (85)6.7!6.7 两边简支开口柱壳在集中力作用下的大变形曲屈 (87)7第七章 (90)7.1!7.1 单自由度弹簧质量系统的频率计算 (90)7.2!7.2 悬索自由振动的频率 (91)7.3!7.3 用弹簧单元连接的圆盘的扭转振动 (93)7.4!7.4 圆杆连接圆盘的扭转振动 (94)7.5!7.5 钻杆的扭转自由振动 (95)8第八章 (97)8.1!8.1 简支梁的自振频率计算 (97)8.2!8.1 简支梁的自振频率计算(增加节点后的情况) (99)8.3!8.2 自由-自由梁的纵向自由振动 (101)8.4!8.3 有轴向压力作用的简支梁的自由振动 (102)8.5!8.4 用壳体单元计算悬臂等强度梁的自由振动 (104)8.6!8.5 矩形截面薄壁悬臂梁的自由振动 (105)9第九章 (108)9.1!9.1 圆形张紧薄膜的自由振动 (108)9.2!9.2 薄膜二维非轴对称自由振动分析 (109)9.3!9.3 薄膜三维非轴对称振动分析 (112)9.4!9.4 悬臂长板的自由振动频率 (115)9.5!9.5 悬臂宽板的模态分析 (116)9.6!9.6 固支圆板的自由振动 (117)9.7!9.7 用实体单元分析圆环的振动 (119)9.8!9.8 机翼模型的振动分析 (120)10第十章 (122)10.1!10.1 带三个圆孔的平面支座分析 (122)10.2!10.2 角支座应力分析 (123)10.3!10.3 立体斜支座的实体建模 (124)10.4!10.4 四分之一车轮实体建模 (125)10.5!10.5 轴承支座的实体建模 (126)11第十一章 (128)11.1!11.4 变截面悬臂梁的外形形状优化 (128)11.2!11.5 平面刚架的优化设计 (132)12第十二章 (134)12.1!12.1 四边简支方形层合板在均布外载作用下的变形 (134)12.2!12.2 均布拉力作用下含裂纹板的应力强度因子计算 (139)13第十三章 (147)13.1!第13章用APDL实现空间网壳结构参数化建模 (147)14第十四章 (149)14.1!第14章塔式起重机静动力分析 (149)15第十五章 (165)15.1!15.3 利用轴对称壳单元SHELL51计算长柱形天然气罐 (165)15.2!15.4 利用8节点2D实体单元PLANE82单元计算长柱形天然气罐 (167)15.3!15.5 用20节点3D实体单元solid95计算1/4长柱形天然气罐 (168)1第一章1.1 !1.1 铰接杆在外力作用下的变形! 本程序来源于邢静忠等编著的《ANSYS分析实例与工程应用》，机械工业出版社（2004年）FINISH/CLEAR,NOSTART! (1) 设置工程的选项, 定义几何参数/FileName, EX1.1/TITLE, EX1.1, DEFLECTION OF A HINGED SUPPORT*AFUN,DEGTHETA=30A=10000B=A/2*TAN(THETA)! (2) 进入前处理模块, 定义节点/PREP7N,1N,2,A/2,-BN,3,A! (3) 在前处理模块中,定义单元类型,材料参数和各个单元ET,1,LINK1R,1,1000MP,EX,1,210E3E,1,2E,2,3! (4) 在前处理模块中,定义位移约束D,1,ALL,,,3,2F,2,FY,-1000OUTPR,,1FINISH! (5) 进入求解模块,开始求解/SOLUSOLVEFINISH! (6) 进入后处理模块,显示节点位移和杆件内力/POST1PLDISP,2MID_NODE = NODE (A/2,-B,0 )*GET,DISP,NODE,MID_NODE,U,YLEFT_EL = ENEARN (MID_NODE)ETABLE,STRS,LS,1*GET,STRSS,ELEM,LEFT_EL,ETAB,STRS! (7) 申明数组,提取计算结果,并比较计算误差*DIM,LABEL,CHAR,2*DIM,V ALUE,,2,3LABEL(1) = 'STRS_MPa','DEF_mm'*VFILL,V ALUE(1,1),DATA,1,-0.05498*VFILL,V ALUE(1,2),DATA,STRSS,DISP*VFILL,V ALUE(1,3),DATA,ABS(STRSS /1 ) ,ABS( DISP /0.05498 )/OUT,EX1_1,out/COM/COM,------------------- EX1.1 RESULTS COMPARISON ---------------------/COM,/COM, | TARGET | ANSYS | RATIO/COM,*VWRITE,LABEL(1),V ALUE(1,1),V ALUE(1,2),V ALUE(1,3)(1X,A8,' ',F10.3,' ',F10.3,' ',1F5.3)/COM,----------------------------------------------------------------/OUTFINISH*LIST,EX1_1,out1.2 !1.2 人字形屋架的静力分析! 本程序来源于邢静忠等编著的《ANSYS分析实例与工程应用》，机械工业出版社（2004年）FINISH/CLEAR, START! (1) 设置工程的选项/FILNAME,EX1.2/UNITS, SI/TITLE, EX1.2, Plane Roof Tuss Model.! (2) 进入前处理模块, 定义节点/PREP7N, 1, 0, 0N, 2, 2, 0N, 3, 4, 0N, 4, 6, 0N, 5, 8, 0N, 6, 2, 1N, 7, 4, 2N, 8, 6, 1! (3) 在前处理模块中, 定义单元类型LINK1, 材料参数和各个单元ET, 1, LINK1MP, EX, 1, 207E9R, 1, 0.01E, 1, 2E, 2, 3E, 3, 4E, 4, 5E, 1, 6E, 6, 7E, 2, 6E, 2, 7E, 3, 7E, 4, 7E, 4, 8E, 7, 8E, 8, 5/PNUM, NODE,1/NUMBER, 2/PNUM, ELEM, 1EPLOTFINISH! (4) 进入求解模块, 设置求解选项, 设置位移边界条件, 加载并开始求解/SOLUANTYPE, STATICOUTPR, BASIC, ALLD, 1, ALL, 0D, 5, UY, 0F, 6, FY, -1000F, 7, FY, -1000F, 8, FY, -1000SOLVEFINISH! (5) 进入一般后处理模块, 显示结构变形图/POST1PLDISP,2! (6) 列表显示节点位移和单元的计算结果PRDISPETABLE, MFORX,SMISC,1ETABLE, SAXL, LS, 1ETABLE, EPELAXL, LEPEL, 1PRETAB/NUMBER, 0PLETAB, MFORXFINISH1.3 !1.3 超静定拉压杆的反力计算! 本程序来源于邢静忠等编著的《ANSYS分析实例与工程应用》，机械工业出版社（2004年）FINISH/CLEAR,START! (1) 设置工程的选项, 进入前处理模块,声明单元类型,实常数和材料参数/FILNAME, EX1.3/PREP7/TITLE, EX1.3, STATICALLY INDETERMINATE REACTION FORCE ANALYSIS ANTYPE,STATICET,1,LINK1R,1,1MP,EX,1,210E9! (2) 定义节点N,1N,2,,0.4N,3,,0.7N,4,,1.0! (3) 定义单元E,1,2EGEN,3,1,1! (4) 定义位移约束和荷载D,1,ALL,,,4,3F,2,FY,-500F,3,FY,-1000FINISH! (5) 进入求解模块SOLU/SOLUOUTPR,BASIC,1OUTPR,NLOAD,1SOLVEFINISH! (6) 进入一般后处理模块POST1/POST1NSEL,S,LOC,Y,1.0FSUM*GET,REAC_1,FSUM,,ITEM,FYNSEL,S,LOC,Y,0FSUM*GET,REAC_2,FSUM,,ITEM,FY! (7) 申明数组,输出计算结果并比较*DIM,LABEL,CHAR,2*DIM,V ALUE,,2,3LABEL(1) = 'R1, N ','R2, N '*VFILL,V ALUE(1,1),DATA,900,600*VFILL,V ALUE(1,2),DATA,ABS(REAC_1),ABS(REAC_2)*VFILL,V ALUE(1,3),DATA,ABS(REAC_1/900) ,ABS(REAC_2/600)/OUT,EX1_3,out/COM/COM,------------------- EX1.3 RESULTS COMPARISON ---------------------/COM,/COM, | TARGET | ANSYS | RATIO/COM,*VWRITE,LABEL(1),V ALUE(1,1),V ALUE(1,2),V ALUE(1,3)(1X,A8,' ',F10.1,' ',F10.1,' ',1F5.3)/COM,----------------------------------------------------------------/OUTFINISH*LIST,EX1_3,out1.4 !1.4 平行杆件与刚性梁连接的热应力问题! 本程序来源于邢静忠等编著的《ANSYS分析实例与工程应用》，机械工业出版社（2004年）FINISH/CLEAR,START! (1) 定义分析类型,单元类型,截面面积和材料的力学,热学参数/FILNAME,EX1.4/PREP7/TITLE, EX1.4, THERMALLY LOADED SUPPORT STRUCTUREANTYPE,STATICET,1,LINK1R,1,65e-6MP,EX,1,100E9MP,ALPX,1,1.6E-5MP,EX,2,210E9MP,ALPX,2,1.3E-5TREF,70! (2) 定义节点位置信息N,1,-1N,3,1FILLN,4,-1,-1N,6,1,-1FILL! (3) 定义单元信息E,1,4E,3,6MAT,2E,2,5CP,1,UY,5,4,6! (4) 定义位移约束和荷载（外力和温度荷载）D,1,ALL,,,3F,5,FY,-4000BFUNIF,TEMP,80FINISH! (5) 在求解模块,定义求解选项,并开始求解/SOLUOUTPR,BASIC,1OUTPR,NLOAD,1NSUBST,1FINISH! (6) 在一般后处理模块中,寻找特定位置的节点和单元,并提取它们的内力/POST1STEEL_N = NODE (,,,)COPPER_N = NODE (1,0,0)STEEL_E = ENEARN (STEEL_N)COPPER_E = ENEARN (COPPER_N)ETABLE,STRS_ST,LS,1ETABLE,STRS_CO,LS,1*GET,STRSS_ST,ELEM,STEEL_E,ETAB,STRS_ST*GET,STRSS_CO,ELEM,COPPER_E,ETAB,STRS_CO! (7) 将计算结果及其与理论解的比较情况输出到文件vm3.txt*DIM,LABEL,CHAR,2,2*DIM,V ALUE,,2,3LABEL(1,1) = 'STRSS_ST','STRSS_CO'LABEL(1,2) = ' (MPa) ',' (MPa) '*VFILL,V ALUE(1,1),DATA,34.59,13.47*VFILL,V ALUE(1,2),DATA,STRSS_ST/1e6,STRSS_CO/1e6*VFILL,V ALUE(1,3),DATA,ABS(STRSS_ST/34.59e6 ) ,ABS( STRSS_CO/13.47e6 )/COM/OUT,EX1_4,out/COM,------------------- EX1.4 RESULTS COMPARISON ---------------------/COM,/COM, | TARGET | ANSYS | RATIO/COM,*VWRITE,LABEL(1,1),LABEL(1,2),V ALUE(1,1),V ALUE(1,2),V ALUE(1,3)(1X,A8,A8,' ',F10.2,' ',F10.2,' ',1F5.3)/COM,----------------------------------------------------------------/OUTFINISH*LIST,EX1_4,out1.5 端部有间隙的杆的热膨胀! 本程序来源于邢静忠等编著的《ANSYS分析实例与工程应用》，机械工业出版社（2004年）FINISH/CLEAR,START! (1) 定义分析类型,单元类型,截面面积和材料的力学,热学参数/FILNAME, EX1.5/PREP7/TITLE, EX1.5, THERMAL EXPANSION TO CLOSE A GAP AT A RIGID SURFACE ANTYPE,STATICET,1,CONTAC26R,1,2.625E15ET,2,PLANE42,,,3MP,EX,1,72.4E3MP,ALPX,1,2.25E-5MP,NUXY,1,0! (2) 定义节点信息N,1,2000,1000N,2,3000,1000N,3,3000,4000N,4,2000,4000N,11,1000,998N,12,4000,998! (3) 定义单元信息E,1,11,12E,2,11,12TYPE,2REAL,2E,1,2,3,4TREF,21BFUNIF,TEMP,77! (4) 定义位移约束D,3,ALL,,,4D,1,UX,,,2,1OUTPR,BASIC,LASTFINISH! (5) 在求解模块开始求解/SOLUSOLVEFINISH! (6) 在一般后处理模块中,定义水平应力和铅直应力单元表,并提取3号单元的应力结果/POST1ETABLE,STRSX,S,XETABLE,STRSY,S,Y*GET,STRSSX,ELEM,3,ETAB,STRSX*GET,STRSSY,ELEM,3,ETAB,STRSY! (7) 将计算结果输出到结果文件*DIM,LABEL,CHAR,2,2*DIM,V ALUE,,2,3LABEL(1,1) = 'SIGX, (M','SIGY, (M'LABEL(1,2) = 'Pa) ','Pa) '*VFILL,V ALUE(1,1),DATA,-91.22,-42.96*VFILL,V ALUE(1,2),DATA,STRSSX,STRSSY*VFILL,V ALUE(1,3),DATA,ABS(STRSSX/91.22) ,ABS(STRSSY/42.96)/COM/OUT,EX1_5, out/COM,------------------- EX1.5 RESULTS COMPARISON --------------/COM,/COM, | TARGET | ANSYS | RATIO/COM,*VWRITE,LABEL(1,1),LABEL(1,2),V ALUE(1,1),V ALUE(1,2),V ALUE(1,3)(1X,A8,A8,' ',F10.3,' ',F10.3,' ',1F5.3)/COM,----------------------------------------------------------/OUTFINISH*LIST,EX1_5,out2第二章2.1 !2.1 等截面简单超静定梁的平面弯曲分析(单元多)! 本程序来源于邢静忠等编著的《ANSYS分析实例与工程应用》，机械工业出版社（2004年）FINISH/CLEAR/FILNAME, EX2-1T/UNITS, CGS/TITLE, EX2-1T.txt, 3 NODES SIMULATION OF OVER-DETERMINED BEAM WITH MORE NODES/PREP7N, 1, 0, 0N, 2, 0.06, 0 $N, 3, 0.12, 0 $ N, 4, 0.18, 0N, 5, 0.24, 0 $ N, 6, 0.30, 0 $ N, 7, 0.36, 0N, 8, 0.42, 0 $ N, 9, 0.48, 0 $ N, 10, 0.54, 0N, 11, 0.60, 0NPLOTNPLOT, 1NLISTDSYS, 1NLISTET, 1, BEAM3MP, EX, 1, 207e9MP, NUXY, 1, 0.3R, 1, 1, 0.020833, 0.5E, 1, 2E, 2, 3 $ E, 3, 4 $ E, 4, 5 $ E, 5, 6E, 6, 7 $ E, 7, 8 $ E, 8, 9 $ E, 9,10E, 10, 11EPLOTELISTFINISH/SOLUANTYPE, STATICOUTPR, BASIC, ALLD, 1, UX, 0, , , , , UY, ROTZD, 11, UY, 0SFBEAM, 1, 1, PRES, 0, 60SFBEAM, 2, 1, PRES, 60, 120 $ SFBEAM, 3, 1, PRES, 120, 180SFBEAM, 4, 1, PRES, 180, 240 $ SFBEAM, 5, 1, PRES, 240, 300SFBEAM, 6, 1, PRES, 300, 360 $ SFBEAM, 7, 1, PRES, 360, 420SFBEAM, 8, 1, PRES, 420, 480 $ SFBEAM, 9, 1, PRES, 480, 540SFBEAM, 10, 1, PRES, 540, 600F, 6, FY, -200SOLVEFINISH/POST1PRDISPETABLE,IMOMENT, SMISC, 6ETABLE,JMOMENT, SMISC, 12ETABLE, ISHEAR, SMISC, 2ETABLE, JSHEAR, SMISC, 8PRETAB/TITLE, SHEAR FORCE DIAGRAMPLLS, ISHEAR, JSHEAR/TITLE, BENDING MOMENT DIAGRAMPLLS, IMOMENT, JMOMENTFINISH2.2 !2.2 工字形截面外伸梁的平面弯曲! 本程序来源于邢静忠等编著的《ANSYS分析实例与工程应用》，机械工业出版社（2004年）Finish/CLEAR, NOSTART/PREP7/FileName, EX2.2/TITLE, EX2.2, BEAM STRESSES AND DEFLECTIONSC*** STR. OF MATL., TIMOSHENKO, PART 1, 3RD ED., PAGE 98, PROB. 4! (1) 定义求解类型，实常数和材料参数ANTYPE,STATICET,1,BEAM3KEYOPT,1,9,9R,1,35e-4,4.5E-5,0.20MP,EX,1,210E9MP,PRXY,1,0.3! (2) 定义节点位置N,1N,5,4FILL! (3) 定义单元连接关系E,1,2EGEN,4,1,1! (4) 定义位移约束和荷载条件D,2,UX,,,,,UYD,4,UYSFBEAM,1,1,PRES,5000SFBEAM,4,1,PRES,5000FINISH! (5) 进入求解模块，定义求解选项并求解/SOLUOUTPR,BASIC,1SOLVEFINISH! (6) 进入后处理模块列表显示节点位移计算结果和图形显示变形图/POST1SET,1,1PRNSOL,U,COMPPRNSOL,ROT,COMPPLDISP,1! (7) 提取指定位置的节点和单元，定义单元表并获取弯曲应力MID_NODE = NODE (2,,, )*GET,DISP,NODE,MID_NODE,U,YMID_ELM = ENEARN (MID_NODE)ETABLE,STRS,LS,3*GET,STRSS,ELEM,MID_ELM,ETAB,STRS! (8) 将计算结果写入到文本文件*DIM,LABEL,CHAR,2*DIM,V ALUE,,2,3LABEL(1) = 'STRS_MPa','DEF_mm'*VFILL,V ALUE(1,1),DATA,-5.5556,0.1323*VFILL,V ALUE(1,2),DATA,STRSS/1e6,DISP*1000*VFILL,V ALUE(1,3),DATA,ABS(STRSS/1e6/5.5556) ,ABS(DISP/0.1323e-3) /OUT, EX2_2, out/COM/COM,------------------- EX2.2 RESULTS COMPARISON ---------------------/COM,/COM, | TARGET | ANSYS | RATIO/COM,*VWRITE,LABEL(1),V ALUE(1,1),V ALUE(1,2),V ALUE(1,3)(1X,A8,' ',F10.3,' ',F10.3,' ',1F5.3)/COM,---------------------------------------------------------------/OUTFINISH*LIST, EX2_2, out2.3 !2.3 矩形截面梁的纵横弯曲分析! 本程序来源于邢静忠等编著的《ANSYS分析实例与工程应用》，机械工业出版社（2004年）FINISH/CLEAR, NOSTART/PREP7/FileName, EX2.3/TITLE, EX2.3, TIE ROD WITH LATERAL LOADING, NO STREES STIFFENINGC*** STR. OF MATLS., TIMOSHENKO, PART 2, 3RD ED., PAGE 42, ART. 6! (1) 定义求解类型，实常数和材料参数ANTYPE,STATICET,1,BEAM4,,,,,,1R,1,0.403225e-2, 0.135492e-5, 0.135492e-5, 0.0635, 0.0635MP,EX,1,210E9MP,PRXY,,0.3! (2) 定义节点位置N,1N,5,2.54FILL! (3) 定义单元连接关系E,1,2EGEN,4,1,1! (4) 定义位移约束和荷载条件D,ALL,UY,,,,,ROTX,ROTZD,1,UZNSEL,S,,,5DSYM,SYMM,XNSEL,ALL! (5) 施加荷载F,1,FX,-97740SFBEAM,ALL,1,PRES,314FINISH! (6) 进入求解模块，开始求解/SOLUSOLVEFINISH! (7) 进入后处理模块，显示位移计算结果，提取左边支座节点的转角和跨中挠度/POST1NSEL,S,,,1,5,4PRNSOL,U,ZPRNSOL,ROT,YNSEL,ALLPRRSOLRGHT_END = NODE (2.54,0,0)LFT_END = NODE (0,0,0)*GET,UZ_MX_C2,NODE,RGHT_END,U,Z*GET,SLOPE_C2,NODE,LFT_END,ROT,YFINISH! (8) 在时间历程后处理器中，叠加处理5号节点的弯矩/POST26RFORCE,2,RGHT_END,M,YSTORE*GET,M_MX_C2,V ARI,2,EXTREM,VMAXFINISH! (9) 重新进入前处理模块，重新计算考虑应力强化效应的压杆/PREP7/TITLE, EX2.3(2), TIE ROD WITH LATERAL LOADING, STRESS STIFFENING PRESENT SSTIF,ONNSUBST,5AUTOTS,ONFINISH! (10) 进入求解模块，制定最小收敛误差后，开始非线性求解/SOLUCNVTOL,F,,.0001,,1SOLVEFINISH! (11) 进入后处理模块，显示位移计算结果，提取左边支座节点的转角和跨中挠度/POST1NSEL,S,,,1,5,4PRNSOL,U,ZPRNSOL,ROT,YPRRSOL*GET,UZ_MX_C1,NODE,RGHT_END,U,Z*GET,SLOPE_C1,NODE,LFT_END,ROT,YFINISH! (12) 在时间历程后处理器中，叠加处理跨中（5号节点的）弯矩/POST26RFORCE,2,RGHT_END,M,YSTORE*GET,M_MX_C1,V ARI,2,EXTREM,VMAX! (13) 生成计算结果文本文件EX21.out*DIM,LABEL,CHAR,3,2*DIM,V ALUE_C1,,3,3*DIM,V ALUE_C2,,3,3LABEL(1,1) = 'UZ MAX ','SLOPE ','MOMENT M'LABEL(1,2) = '(m) ','(rad) ','AX N-m'*VFILL,V ALUE_C1(1,1),DATA,-0.0050274,.00321,-521.52*VFILL,V ALUE_C1(1,2),DATA,UZ_MX_C1,SLOPE_C1,M_MX_C1*VFILL,V ALUE_C1(1,3),DATA,ABS(UZ_MX_C1/0.0050274),ABS(SLOPE_C1/.00321), ABS(M_MX_C1/521.52)*VFILL,V ALUE_C2(1,1),DATA,-0.00957,.006028,-1013*VFILL,V ALUE_C2(1,2),DATA,UZ_MX_C2,SLOPE_C2,M_MX_C2*VFILL,V ALUE_C2(1,3),DATA,ABS(UZ_MX_C2/0.00957),ABS(SLOPE_C2/.006028),ABS(M_MX_C2/1013)/COM/OUT, EX2_3, out/COM,------------------- EX2.3 RESULTS COMPARISON ---------------------/COM,/COM, | TARGET | ANSYS | RATIO/COM,/COM,RESULTS FOR F<>0 (STIFFENED):/COM,*VWRITE,LABEL(1,1),LABEL(1,2),V ALUE_C1(1,1),V ALUE_C1(1,2),V ALUE_C1(1,3)(1X,A8,A8,' ',F17.7,' ',F17.7,' ',1F5.3)/COM,/COM,RESULTS FOR F=0 (UNSTIFFENED):/COM,*VWRITE,LABEL(1,1),LABEL(1,2),V ALUE_C2(1,1),V ALUE_C2(1,2),V ALUE_C2(1,3)(1X,A8,A8,' ',F17.7,' ',F17.7,' ',1F5.3)/COM,-----------------------------------------------------------------/OUTFINISH*LIST, EX2_3, out2.4 !2.4 悬臂梁的双向弯曲! 本程序来源于邢静忠等编著的《ANSYS分析实例与工程应用》，机械工业出版社（2004年）Finish/CLEAR, START/FileName,EX2.4/PREP7/TITLE, EX2.4(1), STRAIGHT CANTILEVER BEAM BY SOLID5 ELEMENT.! (1) 利用SOLID5单元计算悬臂梁的组合变形C*** USING SOLID5 HEXAHEDRONSANTYPE,STATICET,1,SOLID5,2MP,EX,1,69E3MP,NUXY,1,0.3! (2) 定义悬臂梁上的8个的关键点K,1K,2,152.4! 用关键点生成命令KGEN, ITIME, NP1, NP2, NINC, DX, DY, DZ, KINC 生成其它关键点KGEN,2,1,2,1,,5.08KGEN,2,1,4,1,,,2.54! 上面两行命令完成了节点3到4的定义和节点5到8的位置定义! (3) 定义一条边线，制定这条线划分单元的个数和一般单元的尺寸L,1,2smrt,offLESIZE,ALL,,,10ESIZE,25.4V,1,2,4,3,5,6,8,7VMESH,1! (4) 选择左侧截面处的所有节点，并固定这些节点。

有关利用Ansys进行塔架强度分析的流程

我们不将螺栓导入，将三个实体连接处理。
Preprocessor->Modeling->Operate->Booleans-> Glue->Volumes;
选择三个实体，OK
6、单元设置：
如右图点击Preprocessor->Element Type->Add;
左栏是不同分析类型，右侧是对应的适合单元这类，这里我们选择Solid，8节点的185单元，OK即可。
分析步骤
以独立式塔架为例：以独立式塔架为例：该塔架模型分为上中下三部分，每段均为3m，以法兰和螺栓为联接（螺栓省略，默认接触面安全联接）。
第一部分：模型的建立与格式转换
1、我们在Solidworks中完成模型的建立：
2、Solidworks与Ansys没有直接的接口，需要通过以Parasolid为核心的模型导入，即“.x_t”格式，将实体模型另存为：
检查模型大小的方法：我们可以选择查看顶端与低端两个关键点之间的距离。
Preprocessor->Modeling->Check Geom->KP distances; 发现箭头发现变化，点击塔架顶端，弹出对话框就点OK，再点击塔架低端，弹出距离信息：
发现距离为9，应该放大1000倍。
放大实体模型：
第四部分：Ansys的后处理General Postproc
General Postproc-> Plot Results-> Contour Plot-> Nodel Solu，弹出Data 对话框，可以查看位移择各个方向的分量；应力Stress选择von Mises Stress。
选择所有实体，单击OK；

火电厂冷却塔的结构选型优化探讨

火电厂冷却塔的结构选型优化探讨熊兆平【摘要】本文分析了双曲线型冷却塔的受力和结构特点,对结构选型优化进行了探讨,确保总体结构型式安全、经济,并提出了优化思路及方法.【期刊名称】《低碳世界》【年(卷),期】2015(000)035【总页数】2页(P66-67)【关键词】冷却塔;结构选型;优化;塔筒;斜支柱;基础【作者】熊兆平【作者单位】中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司,湖北武汉430000【正文语种】中文【中图分类】TM621引言冷却塔作为火力发电厂中循环水系统的冷端系统的重要构筑物，具有体积大，高度高、壳壁薄，属于典型的建设工程特种结构，是电厂重要的大型构筑物。

冷却塔的安全性与电厂运行的安全可靠紧密相关，同时由于冷却塔土建投资费用较高，其经济性对电厂投资经济指标也有较大的影响。

因此，对自然通风冷却塔的优化选型和计算分析十分必要，它是冷却塔结构设计的安全、合理、经济的基础。

1 冷却塔的结构及受力特点冷却塔一般为现浇钢筋混凝土双曲线型薄壳结构，主要由塔筒、人字柱、环基、淋水装置构架及底部水池等部分构成。

塔筒由钢筋混凝土圆形人字支柱支承，柱下为现浇钢筋混凝土环板基础；冷却塔水池及虹吸竖井为现浇钢筋混凝土结构；冷却塔淋水装置为装配式预制钢筋混凝土结构。

冷却塔塔筒作为薄壁壳体结构，在运行过程中，主要承受不同方向的风荷载的作用，而风荷载的作用效应很大程度上除了风荷载本身大小外，塔筒的几何体型也是影响因素之一。

人字柱作为塔筒的支撑结构，需要承受横向的自重以及水平向传递过来的风荷载的作用，属于偏心受压及受弯构件。

环基作为承受冷却塔塔筒及人字柱传递荷载的基础，直接将上部结构荷载传递至地基。

冷却塔淋水装置构架为装配式预制钢筋混凝土结构，由上百根支柱、主梁及次梁组成双层纵横方格网架上架设铸铁托架以支承淋水填料及配水管。

2 结构选型优化的原则、思路及技术路线笔者认为，应按照国内现行规范并参考国外冷却塔设计规范，结合工程实际，分别对冷却塔的塔筒、斜支柱及环基做多方案的计算分析，进而进行方案优化，在满足工程安全、可靠的基础上最大限度的节省投资。

冷却塔强度与施工期稳定性分析的APDL程序

冷却塔强度与施工期稳定性分析的APDL程序摘要：本文分析了冷却塔的强度与施工期稳定性，采用了APDL程序进行模拟和分析，并对结果进行了解读和应用。

首先介绍了冷却塔的结构特点和施工要点，接着详细讲解了APDL程序的基本原理和使用方法，然后通过模拟分析得出了冷却塔的应力分布、位移变化和结构强度等参数，最后给出了相关建议和改进措施。

本文的研究有利于提高冷却塔的安全性、稳定性和使用寿命，也对类似工程的设计、建造和运行具有一定的指导意义。

关键词：冷却塔，强度分析，施工期稳定性，APDL程序，模拟分析1. 引言冷却塔是工业生产和能源供应中常用的重要设备，其主要作用是对流体进行冷却和降温。

随着工业化和城市化的发展，冷却塔的需求量也不断增加，同时其技术要求和安全标准也日益提高。

因此，在冷却塔的设计、建造和运行过程中，必须要充分考虑其强度和稳定性等因素，以确保其安全可靠运行。

在此背景下，本文采用APDL（ANSYS Parametric Design Language）程序对冷却塔的强度和施工期稳定性进行分析，以期为类似工程的研究和开发提供一定的参考和借鉴。

2. 冷却塔的结构特点和施工要点冷却塔的结构通常由填料层、风道和框架等组成，其中填料层是其核心部分。

填料层有许多松散的物质，空气通过塔中的填料与水的接触面积增大，增强了流体的传热效果。

风道负责把空气引导进入填料层。

框架是塔体支承结构的主体部分，它必须具有足够的强度和稳定性，以支撑塔体的重量和外部荷载。

在冷却塔的施工过程中，也需要注意一些要点。

首先是要保证塔体的准确度和对称性，以保证其稳定性。

其次是要注意填料的安装和规范，避免出现填料折叠和变形的现象。

还需重视框架的施工质量和连接点的稳定性，避免出现松动和裂缝等问题。

3. APDL程序的基本原理和使用方法APDL程序是一种通用的工程模拟软件，可以模拟各种结构和材料的强度和变形等情况。

其基本原理是利用有限元分析方法，把结构划分为互不重合的小单元，通过求解各单元的位移、应力和应变等参数，推导出整个结构的强度和稳定性等指标。

基于ANSYS的大型冷却塔专用数值分析程序开发及应用

第４３卷增刊２０１０年８月武汉大学学报（工学版）Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｗｕｈａｎ　ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＶｏｌ．４３Ｓｕｐ．Ａｕｇ．２０１０作者简介：束加庆，从事电力土建结构设计工作．文章编号：１６７１－８８４４（２０１０）Ｓ１－０２９１－０４基于ＡＮＳＹＳ的大型冷却塔专用数值分析程序开发及应用束加庆，卢红前，冉述远（江苏省电力设计院，江苏南京　２１１１０２）摘要：近年来，国内大型冷却塔不断涌现，且规模仍有继续增大的趋势；采用新方法（如数值计算）进行冷却塔结构设计的重要性越来越突出．基于ＡＰＤＬ语言开发了大型冷却塔结构计算的ＡＮＳＹＳ专用分析程序，实现了建模和计算过程的参数化、自动化，提高了工作效率．将所开发程序运用于新海电厂１２　０００ｍ２大型冷却塔结构设计中，对各种荷载（自重、风荷载、温度荷载及地震荷载）作用进行了计算模拟，得到了各工况组合下的内力结果和配筋结果，并验证了结果的正确性．同时还首次给出了局部弹性稳定系数沿整个塔筒的分布图形，给工程设计人员提供了局部稳定性分析的直观结果．关键词：冷却塔；专用程序；ＡＮＳＹＳ；ＡＰＤＬ语言；开发应用中图分类号：ＴＵ　３１２文献标志码：ＡＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｐｅｃｉａｌ　ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｐｒｏｇｒａｍｆｏｒ　ｌａｒｇｅ　ｃｏｏｌｉｎｇ　ｔｏｗｅｒ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＡＮＳＹＳＳＨＵ　Ｊｉａｑｉｎｇ，ＬＵ　Ｈｏｎｇｑｉａｎ，ＲＡＮ　Ｓｈｕｙｕａｎ（Ｊｉａｎｇｓｕ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２１１１０２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｌｏｔｓ　ｏｆ　ｌａｒｇｅ　ｃｏｏｌｉｎｇ　ｔｏｗｅｒｓ　ｈａｖｅ　ａｐｐｅａｒｅｄ　ｉｎ　ｒｅｃｅｎｔ　ｙｅａｒｓ；ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｃａｌｅ　ｉｓ　ｇｏｉｎｇ　ｔｏ　ｂｅ　ｌａｒｇｅｒ；ｓｏ　ｎｅｗ　ｍｅｔｈｏｄｓ，ｓｕｃｈ　ａｓ　ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｍｅｔｈｏｄ，ｓｈｏｕｌｄ　ｂｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ｔｏ　ａｎａｌｙｚｅ　ｔｈｅ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＡＰＤＬ　ｌａｎｇｕａｇｅ　ｏｆ　ＡＮＳＹＳ，ａ　ｓｐｅｃｉａｌ　ｐｒｏｇｒａｍ　ｉｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ｔｏ　ａｎａｌｙｚｅ　ｌａｒｇｅ　ｃｏｏｌｉｎｇ　ｔｏｗｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ．Ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｍｏｄｅｌ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ａｎｄ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｃａｎ　ｂｅ　ａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ　ｄｏｎｅ；ｓｏ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｅｆｆｉ－ｃｉｅｎｃｙ　ｉｓ　ｅｎｈａｎｃｅｄ．Ａｎｄ　ｔｈｅｎ，ｔｈｅ　ｐｒｏｇｒａｍ　ｉｓ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　１２　０００ｍ２　ｃｏｏｌｉｎｇ　ｔｏｗｅｒ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　Ｘｉｎｈａｉｐｏｗｅｒ　ｐｌａｎｔ　ｉｎ　Ｊｉａｎｇｓｕ　ｐｒｏｖｉｎｃｅ．Ｖａｒｉｏｕｓ　ｌｏａｄｓ，ｉ．ｅ．ｇｒａｖｉｔｙ，ｗｉｎｄ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ，ａｒｅｓｉｍｕｌａｔｅｄ；ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｆｏｒｃｅ　ａｎｄ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ａｒｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ　ａｎｄ　ｖｅｒｉｆｉｅｄ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕ－ｔｉｏｎ　ｏｆ　ｌｏｃａｌ　ｅｌａｓｔｉｃ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ａｌｏｎｇ　ｔｈｅ　ｗｈｏｌｅ　ｃｏｏｌｉｎｇ　ｔｏｗｅｒ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｉｓ　ｐｒｏｖｉｄｅｄ　ｔｏ　ｇｉｖｅ　ｄｅ－ｓｉｇｎｅｒｓ　ｉｎｔｕｉｔｉｏｎ　ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ　ｏｆ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｓａｆｅｔｙ　ｏｆ　ｃｏｏｌｉｎｇ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｏｏｌｉｎｇ　ｔｏｗｅｒ；ｓｐｅｃｉａｌ　ｐｒｏｇｒａｍ；ＡＮＳＹＳ；ＡＰＤＬ　ｌａｎｇｕａｇｅ；ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ自然通风冷却塔是发电厂二次循环冷却系统中的重要构筑物，是发电厂标志性构筑物．研究资料［１］表明：带冷却塔的二次循环冷却系统对于在缺水区建设电厂和减少水源的热污染有重要的意义．随着电厂机组容量的加大，与之配套的冷却塔规模也越来越大．常规燃煤百万机组按一机一塔布置时，冷却塔的淋水面积大约在１１　０００～１３　０００ｍ２；核电百万机组按一机一塔布置时，冷却塔的规模将超过２０　０００ｍ２．这些超大规模冷却塔结构设计超出了我国现行规范规程所规定的范围或以往计算手段的限制范围．因此采用新的计算手段来分析研究超大规模冷却塔结构的安全问题显得尤为迫切．武汉大学学报（工学版）第４３卷三维数值分析［２～７］可以得到各种结果在冷却塔结构空间上的分布，加深工程设计研究人员对分析结果的理解和对宏观规律的把握．本文拟以塔筒的局部稳定系数为例，通过三维数值计算给出局部稳定系数沿整个塔筒的分布图；同时，为提高有限元分析的效率，减少前后处理的工作量，基于ＡＮ－ＳＹＳ软件ＡＰＤＬ语言开发具有人机交互界面的冷却塔结构分析专用程序，并编写相应后处理程序，对计算结果按照需求进行处理计算、输出．在此基础上，依据现行规范，进行塔筒及人字柱的配筋计算；同时，将计算结果和已有分析程序的结果进行对比，验证新程序分析结果的合理性．本文冷却塔结构分析只针对塔筒体系，不包括塔筒内部的淋水装置．１　参数化建模及加载ＡＰＤＬ提供一种逐行解释性的编程语言工具，包括ＡＰＤＬ菜单系统、变量、数组与表参数的用法、数据文件的读写、数据库信息的访问、数学表达式、矢量与矩阵运算、内部函数、流程控制、宏与宏库以及定制用户图形界面［８］．基于ＡＰＤＬ可以实现参数化有限元建模、参数化加载、参数化求解和参数化结果分析与处理，实现ＡＮＳＹＳ有限元分析全过程的参数化批处理．特别适合于开发标准分析过程的模块化、参数化和自动化，可以很好地用于参数化有限元分析、分析批处理、专用分析系统的二次开发等，提高工作效率．１．１　冷却塔结构参数化建模冷却塔塔筒结构体系主要由塔筒、人字柱（或其他类型的支柱）、柱下基础（一般为环板基础）、地基（包括桩基）等部分组成，具有相对规则的形态，因此可以方便地采用ＡＰＤＬ语言进行参数化建模．１）塔筒塔筒结构具有轴对称性，因此只要知道塔筒的一条轮廓线即可建模，而这一轮廓线可以通过以下几个参数获得，即模板标高、半径、壁厚．将这些参数放入一个文本文件中，如ＤＡＴＡ．ＤＡＴ．在ＡＮＳＹＳ中通过＊ＶＲＥＡＤ读入这个文件从而得到塔筒的基本参数，并绕中心轴线选择生成塔筒的几何模型，这里需要注意和塔筒支撑即人字柱的连接情况．另外在ＡＮＳＹＳ用户图形界面中输入模板的总数，以此确定ＤＡＴＡ．ＤＡＴ文件的大小．２）人字柱根据人字柱的对数、最下层塔筒的切线方向、底部标高等可以确定出人字柱的空间位置（上部端点和下部端点）．３）环基及支墩根据环基的几何尺寸以及支墩和环基的相对位置关系、高度等参数可以建立环基和支墩的几何模型，人字柱的下端点和支墩上表面相交．４）地基考虑地基土的分层和各层厚度，通过输入各层地基土的厚度以及径向范围来实现建模．以上４步可以建立起简单规则的冷却塔模型，在参数化建模过程中，最重要的是各个部位之间的连接协调．１．２　参数化加载冷却塔上的作用主要包括自重、风荷载、温度作用、地震作用、施工荷载、地基不均匀沉降等．其中自重、温度、地震荷载等具有相对简单规则的分布方式，较容易施加．风荷载沿着塔筒的环向和高度方向都是变化的，作用在单元的表面，因此通过参数化加载来实现显得非常必要．程序仅需要输入风振系数、地面类别和基本风压值，即可自动将风荷载施加到整个塔筒上去．可以通过改变基本风压值的大小来实现考虑塔筒的效应．如新海工程中考虑百年一遇的基本风压为６５０Ｐａ，考虑塔群效应增大系数１．２，因此应输入的基本风压为７８０Ｐａ．对于温度荷载，可以指定是冬季工况还是夏季工况，对应于夏季工况还需指定筒壁最大温差．２　工程应用２．１　工程概况江苏新海发电有限公司本期建设２×１　０００ＭＷ超超临界燃煤机组，经工艺计算，每台机组配套一座淋水面积为１２　０００ｍ２的逆流式双曲线型自然通风冷却塔．冷却塔塔高１６５ｍ，塔顶出口直径８０．１３９ｍ，喉部高度１２５．４ｍ，直径７５．２１ｍ；壳体底部进风口处直径１２５．１２ｍ，进风口高度为１１．７８ｍ；筒体采用指数变厚形式，最小厚度２７０ｍｍ；下环梁最大厚度为１．２ｍ，采用４８对人字柱支撑，圆形断面，直径１．１ｍ；冷却塔基础为环板基础，宽９ｍ，高２ｍ；采用天然地基．２．２　有限元模型及参数塔筒采用ＳＨＥＬＬ６３壳单元，人字柱采用２９２　增刊束加庆，等：基于ＡＮＳＹＳ的大型冷却塔专用数值分析程序开发及应用ＢＥＡＭ１８８梁单元，环基（包括支墩）、地基基础采用ＳＯＬＩＤ４５实体单元模拟．在开发的专用程序中输入少量控制参数，就可以生成冷却塔结构的有限元模型．采用参数化建模的好处在于可以改变控制参数，从而生成不同的模型，便于修改模型，提高工作效率．如在新海工程初设阶段设计采用５２对人字柱，而施工图阶段设计采用４８对人字柱，这可以通过直接修改输入人字柱对数这一参数实现，大大减少了建模的工作量．塔筒、人字柱采用Ｃ４０混凝土，弹性模量为Ｅ＝３．２５×１０４　ＭＰａ，环基采用Ｃ３５混凝土，弹性模量Ｅ＝３．１５×１０４　ＭＰａ．混凝土的泊松比μ＝０．２，密度ρ＝２　５００ｋｇ／ｍ３，线膨胀系数１．０×１０－５　Ｋ－１．环基下部基础为粘土及花岗片麻岩，材料参数分别为Ｅ＝５０ＭＰａ，μ＝０．３；Ｅ＝３×１０４　ＭＰａ，μ＝０．３．２．３　计算结果计算采用线弹性有限元理论，因此可以将自重作用、风荷载作用、温度作用和地震作用分别作为４种独立工况进行计算，根据ＡＮＳＹＳ载荷工况组合的功能，可以得到各种组合下的计算结果，也可以将各种工况下的有限元计算结果进行处理、输出结构内力，再通过编写ＦＯＲＴＲＡＮ程序（或其他程序）进行结果组合，并在此基础上进行结构配筋计算．将塔筒的内力结果提取出来与已有冷却塔设计软件（简称“ＲＪ”）的计算结果进行对比．通过上述内力对比分析可知，两种程序的计算结果在壳体内力上吻合很好，仅在下环梁处有较大差别，主要是由于两种计算方法对于下环梁与人字柱接触边界处理方式不同造成．有限元计算考虑了材料体的变形，尤其是人字柱在荷载作用下发生的变形及内力调整，因此得到的结果更为合理．２．４　塔筒结构稳定性分析冷却塔塔筒作为薄壳结构，满足屈曲稳定是壳体设计的重要条件．按现行规范［９－１０］要求，塔筒必选同时满足整体稳定和局部弹性稳定．根据规范［１０］中公式（９．４．１４－１）和（９．４．１４－２）可以直接计算得到塔筒整体稳定系数ＫＢ＝５．４４，满足要求．以往验算塔筒局部稳定时，通常是根据经验，校核环向角度为７２°位置处的结果．三维有限元计算可以得到局部稳定系数沿整个塔筒的分布，从而可以精确得到最小稳定安全系数的位置和数值．计算得到新海电厂冷却塔在最小局部稳定安全系数为５．３８，满足规范要求，出现在环向角度为６６°，高度为１１８ｍ处，即喉部下方塔筒厚度变化处．环向角度为７２°处塔筒的最小局部稳定系数为５．６１，位置仍为喉部下方塔筒壁厚变化处．从分析结果可知，仅仅以７２°位置处的结果来验算塔筒局部稳定安全系数有可能偏于危险．图１给出了局部稳定安全系数沿整个塔筒的分布图．图１　塔筒局部稳定安全系数分布图３　结论１）基于ＡＮＳＹＳ的ＡＰＤＬ语言开发了冷却塔参数化建模的专用模块，通过输入少量控制参数可以生成冷却塔的有限元模型，对自重、风荷载、温度作用、地震作用等荷载实现了参数化加载，大大缩短了有限元计算前处理的工作量，提高了工作效率．２）将ＡＮＳＹＳ得到的结果和冷却塔设计软件得到的结果进行了对比分析，验证了采用ＡＮＳＹＳ程序计算冷却塔结构的正确性，为将ＡＮＳＹＳ软件应用于复杂条件下冷却塔结构计算奠定了基础．３）通过三维数值有限元计算可以得到整个塔筒和人字柱的应力、内力、稳定性系数等等．文中以局部稳定安全系数为例，直观地给出了其沿整个塔筒的分布情况，有效地延伸和扩展了工程设计人员对宏观结果的认知范围．参考文献：［１］　武际可．大型冷却塔结构分析的回顾与展望［Ｊ］．力学与实践，１９９６，（６）：１－５．［２］　高标，卢红前．ＳＳＩ效应对大型双曲线冷却塔结构抗震性能的影响［Ｊ］．武汉大学学报（工学版），２００９，４２（Ｓ１）：４２７－４３１．［３］　宋平平，李琪，李永梅．ＡＮＳＹＳ在冷却塔结构计算中的应用［Ｊ］．山西建筑，２００９，３５（３２）：７３－７４．［４］　曹梅丽，李诗龙．冷却塔的有限元结构分析［Ｊ］．武汉３９２武汉大学学报（工学版）第４３卷工业学院学报，２００８，２７（３）：３１－３４．［５］　李佳颖，任春玲，黄志龙．自然通风冷却塔的实验及有限元分析［Ｊ］．力学季刊，２００７，２８（３）：４４３－４４７［６］　王铭，黄志龙，张丽强．烟塔合一自然通风冷却塔的有限元分析［Ｊ］．力学与实践，２００６，２８（４）：６４－６７．［７］　郑付明．ＡＮＳＹＳ在冷却塔结构设计中的应用［Ｊ］．江汉大学学报（自然科学版），２００５，３３（４）：８７－９０．［８］　博弈工作室．ＡＮＳＹＳ９．０经典产品高级分析技术与实例详解［Ｍ］．北京：中国水利水电出版社，２００５．［９］　中华人民共和国国家标准ＧＢ／Ｔ５０１０２－２００３，工业循环冷却水设计规范［Ｓ］．［１０］中华人民共和国电力行业标准ＤＬ／Ｔ５３３９－２００６，火力发电厂水工设计规范［Ｓ］．４９２。

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ＺＨＥＮＧＦｕ－ｍｉｎｇ（ＭｕｌｔｉａｓｐｅｃｔＤｅｓｉｇｎＢｒａｎｃｈ，ＣｅｎｔｒａｌＳｏｕｔｈｅｒｎＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＤｅｓｉｇｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｗｕｈａｎ４３００７２，Ｃｈｔｈａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＨｙｐｅｒｂｏｌｉｃｃｏｏｌｉｎｇｔｏｗｅｒｓａｒｅｓｐｅｃｉａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｉｎｓｅｃｏｎｄａｒｙｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎｃｏｏｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍＴａｌｌｔｏｗｅｒｍｕｓｔｂｅｄｅｓｉｇｎｅｄｗｉｔｈｍｏｒｅｔｈａｎｔｗｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｍｏｄｅＩｓ．ＡＮＳＹＳｓｏｆｔｗａｒｅｃａｎｂｅｕｓｅｄｅｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙｉｎｃｏｏｌｉｎｇｔｏｗｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎａｌｙｓｉｓ．ＴｈｉｓａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄｉｓｕｓｅｄｉｎｓｏｍｅｐｒｏｊｅｃｔｓＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｐｒｏｖｅｔｈａｔｗｉｎｄｌｏａｄｉｓｍｏｓｔｉｍｐｏｒｔａｎｔ．Ｄｉａｇｏｎａｌｃｏｌｕｍｎｓｅｃｔｉｏｎｉｓｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｂｙａｘｉａｌｔｅｎｓｉｏｎａｎｄｂｅｎｄｉｎｇｍｏｍｅｎｔ．Ｔｈｅｓｅｉｓｍｉｃｌｏａｄｍｕｓｔｎｏｔｂｅｃｏｍｐｕｔｅｄｉｎｚｏｎｅ７．ｂｕｔｓｅｉｓｍｉｃｆｏｒｔｉ— ｆｉｃａｔｉｎｎｆｆｌｅａｓＬｌｒｅＳｍｕｓｔｂｅａｄｏｐｔｅｄ．
２有限元模型
冷却塔的塔筒是一种典型的薄壳结构，它的厚度最薄处与其直径之比很小．有限元分析时塔筒采用ＡＮＳＹＳ的６３号壳单元ＳＨＥＬＬ６３，人字柱采用４号单元ＢＥＡＭ４．ＳＨＥＬＬ６３单元既具有弯曲能力，又具有膜力，可以承受平面内荷载和法向荷载，单元每个节点具有６个自由度，沿节点坐标系ｘ、ｙ、ｚ方向的平动和沿节点坐标系正Ｙ、Ｚ轴的转动，单元可以考虑应力刚化和大变形．ＳＨＥＬＬ６３单元定义需要４个节点、４个厚度和正交各向异性的材料属性．ＢＥＡＭ４单元是一种可用于承受拉、压、弯、扭的单轴受力单元，这种单元在每个节点上有６个自由度，Ⅳ、，，、Ｚ方向的线位移和绕置ｙ、ｚ轴的角位移，可用于计算应力刚化及大变形的问题．ＳＨＥＬＬ６３单元与ＢＥＡＭ４单元的节点自由度耦合通过ＣＰ命令或ＮＵＭＭＲＧ命令实现．建立的有限元模型如图１所示，其中单元总数８６００，节点总数８７１８，边界条件为ＢＥＡＭ４下端固结．
１工程概况
某工程采用二次循环冷却系统，配套冷却塔为淋水面积３０００ｍ２的逆流式双曲线型自然通风
冷却塔，塔筒高度８５ｍ，顶部直径３９．３５ｍ，喉部直径３５．８ｍ，壳体底部进风口处直径６３ｍ，进风口高度５．８ｍ，壳体最小厚度１４０ｒａｍ，下环梁最大厚度５００ｍｍ，塔顶刚性环最大厚度２５０ｍｍ，采用４０对人字柱支撑．本工程的基本风压Ｏ．５５ｋＰａ，抗震设防烈度为７度，设计基本地震加速度值为０．１０９，１Ｉ类建筑场地．
图３重力荷载作用下子午向轴力
图２重力荷载作用下应力云图
计算表明，冷却塔在重力荷载作用下的应力水平较低
ＡＮＳＹＳ通用后处理中一个强大的功能就是能够把任何计算结果数据映射到模型的任意路径上，并且能用图形或列表的方式观察结果沿路径的变化情况．通过路径操作，得到冷却塔子午向轴力如图３所示．冷却塔子午向薄膜弯距如图４所示．
分析表明：风荷栽是冷却塔结构设计中的控制荷栽；人字柱截面设计一般由拉弯工况控制；设计地震７度
时冷却塔一般可以不作抗震验算仅采取抗震构造措施．
关键词：冷却塔；ＡＮＳＹＳ；风荷载；地震作用
中图分类号：ＴＭ６２１
文献标识码：Ａ
文章编号：１６７３—０１４３（２００５）０４—００８７—０４
自然通风冷却塔是电厂采用二次循环冷却系统的重要构筑物，是电厂的标志性构筑物之一．冷却塔一般采用双曲线型薄壁壳结构，筒体为变厚或等厚壳体结构，在筒体底部一般设下环梁，在壳体顶部设刚性环加强．冷却塔的支柱形式有人字形或ｘ字形，国内的冷却塔一般采用人字柱，人字柱下端嵌固于池壁或支墩．随着电厂单机容量的增大，冷却塔的规模越来越大．目前单机６００ＭＷ机组根据当地的气象条件和汽轮机的凝汽排汽情况，一般配淋水面积为９０００ｍ：的逆流式双曲线型自然通风冷却塔，塔顶高度达１５０ｍ，壳体顶部中面直径达７０ｍ，喉部中面直径达６６ｍ，壳体底部直径达１０８ｍ．
第３３卷第４期２００５年１２月
江汉大学学报（自然科学版）Ｊｏｍ＇ｒｌａｌｏｆＪｉａｎｇＩｌａｒｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ）
Ｖ０１３３Ｎｏ４Ｄｅｃ．２００５
ＡＮＳＹＳ在冷却塔结构设计中的应用
郑付明
（中南电力设计院综合设计分公司．湖北武汉４３００７２）
摘要：通过工程实例介绍了大型通用有限元软件ＡＮＳＹＳ在双曲线冷却塔结构设计中的应用．计算
冷却塔的结构分析计算国内电力设计院一般采用专门电算程序进行，程序交互能力差，而且较少采用其它程序对比计算．由于目前设计的冷却塔越来越高，而且冷却塔的结构刚度在人宁柱处发生改变，笔者认为对冷却塔的结构计算应采用至少２个不同力学模型的结构分析软件进行整体计算．本文拟采用美国ＡＮＳＹＳ公司开发的大型通用有限元计算软件ＡＮＳＹＳ对冷却塔进行整体分析计算，希望对进行冷却塔结构设计的同行有所启发．
（３）冷却塔结构自重轻、刚度大，地震作用一般较小，设计地震７度时一般可以不作抗震验算仅采取抗震构造措施．
参考文献：【１】ＧＢ／Ｔ５０１９１．１９９３，构筑物抗震设计规范［ｓ】．【２］ＮＤＧＪ５—１９８８，火力发电厂水工设计技术规定【ｓ】
ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＡＮＳＹＳｉｎＣｏｏｌｉｎｇＴｏｗｅｒＤｅｓｉｇｎ
４风荷载作用分析
风荷载是冷却塔结构设计时最重要的荷载之一．首先塔筒的配筋往往由风荷载引起的拉力与重力荷载引起的压力之差即拉弯控制．其次，风荷载在塔筒表面的分布非常复杂．塔简的脉动风
万方数据
图４重力荷载作用下于午向薄膜弯矩
压值与塔的动力特性、塔筒表面有无加肋情况、塔群效应等关系密切．对于基本风压值较大的大塔宜通过风洞试验确定塔的脉动风压值．国内冷却塔一般塔简表面光滑不加肋，风压环向分布一反应谱分析
从计算结果可以看出，在重力荷载作用下，
冷却塔结构的地震作用采用单点加速度反应
谱分析．首先对冷却塔进行模态分析并进行模态扩展，加速度反应谱分析时振型组合方法采用
ＳＲＳＳ法．在后处理中通过读人振型组合文件万方数据
人字柱最大轴向压力一７９９ｋＮ，在０，５５ｋＰａ风荷载作用下，人字柱最大轴向拉力１３９７ｋＮ，在７度多遇地震作用下，人字柱最大轴向拉力１５１ｋＮ．风荷载作用效应远大于重力荷载和地震作用效
收稿１３期：２００５—０８—２０作者简介：郑付明（１９７３一），男，浙江江山人，工程师，主要从事结构设计的研究
万方数据
８８
江汉大学学报（自然科学版）
总第３３卷
图１有限元模型
３重力荷载作用分析
冷却塔的重力荷载作用通过对冷却塔施加加速度实现．值得注意的是，施加加速度的方向必须与重力作用方向相反．ＡＮＳＹＳ命令为：ＡＣＥＬ，０，０．９．８１．冷却塔在重力荷载作用下的应力云图如图２所示，图中应力单位ｋＰａ．
图７振型１，频率４．５０２９Ｈｚ，振型参与质量比０．５５
力直观对比，得出一些有益的结论．图１０为重
从计算结果可以看出冷却塔的基本自振周期
力荷载作用下人字柱轴力，图１１为基本风压
ｎ：１／４．５０２９—０．２２２１ｓ，结构的刚度很大．０．５５ｋＰａ作用下人字柱轴力，图１２为７度多遇地
震作用下人字柱轴力．
荷载工况分析
冷却塔结构设计考虑的荷载工况主要为（１）
重力荷载；（２）风荷载；（３）地震作用；（４）温
度作用；（５）不均匀沉降．利用ＡＮＳＹＳ通用有
限元软件可以方便的求出各种荷载工况下结构的
内力．限于篇幅，冷却塔在温度和不均匀沉降作
用的结构效应不在本文描述．本文拟通过对冷却
塔人字柱在重力荷载、风荷载、地震作用下的轴
图１２７度多遇地震作用下人字柱轴力（ｋＮ）
构造，可不作地震验算”的一般性规定．
８结论
（１）冷却塔是二次循环冷却系统中的重要构筑物，对于大塔应采用不少于２种力学模型计算，ＡＮＳＹＳ可以方便高效地求出冷却塔在各种作用下的效应．
（２）风荷载是冷却塔结构设计中非常重要的荷载，应引起足够重视．冷却塔结构设计往往是风荷载起控制作用，人字柱截面设计通常是拉弯工况控制．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｏｌｉｎｇｔｏｗｅｒ；ＡＮＳＹＳ：ｗｉｎｄｌｏａｄ；ｓｅｉｓｍｉｃ１０ａｄ
万方数据
ANSYS在冷却塔结构设计中的应用
作者：作者单位：刊名：
英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
郑付明， ZHENG Fu-ming 中南电力设计院,综合设计分公司,湖北,武汉,430072
江汉大学学报（自然科学版）
总第３３卷
图１０重力荷载作用下人字柱轴力（Ｉｄａ）
图１１０．５５ｌｄ＇ａ风压作用下人字柱轴力（ｋＮ）
应因此，风荷载是冷却塔结构设计时最为重要的荷载，应引起充分重视，而且人字柱在设计风荷载作用下，往往是拉弯工况控制截面配筋．此外，由于冷却塔结构自重较轻而刚度很大，因此一般情况地震作用下的截面内力并不大．我巨《火力发电厂水工设计技术规定》中也有“在∞。震设计烈度为７度地区，冷却塔设计应考虑抗震
图８振型２，频率７．２３２Ｈｚ，振型参与质量比０．７２３
ＪＯＢＮＡＭＥ．ＭＣＯＭ，得到７度多遇地震水平地震影响系数最大值Ⅱ＝０．０８９时的塔筒子午向轴力云图如图９所示．
图６风载作用下主应力云图
的９０％．振型提取方法采用ＳＵＢＳＰＡＣＥ法，计算得到前两阶平动振型如图７、图８所示．
图９７度多遇地震塔筒子午向轴力云图
由图可见塔顶最大位移量３３ｍｍ，从计算结果可知冷却塔在风载作用下应力水平较大．