APDL在某电厂多管式烟囱有限元分析与结构优化中的应用
基于ANSYS参数化语言APDL的结构优化设计
ｕ Ｙ Ｎ 设计 变量 ） 始化 ， 构建 初 并 Ａ Ｙ ＮＳ Ｓ提供的参数化设计语 言（ Ｐ ）通过 结构设计 参数 的调 ？ Ｓ Ｓ的命令将要参 与优 化的数据 （ Ａ ＤＬ ， 个参数化分析模 型 ， 以后软件修 正模 型提供 可能 ；． 载与 为 ｂ加 整， 则可 以自动完成上述循环功 能 ， 进行优化设计 ， 从而大大减 少 修改模 型和重新分析所花 的时 间。 求解 ： 对结构 的参数模型进行加载 与求 解 ；． 入 Ａ Ｓ Ｓ的后处 Ｃ进 Ｎ Ｙ 提取有 限元分析结果并赋值状态 变量（ 束条件 ） 目标 约 和 Ａ Ｄ Ｐ Ｌ是 Ａ Ｙ ａａ ｔ ｃ ｅｉ ａ ｇａｅ 缩 写 ， Ａ 理模块 ， ＮＳ ＳＰ ｒ ｍｅ ｉ Ｄ ｓ ｎＬ ｎ ｕｇ 的 ｒ ｇ 即 Ｎ— 优化 目标 ） ） 。２ 构建优 化控制文件 。ａ 进入优化 设计模 块 ， ． Ｓ Ｓ参 数 化 设 计 语 言 。它 是 一 种 通 过 参 数 化 变 量 方 式 建 立 分 析 函数（ Ｙ 指 定 优 化 分 析 文 件 ；． 明优 化 变 量 ， 择 优 化 工 具 或 优 化 方 法 ， ｂ声 选 模 型的脚本语言 ， 用建立智 能化分析 的手段为用户 提供 了 自动完 Ｃ 指定优 化循 环控 制方 式 ；． ｄ 成 有 限元 分 析过 程 的功 能 ， 即程 序 的输 入 可 设 定 为 根据 制 定 的 函 或采用用户 自己 的外 部优 化程序 ；． 进行优 化参数评 价 ， 化处 理器 根据 本 次循环 提供 的优 化参 数 优 数 、 量 以 及 选 用 的分 析 标 准 来 做 决 定 。Ａ Ｄ 变 Ｐ Ｌ允 许 复 杂 数 据 的 设计变量 、 状态 变量及 目标 函数 ） 与上 次循环提供 的优 化参数作 输入 ， 使用户 对任何设 计 和分析属 性有控 制权 ， 扩展 了传统 有 限 （ 确定该次循环 目标 函数是 否收敛 ， 或者 说结 果是否达 到 元分析范 围以外的能 力 ， 扩充 了更高级 的运算 ， 括灵敏 度研 比较后 ， 并 包 完成迭代退 出优化循 环 ； 否则 ， 行下步 。３ 重 进 ） 究、 优化设计 等。具 体为参 数 、 参数数 组 、 达式 与 函数 ， 支与 最优 如果 最优 ， 表 分 新循环 。根据 已完成的优化循环和当前优化变量的状态修正设计 循环 、 重复等功能 ， 而为优化设 计运 行繁琐 的迭代提 供 了 町能 从
基于Fluent的管式防爆电机冷却系统数值模拟与优化设计
3 计算结果与分析
3.1 流场变化规律
图 5 冷却管表面速度矢量图
由图 5 可以看出，四种方案空气横掠叉排管 束时由于流通面的逐渐扩张，流体速度大小都 呈交替变化，且在冷却管背风侧由于分离绕流 产生局部涡旋。方案 1 最大风速 15.1 m/s，局部 风速过大，在最内层管处冲击严重，电机运行 过程中可能产生振动隐患；其他三种优化方案 最大风速为 6.8 m/s，方案 2 前两层风速较大； 方案 3 和方案 4 每一层速度均匀性相对较好， 但是方案 3 风速较大且均匀，增强了冷却管的 换热效果。 3.2 压力场变化规律 由图 6 可以看出，在相同速度进口条件下，冷 却管对流体的阻滞和扰动作用大。在冷却管流 通面两侧，压力先下降后上升。原因是流体在 经过冷却管时，流通面积的突变引起速度先增 加后减小，导致空气静压先减小后增加。方案 1
1 管式冷却系统设计
管式冷却系统主要由冷却管、支架、端盖、 外罩和壁板等组成，具体结构如图 1 所示。其 工作原理为：借助电机转子风道和风扇的动力 作用，电机内热空气进入管式冷却系统内，流 经冷却管外部壁面，被管内的外部低温空气冷 却，降温为冷空气，然后再进入电机内部达到 冷却的目的。其中冷却管排布为叉排方式，结 构形式见图 2。
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图 7 冷却管表面温度场云图
3.4 评价因子及判定原则 评价方案优劣，通过制定评价因子 JF= 压差
变化率 / 热量变化率，仿真计算阻力和冷却管的 换热量，实现换热增强的幅度大于流动阻力增 加的幅度 [13]，通过进行不同方案仿真结果比较， 选出相对的最优方案。评价因子的判定准则一 般可分为以下四种情况考虑：
（Wolong Electric Nanyang Explosion Protection Group Co.,Ltd., Nanyang 473008 Henan）
apdl提取刚度矩阵
apdl提取刚度矩阵摘要：1.介绍APDL 提取刚度矩阵的概念2.阐述APDL 提取刚度矩阵的方法3.讨论APDL 提取刚度矩阵的优缺点4.总结APDL 提取刚度矩阵的应用价值正文：1.介绍APDL 提取刚度矩阵的概念APDL（Automated Parameter Design Language）是一种参数化设计语言，主要用于有限元分析（FEA）中。
在结构分析中，刚度矩阵是一个非常重要的参数，它描述了结构在受力情况下的变形程度。
APDL 提取刚度矩阵就是通过APDL 编程语言，自动从有限元模型中提取并计算刚度矩阵。
2.阐述APDL 提取刚度矩阵的方法使用APDL 提取刚度矩阵的方法主要包括以下几个步骤：（1）建立有限元模型：首先需要创建一个有限元模型，这可以通过APDL 或其他有限元软件来实现。
（2）定义参数：在APDL 中，需要定义与刚度矩阵相关的参数，例如材料属性、几何尺寸等。
（3）编写APDL 脚本：根据所定义的参数，编写APDL 脚本来提取刚度矩阵。
在脚本中，需要调用相关的APDL 函数来计算和存储刚度矩阵。
（4）运行APDL 脚本：将编写的APDL 脚本输入到有限元软件中，运行脚本，从而自动提取刚度矩阵。
3.讨论APDL 提取刚度矩阵的优缺点（1）优点：a.自动化：APDL 提取刚度矩阵可以实现自动化操作，提高工作效率。
b.准确性：通过APDL 编程语言，可以确保提取刚度矩阵的准确性。
c.可重复性：使用APDL 提取刚度矩阵可以方便地重复进行有限元分析，便于对比不同参数下的结果。
d.便于优化：APDL 提取刚度矩阵有助于发现结构中的关键参数，为优化设计提供依据。
（2）缺点：a.学习成本：对于没有APDL 编程基础的用户来说，学习APDL 提取刚度矩阵需要一定的时间和精力。
b.依赖软件：APDL 编程语言依赖于特定的有限元软件，可能不适用于所有分析场景。
4.总结APDL 提取刚度矩阵的应用价值APDL 提取刚度矩阵在结构分析中具有很高的应用价值。
基于APDL的ANSYS网格划分及应用
刘丽贤，马国鹭，赵登峰：基于ＡＰＤＬ的ＡＮＳＹＳ网格划分及应用拳ＤＩＭ，ＬＡ，ＡＲＲＡＹ，８，５１将实体所属线号放入ＬＡ二维数组中’ｋＳＥＴ，ＬＡ（１，１），１５，１６，４，３，１９，５４，２４，５２１给二维ＬＡ数组赋值水ＳＥＴ，ＬＡ（１，５），２，１，５，６，１２，８，７，１１木ＤＩＭ，ＬＢ，ＡＲＲＡＹ，５１将对不同线段划分的段数放入ＬＢ一维数组中ＬＢ（１）＝２０，３０，１０，２０，４０堆ＤＯ，ＡＢ，ｌ，５１用双重循环按照设定的段数划分实体所属线木ＤＯ，Ｃ。
１，８ＬＥＳＩＺＥ，ＬＡ（Ｃ，ＡＢ），，，ＬＢ（ＡＢ），，，，，ｌ！调用线号数组ＬＡ并通过调用段数数组ＬＢ对其设置划分的段数拳ＥＮＤＤＯ！结束嵌套循环木ＥＮＤＤＯ！结束外部循环木ＤＩＭ，ＬＤ，ＡＲＲＡＹ，９，２ＬＤ（１，１）＝１，１３，２４，４，９，７，１６，１０，１４１将要被划分网格的实体编号按照一定顺序放入二维数组ＬＤ中ＬＤ（１，２）＝２，２６，２１，２７，２５，２３，２２，１５，１７，ｋＤＯ，ＬＬＤ，ｌ，２１用双重循环划分实体ＭＡＴ．ＬＩＤ！给被划分的实体赋材料属性ＲＥＡＬ。
ＬＥＤ！给被划分的实体赋实常数ＭＳＨＡＰＥ．０．２ＤＭＳＨＫＥＹ，１，ＩｃＤＯ。
Ｕ正，１，９ＡＳＥＬ，Ｓ，ＬＤ（ＬＬＥ，ＬＥＤ）！调用ＬＤ数组选中将被划分的实体ＡＭＥＳＨ，ＬＤ（ＵＪＥ，ＬＬＤ）！调用ＬＤ数组选中划分的实体宰ＥＮＤＤＯ！结束嵌套循环木ＥＮＤＤＯ！结束外部循环以上是对该型电视机的ＣＲＴ网格划分的命令流，以相同方式划分电视机壳体肋板和前后外壳等部件。
ＡＰＤＬ划分网格ｂ自由划分ｆ。
ｇ梧图２实体模型网格划分图２是用ＡＰＤＬ通过以上方式和自由划分网格对长虹ＳＦ２１３６６型电视机的实体模型的网格划分。
由单元信息表１可反映出通过ＡＰＤＬ划分的电视机有限元模型的网格质量较好。
表１单元信息对比表３结论ＡＮＳＹＳ软件经过几十年的发展，日趋成熟。
它不但具有良好的数据库管理和强大的前后处理功能，而且还时刻追踪先进的计算方法和计算机技术，不断提高分析精度和扩展自身的开放性，并提供良好的二次开发功能。
百万机组侧煤仓布置下的四大管道优化探讨
科技论坛2015.09︱391︱百万机组侧煤仓布置下的四大管道优化探讨百万机组侧煤仓布置下的四大管道优化探讨丁俊勇1尚念青1周国民2井立华1（1.神华国华寿光发电有限责任公司，山东 寿光 262714；2.中国神华能源股份有限公司国华电力分公司，北京 100025）【摘 要】某电厂2×1000MW 机组工程设计中，对主厂房布置及四大管道进行了优化设计，在满足工程工艺要求的前提下，有效降低了投资费用，文章介绍了四大管道在不同煤仓布置结构下的优化、及对基建投资以及投产后机组技术经济性影响的探讨。
【关键词】百万机组；侧煤仓；四大管道；优化1 工程概况某新建电厂一期工程建设2×1000MW 超超临界燃煤凝汽式汽轮发电机组。
锅炉采用东方锅炉设计制造的超超临界参数变压直流炉、一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型锅炉。
汽轮机为上海电气集团生产的超超临界、一次中间再热、四缸四排汽、单轴、双背压、凝汽式汽轮机。
汽轮机具有八级非调整回热抽汽，给水泵汽轮机排汽进入主机凝汽器。
汽轮机额定转速为3000转/分。
2 四大管道优化方向及内容发电厂四大管道的技术经济性取决于主机参数以及主厂房的布置方案，包括机组投产后运行状况等因素和条件都会对四大管道的设计优化产生影响。
四大管道优化的方法主要有以下几种：优化主厂房布置以便尽量减小四大管道的长度。
通过优化四大管道管径，合理选择介质流速。
在布置条件允许的情况下，尽可能多地选用煨弯弯管（一般R=3～4D）、少用热压弯头（一般R=1.5D）。
主管与支管之间的三通连接在沿着介质流动方向尽量选用45度斜三通。
2.1 主厂房结构布局优化主厂房的布置格局多种多样，但对于本工程，我们主要考虑对主厂房平面影响较大的前煤仓、侧煤仓两种煤仓间布置方式对四大管道产生的影响及优化空间进行讨论。
2.1.1 采用侧煤仓布置方案的优点：（1） 主厂房采用侧煤仓布置方案，煤仓框架两炉合并布置于两台锅炉之间，减少了锅炉房与汽机房之间距离，有效缩短四大管道的长度。
1000th电站燃煤锅炉过热器设计
1000th电站燃煤锅炉过热器设计辽宁工程技术大学毕业设计(论文)前言随着国民经济的发展，电力产业是物质文明发达的当今社会必不可少的产业，电力水平直接影响到一个国家的发展程度，因为发电站是每个国家很重要的基础工业。
电力工业是世界各国经济发展战略中的优先发展重点，因为它是国民经济发展中最重要的基础能源产业，是国民经济的第一基础产业，是关系国计民生的基础产业。
作为一种先进的生产力和基础产业，电力行业对促进国民经济的发展和社会进步起到了重要作用。
与社会经济和社会发展有着十分密切的关系，它不仅是关系国家经济安全的战略大问题，而且与人们的日常生活、社会稳定密切相关。
当今世界上主要有火力发电、水利发电和核能发电三大类型的发电形式，而由于我国的能源构成的特点，现在乃至未来的几十年里仍然要以火力发电为主。
为满足现代社会对电力需求的日益增长以及对电站热经济性要求的不断提高，发展大容量、高参数火电机组己成为电站行业的必然趋势。
过热器是锅炉中将一定压力下的饱和水蒸气加热成相应压力下的过热水蒸气的受热面，其目的是提高蒸汽的焓值，以提高电厂热力循环效率，过热器是锅炉设备的重要部件，[1]其性能好坏直接影响锅炉运行的安全性和经济性。
锅炉蒸汽参数的提高，使得过热器系统成为大容量锅炉本体设计中必不可少的受热面。
这部分受热面内工质的压力和温度都相当高，且大多布置在烟温较高的区域，因而其工作条件在锅炉所有受热面中最为恶劣，受热面温度接近管材的极限允许温度。
而锅炉容量的日益增大，使其过热器系统的设计和布置更趋复杂。
随着我国电力工业建设的迅猛发展，各种类型的大容量火力发电机组不断涌现,锅炉结构及运行更加趋于复杂,不可避免地导致并联各管内的流量与吸热量发生差异。
当工作在恶劣条件下的承压受热部件的工作条件与设计工况偏离时,就容易造成锅炉爆管。
调研结果表明，对于大容量电站锅炉，过热器结构设计及受热面布置不合理，是导致一、二次汽温偏离设计值或受热面超温爆管的主要原因之一。
基于APDL的压力容器壁厚优化设计
都 可进行 优化 设 计 。ＡＮＳ ＹＳ提供 了两种 常用 优 化 设
计 方 法 ，零 阶方法 和 一阶方 法 ，这两 种方 法可 以解 决
图 １ 优化 数据 流程 图 。 为 ２ 压 力容 器壁厚 优化 设计
２ １ 问题 描 述 ．
绝 大多数 的优化 问题 。零 阶方法 是一 个 比较 完善 的方
件 ；② 建立需 要 优化 的参数 ；③ 进入 优化 模块 ，指 定
分 析文 件 （ Ｔ） ＯＰ ；④ 声 明 优化 变 量 ；⑤ 选环 控制 方法 ；⑦ 进行 优
化 ；⑧ 查 看 设 计 结 果 （ Ｔ） 和 后 处 理 （ ＯＳ ／ ０Ｐ Ｐ Ｔ１
基 于 ＡＰ ＤＬ 的压 力 容 器 壁 厚 优 化 设 计
张 健 ，徐 浩 ，王 卫 荣
（ 肥 工 业 大 学 机 械 与 汽车 工 程 学院 。安 徽 合 肥 ２ ０ ０ ） 合 ３０ ９ 摘 要 ：在 某 化工 用 压 力容 器 壁 厚 的 优 化设 计 中 ．利 用大 型 有 限 元分 析 软 件 Ａ Ｙ ＮＳ Ｓ的 Ａ Ｄ Ｐ Ｌ语 言 对 该 压 力 容 器
关 键 词 ：压 力 容 器 ；ＡＮ ＹＳ Ｓ ；优 化 设 计 ； 有 限 元
中 图 分 类 号 ：ＴＨ４ ＴＰ ９． ９： ３ １７
文 献 标 识 码 ：Ａ
０ 引 言
优化 设计 步骤 根据 用 户所选 用优化 方 法 的不 同而 略有 不 同 。通 常 有 以下 几个 步骤 ：① 生成 循环 分析 文
ＡＤ Ｐ Ｌ运用一 阶优化方法对 压力容 器壁 厚进 行优化 。在 优化 中 ，先建立模型分 析文件 ，然后确定 设计空 间 ，再
进 行 优 化处 理 Ｌ 。 ３ ］
附加不同形式调谐质量惯容系统的高耸烟囱轻量化减震控制
第 37 卷第 3 期2024 年3 月振 动 工 程 学 报Journal of Vibration EngineeringVol. 37 No. 3Mar. 2024附加不同形式调谐质量惯容系统的高耸烟囱轻量化减震控制张力1，2，张瑞甫1，2，薛松涛2，3，谢丽宇2（1. 同济大学土木工程学院土木工程防灾减灾全国重点实验室，上海 200092；2. 同济大学土木工程学院结构防灾减灾工程系，上海 200092；3. 日本东北工业大学建筑系，仙台 982⁃8577）摘要: 附加调谐质量阻尼器是烟囱结构的一种传统减震控制方法，然而其通常需要较大的附加质量及额外的安装空间，这为施工安装带来不便。
本文提出附加调谐质量惯容系统（TMIS）控制高耸烟囱的地震响应，以利用惯容元件的表观质量效果实现轻量化减震目标。
同时，考虑烟囱高阶模态对其地震响应不容忽视的影响，提出沿烟囱高度布置的分布式TMIS以实现多模态控制效果。
建立了基于两种不同惯容子系统的TMIS力学模型及相应的附加分布式TMIS烟囱运动方程。
以金井清谱为随机地震激励输入，并基于改进的定点理论提出了分布式TMIS的部分设计参数简化假设，提出了基于需求的分布式TMIS烟囱结构多模态优化设计方法。
通过实例验证了所建议设计方法的有效性，并对比检验了分布式TMIS的轻量化及多模态控制效果，通过参数分析检验了所采用的改进定点理论简化的合理性。
结果表明：所建议的设计方法可以按照预定目标发挥两种分布式TMIS的减震性能，两种分布式TMIS均显示了明显的轻量化减震效果。
关键词:减震；惯容；烟囱；多模态控制；调谐中图分类号: TU352.1； TU318 文献标志码: A 文章编号: 1004-4523（2024）03-0464-12DOI： 10.16385/ki.issn.1004-4523.2024.03.011引言烟囱结构是工业建筑中排放烟气的重要构筑物，其安全性对于生产生活及社会经济具有重要意义［1］。
基于APDL的龙门吊结构优化设计
基于APDL的龙门吊结构优化设计摘要：龙门式起重机适用于港口码头、修造船厂、货场、车间和施工工地等，应用十分广泛。
本文以20t单主梁电动葫芦龙门吊为例，运用ANSYS提供的APDL语言进行参数化建模，并进行结构优化设计，最终确定龙门吊各主要截面的尺寸及板厚，并使整机在满足安全和使用要求的情况下自重最轻，阐述了一种龙门吊的优化设计方法和过程。
使用此方法不但大大减少了设计工作量和工作时间，使设计效率明显提高，而且使龙门起重机的结构更加优化合理。
关键词：APDL；龙门吊；结构优化设计；ANSYS1.概述龙门式起重机（以下简称龙门吊）在工业和制造等领域中广泛使用，但由于货种、作业场地、作业效率、用途的不同，导致龙门吊的设计有较强的单一性和不可重复性，因此设计师一般需要根据业主的需求专门定制设计。
目前，龙门吊金属结构设计广泛采用ANSYS有限元分析软件辅助计算，采用“方案设计→分析计算→修改方案→分析计算→……→确定最终方案”的常规设计流程，此种方法不仅耗费大量的时间和人力用于修改计算模型上，而得出的最终结果还不一定是最优解。
APDL语言可通过设计参数的调整，自动完成上述循环过程，并进行优化设计，从而减少修改模型和方案以及重新分析计算所花的时间，达到提高设计效率和设计最优化的目的。
2.建立有限元模型本文举例的龙门吊主要用于造船厂小型分段的吊装作业，主要技术参数见表1：龙门吊结构采用beam188单元建模，含有5个典型箱型截面，其中四个支腿采用变截面梁。
因截面尺寸和板厚为优化设计的设计变量，因此在建模时需要用代号表示各设计变量，并给出设计变量的初始值。
建立的有限元模型见图1。
3.加载和求解为简化分析过程，模型按两种最危险工况计算：工况一：在跨度中间起吊额定载荷；工况二：在最大悬臂端起吊额定载荷。
因为用梁单元模拟设计结构，缺少横隔板、焊缝、纵筋和法兰等对自重的影响，因此计算时采用加大重力加速度的方法弥补其影响，根据经验本例施加1.3倍的重力加速度。
锅炉尾部烟道减阻优化典型设计与仿真分析
锅炉尾部烟道减阻优化典型设计与仿真分析摘要：烟道系统是火电厂的重要部件，是电厂重要的运行能耗之一。
在前期电厂设计的过程中，由于未充分考虑尾部烟道系统阻力，尾部烟道布置一般采用横平竖直的矩形结构设计，因此，尾部烟道结构出现烟道急弯多，矩形烟道内部支撑多，烟道内烟气流动漩涡太多的情况，导致烟道系统阻力较大，使得生产能耗指标高。
结合现场实际，以某发电公司330MW机组锅炉和600MW机组锅炉的尾部烟道为对象，提出了倾斜爬坡与圆形2种不同的典型烟道优化设计，并用CFD进行了数值模拟分析，实现了尾部烟道阻力的大幅度降低。
关键词：尾部烟道；倾斜爬坡；圆形；数值模拟烟道系统是火电厂的重要部件，是电厂重要的运行能耗之一[1]。
统计发现，目前电厂运营机组中为克服烟气系统阻力而设置的风机设备约占厂用电率的1%[2]。
由此可知，结构设计合理的烟道能够给整个烟气运行系统带来有益的作用。
锅炉尾部烟道是指设置在锅炉尾部用来排烟的烟道，一般为空预器出口到除尘器入口位置处。
由于在前期电厂设计过程中未充分考虑尾部烟道系统阻力，导致烟道系统阻力较大，生产能耗指标高[3]。
随着市场竞争的加剧，目前电厂都进行精益化管理，从多方面提高经济效益。
所以，尾部烟道的优化改造成为了电厂节能改造的重点内容之一[4]。
本文结合现场实际，以某发电公司330MW机组锅炉和600MW机组锅炉的尾部烟道为对象，提出了2种不同的典型烟道改造设计，并用CFD（计算流体力学）进行了数值模拟分析，尾部烟道阻力明显降低。
1烟道倾斜爬坡结构优化设计某发电公司330MW机组锅炉是DG1177/17.4-Ⅱ2型亚临界参数CFB（循环流化床）锅炉，为单汽包自然循环、单炉膛、平衡通风、一次中间再热、紧身封闭固态排渣锅炉，尾部采用双烟道结构。
该电厂4#机组的锅炉尾部烟气分成2路平行通道，流经2路结构对称设计的烟道，进入2路布袋除尘器，在2路烟道之间设置有联箱。
原尾部烟道采用的是横平竖直的结构设计方法，从空气预热器出口到布袋除尘器入口，经过了3个90°的直角弯，烟道内部采用十字撑并排支撑结构设计，出现了烟道急弯多、内部支撑过多、烟道内气体流动漩涡太多的情况，导致烟道系统阻力较大。
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彭国，等：ＡＰＤＬ在镇江电厂三期多管式烟囱有限元分析与结构优化中的应用２０期APDL 在某电厂多管式烟囱有限元分析与结构优化中的应用彭国苏军＊（江苏大学，镇江２１２０１３）摘要利用ＡＮＳＹＳ的ＡＰＤＬ（参数化设计语言）的强大功能对某电厂多管式烟囱进行了有限元分析与结构优化设计。
关键词ＡＰＤＬ烟囱有限元优化中图法分类号ＴＵ３１２．１；文献标识码Ｂ２００６年６月１３日收到第一作者简介：彭国（１９７７—），男，在读硕士，国家一级注册结构师。
研究方向：结构计算及优化设计。
Ｅ－ｍａｉｌ：ｐｇ０８１９＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ。
＊通讯作者简介：苏军（１９４６—），男，教授，研究方向：结构计算及优化设计。
第６卷第２０期２００６年１０月１６７１－１８１５（２００６）２０－３３６９－０４科学技术与工程ＳｃｉｅｎｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶｏｌ．６Ｎｏ．２０Ｏｃｔ．２００６２００６Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．Ｅｎｇｎｇ．ｃ随着电力事业的发展，多管式钢内筒烟囱自１９８７年首次使用以来，现在越来越多的电厂使用这种型式的烟囱，结构设计相关规范如烟囱规范等在２１世纪初作了较大幅度的变动，从而颁布了烟囱设计规范（ＧＢ５００５１—２００２）［１］。
由于多管式烟囱的新型性和新规范出台不久，对此类烟囱的专业软件目前还很少见。
如采用手算过于繁杂且由于简化计算而不安全不经济，所以对此类结构采用通用有限元软件进行分析且优化是十分必要的，而ＡＮＳＹＳ正是可以满足此类要求的且使用十分广泛的一种大型通用有限元软件；特别是其ＡＰＤＬ功能更是十分强大，能熟练运用可以达到很好的分析效果。
作者运用ＡＰＤＬ成功地详细分析了某电厂多管式烟囱并进行了结构优化。
某电厂多管式烟囱的概况：该烟囱由一个钢筋混凝土外筒和两支钢制排烟内筒组成。
钢筋混凝土外筒高２２９ｍ，筒首外径１６．４０ｍ，壁厚２８０ｍｍ，筒底外径２５．１０ｍ，壁厚９００ｍｍ，外筒坡度分别为６．０％［（０～３０）ｍ］、１．４％［（３０～１７０）ｍ］和１．０％［（１７０～２２９）ｍ］，外筒砼强度等级（０～３０）ｍ为Ｃ４０，（３０～２２９）ｍ为Ｃ３０。
在外筒内，以东西向烟道中心线对称布置两支自承重钢内筒，高度为２４０ｍ，全高内径为６．０ｍ。
钢内筒厚度（０～７５）ｍ为１６ｍｍ，（７５～２４０）ｍ为１２ｍｍ，（１２．４７５～２４０）ｍ标高另有ＴＡ２钛衬板厚度１．２ｍｍ。
在东西向烟道中心线位置（０～７．５）ｍ标高布置钢内筒施工洞口，宽度７ｍ。
在外筒内壁与双钢内筒之间，全高共设７层钢平台。
１分析与优化１．１外筒的建模根据工程复杂程度及计算机配置等情况采用了ｓｈｅｌｌ单元进行分析，从表１外筒厚Ｔ与高度ｙ的关系表中可以看出随着砼外筒高度的增加筒壁厚度不断减少，因此在用ＡＮＳＹＳ进行分析时如采用ＧＵＩ则建模非常麻烦且耗时，但运用ＡＰＤＬ则可以轻松解决此类连续变厚度壳单元的建模问题［２］。
ＡＰＤＬ的建模思路：先把外筒划分为单元，在每个单元中分别确定单元节点的厚度（可根据表１中的函数关系用语句确定），这样便确定好了一个单表１外筒厚Ｔ与高度ｙ的关系表高度ｙ范围壁厚Ｔ［２２５，２２９］０．２８［２００，２２５］０．２８＋（２２５－ｙ）×０．０００４［１１０，２００］０．２９＋（２００－ｙ）×０．００１［７０，１１０］０．３８＋（１１０－ｙ）×０．００２５［３５，７０］０．４８＋（７０－ｙ）×０．１２／３５［１５，３５］０．６０＋（３５－ｙ）×０．０１５［０，１５］０．９０建筑技术科学技术与工程６卷图１外筒模型图２某高度处风荷载节点力示意图元，依次类推可实现所有单元的建模（图１）。
源程序的部分内容如下：ＭＸＮＯＤＥ＝ＮＤＩＮＱＲ（０，１４）＊ＤＩＭ，ＴＨＩＣＫ，，ＭＸＮＯＤＥ＊ＤＯ，ＮＯＤＥ，１，ＭＸＮＯＤＥ＊ＩＦ，ＮＳＥＬ（ＮＯＤＥ），ＥＱ，１，ＴＨＥＮ＊ＩＦ，ＮＹ（ＮＯＤＥ），ＧＴ，２２５，ＴＨＥＮＴＨＩＣＫ（ＮＯＤＥ）＝０．２８＊ＥＬＳＥＩＦ，ＮＹ（ＮＯＤＥ），ＧＴ，２００，ＡＮＤ，ＮＹ（ＮＯＤＥ），ＬＥ，２２５，ＴＨＥＮＴＨＩＣＫ（ＮＯＤＥ）＝０．２８＋（２２５－ＮＹ（ＮＯＤＥ））＊０．０００４…………＊ＥＬＳＥＩＦ，ＮＹ（ＮＯＤＥ），ＧＥ，０，ＡＮＤ，ＮＹ（ＮＯＤＥ），ＬＥ，１５，ＴＨＥＮＴＨＩＣＫ（ＮＯＤＥ）＝０．９０＊ＥＮＤＩＦ＊ＥＮＤＩＦ＊ＥＮＤＤＯＮＯＤＥ＝￥ＭＸＮＯＤＥ＝ＲＴＨＩＣＫ，ＴＨＩＣＫ（１），１，２，３，４１．２风荷载的施加人所共知风荷载是作用在烟囱的外表面，作用方向为垂直于烟囱表面的投影面。
而ＡＮＳＹＳ中对表面施加荷载时，只能施加垂直于表面（而非表面的投影面）的荷载，此问题的通常处理手段为力的分解但并不能准确反映烟囱的受力情况。
再加之，据荷载规范及烟囱规范知风荷载的大小是沿烟囱高度变化的，这又给在ＡＮＳＹＳ中准确地施加风荷载加大了难度。
然而运用ＡＰＤＬ将每个单元投影面积上受到的风荷载转化为单元的节点荷载（图２），则可以成功解决此问题。
节点力Ｆｊ的计算公式为：Ｆｊ＝∑Ｆｉ。
式中Ｆｉ为节点ｊ所在的某单元ｉ分配给本单元各个节点的力。
即节点力Ｆｊ为节点ｊ所在的所有单元传给节点ｊ的力之和。
所以此时在ＡＮＳＹＳ中应用ｆｃｕｍ，ａｄｄ将力的施加方式设置为“累加”，而不是缺省的“替代”。
某单元ｉ分配给本单元各个节点的力Ｆｉ的计算公式为：Ｆｉ＝ＰｅＡｅ／ｎｎ。
式中：ｐｅ为单元ｉ在ＸＹ平面的投影面积上单位面积受到的荷载；Ａｅ为单元ｉ在ＸＹ平面的投影面积；ｎｎ为单元ｉ的节点数。
源程序的部分内容如下：…………ＦＣＵＭ，ＡＤＤ＊ＤＯ，Ｉ，ＥＮＭＩＮ，ＥＮＭＡＸ＊ＩＦ，ＥＳＥＬ（Ｉ），ＥＱ，１，ＴＨＥＮ＊ＧＥＴ，ＡＥ，ＥＬＥＭ，Ｉ，ＡＰＲＯＪ，Ｚ…………Ｐ＿Ｅ＝ＭＵＳ＊ＭＵＺ＊ＢＴＡＺ＊０．４５Ｆ＿ＴＯＴ＝Ｐ＿Ｅ＊ＡＥ…………３３７０彭国，等：ＡＰＤＬ在镇江电厂三期多管式烟囱有限元分析与结构优化中的应用２０期图３某高度处单元Ｙ向应力图＊ＧＥＴ，ＮＮ，ＮＯＤＥ，，ＣＯＵＮＴＦ＿Ｎ＝Ｆ＿ＴＯＴ／ＮＮ＊ＤＯ，Ｊ，１，ＮＮＦ，ＮＥＬＥＭ（Ｉ，Ｊ），ＦＺ，－Ｆ＿Ｎ＊ＥＮＤＤＯ＊ＥＮＤＩＦＥＳＬＡ，Ｓ＊ＥＮＤＤＯ…………１．３截面内力的查看对砼外筒进行分析之后须对之进行配筋，根据烟囱规范在配筋时需要知道截面的内力，如截面的弯矩、轴力等。
而ＡＮＳＹＳ不能直接给出某截面的内力，只能给出单元的内力，因此需要用ＡＰＤＬ编制相应程序，对之可有两种方法：即对截面上所有单元的内力求和或用截面上所有单元的内力沿环形路径积分。
单元的内力求和方法求截面ｊ处内力的计算公式如下：求轴力Ｎｊ＝∑（ＳｙｉＡｅｉ）／２；求弯矩Ｍｘｊ＝∑（ＳｙｉＡｅｉＣｚｉ）／２；Ｍｚｊ＝∑（ＳｙｉＡｅｉＣｘｉ）／２；求剪力Ｖｚｊ＝∑（ＳｙｚｉＡｅｉ）／２；Ｖｘｊ＝∑（ＳｘｙｉＡｅｉ）／２。
式中：Ａｅｉ为单元ｉ在ＺＸ面内的面积；Ｃｚｉ为单元ｉ中心处的Ｚ坐标；Ｃｘｉ为单元ｉ中心处的Ｘ坐标；Ｓｙｉ为单元ｉ沿Ｙ向的正应力；Ｓｙｚｉ单元ｉ沿Ｚ向的剪应力；Ｓｘｙｉ单元ｉ沿Ｘ向的剪应力。
上述公式中求和后除以２是因对截面ｊ相关的所有单元的内力求和（图３），这样做是为了ＡＰＤＬ实现的方便，实际上如果仅对ｊ截面处上方或下方相关的单元的内力求和就不用除以２了。
单元的内力求和方法求截面内力的部分源程序如下：…………＊ＧＥＴ，ＥＣＯＵＮＴ，ＥＬＥＭ，，ＣＯＵＮＴ＊ＩＦ，ＥＣＯＵＮＴ，ＧＴ，０，ＴＨＥＮ…………ＥＬＥＭＡ＝ＰＩ＊ＤＮ＊ＴＨＩＣＫＮ／（ＥＣＯＵＮＴ／２）ＥＴＡＢＬＥ，，Ｓ，ＹＥＴＡＢＬＥ，，ＣＥＮＴ，ＺＥＴＡＢＬＥ，，ＣＥＮＴ，ＸＥＴＡＢＬＥ，，Ｓ，ＹＺＥＴＡＢＬＥ，，Ｓ，ＸＹＳＭＵＬＴ，ＶＹＺ，ＳＹＺ，，ＥＬＥＭＡ／２，１，！求剪力ＳＭＵＬＴ，ＶＸＹ，ＳＸＹ，，ＥＬＥＭＡ／２，１，ＳＭＵＬＴ，ＦＹ，ＳＹ，，ＥＬＥＭＡ／２，１，！求轴力ＳＭＵＬＴ，ＭＸ，ＳＹ，ＣＥＮＴＺ，ＥＬＥＭＡ／２，１，！求弯矩ＳＭＵＬＴ，ＭＺ，ＳＹ，ＣＥＮＴＸ，ＥＬＥＭＡ／２，１，ＳＳＵＭ＊ＥＮＤＩＦ截面内力也可由单元的内力沿环形路径积分方法获得，其原理与单元内力求和的办法是类似的，其部分源程序如下：…………＊ＧＥＴ，ＮＭＩＮ，ＮＯＤＥ，，ＮＵＭ，ＭＩＮ＊ＩＦ，ＮＭＩＮ，ＧＴ，０，ＴＨＥＮ…………ＴＨＩＣＫＮ＝ＴＨＩＣＫ（ＮＭＩＮ）…………ＰＣＡＬＣ，ＩＮＴＧ，ＶＹＺ，ＳＹＺ，Ｓ，ＴＨＩＣＫＮ，！求剪力ＰＣＡＬＣ，ＩＮＴＧ，ＦＹ，ＳＹ，Ｓ，ＴＨＩＣＫＮ，！求轴力ＰＣＡＬＣ，ＭＵＬＴ，ＳＹＺＧ，ＳＹ，ＺＧ，１，ＰＣＡＬＣ，ＩＮＴＧ，ＭＸ，ＳＹＺＧ，Ｓ，ＴＨＩＣＫＮ，！求弯矩ＰＡＴＨ，ＭＹＰＡＴＨＰＲＰＡＴＨ，ＶＹＺ，ＦＹ，ＭＸ＊ＥＮＤＩＦ这两种方法对同一截面计算的内力非常接近，以１００ｍ标高处为例分析得到的内力情况如表２。
表２１００ｍ标高的分析内力内力单元内力求和方法单元内力积分方法ＶＹＺ－１８２３．９７－１８２３．８ＦＹ－５７８２３．１－５７８１７ＭＸ１２７０７８０．１２６８９×１０６３３７１科学技术与工程６卷由表２数据可见这两种方法的结果是非常接近的。
１．４截面厚度的优化以钢筋和砼总的造价为目标函数，以截面的厚度为设计变量，约束条件则为承载力控制以及水平裂缝控制（具体公式见烟囱规范），优化方法采用网格搜索法［４］，在一定区间内搜索出最优结果，在ＡＮＳＹＳ中运用ＡＰＤＬ编制了相应的宏文件，取得了很好的优化效果，由于源程序较长，此处仅给出１００ｍ高度处截面的优化情况，输入原始参数后运行宏文件得到的部分结果如表３。
从图４及结果文件可以看出：（１）原壁厚４０５ｃｍ有较大余量；（２）随着壁厚的增加，配筋率在减小直至构造配筋率为止，最小壁厚恰在从计算配筋过渡到构造配筋时；（３）一般情况下最小壁厚时最大裂缝ｗｍａｘ为０。
２结论通过以上对某电厂多管式烟囱的分析与优化中运用ＡＰＤＬ的例子可以看出：（１）ＡＰＤＬ功能确实非常强大和灵活，对ＡＰＤＬ巧妙地加以运用往往能达到事半功倍的出奇效果；（２）对本文提出的源程序稍加改进即可推广到其它结构（如隧道、管涵等）的分析与优化中，为同类结构的分析与优化提供了很好的借鉴。
参考文献１牛春良．烟囱工程手册．北京：中国计划出版社，２００４２博弈创作室．ＡＰＤＬ参数化有限元分析技术及其应用实例．北京：中国水利水电出版社，２００４３张胜民．基于有限元软件ＡＮＳＹＳ７．０的结构分析．北京：清华大学出版社，２００３４张炳华，侯昶．土建结构优化设计（第二版）．上海：同济大学出版社，１９９８５陈雪梅，龚会民，张平，等．ＡＰＤＬ在立铣受力变形分析中的应用．机械科学与技术，２００２；２１（６）：图４外筒造价与壁厚关系图ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆＡＰＤＬＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｔｏＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＯｐｔｉｍｕｍｏｆｔｈｅＭｕｌｔｉ－ｆｌｕｅＣｈｉｍｎｅｙＰＥＮＧＧｕｏ，ＳＵＪｕｎ＊（ＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ２１２０１３）［Ａｂｓｔｒａｃｔ］ＴｈｅｕｓｅｆｕｌＡＰＤＬ（ＡＮＳＹＳｐａｒａｍｅｔｒｉｃｄｅｓｉｇｎｌａｎｇｕａｇｅ）ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗａｓｕｓｅｄｉｎｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｏｐｔｉｍｕｍｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｍｕｌｔｉ－ｆｌｕｅｃｈｉｍｎｅｙｏｆａｐｏｗｅｒｐｌａｎｔ．［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ＡＰＤＬｃｈｉｍｎｅｙｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｏｐｔｉｍｕｍ．壁厚ｔ／ｍｍ总配筋率ρ配筋Ａｓ／１０５ｍｍ２每米造价ｖｏ／１０４元…………１８００．００９８４５０．８３５８０．４７４３１９００．００７５７１０．６７８５０．４３６７２０００．００５５１００．５１９６０．３９８７２１００．００４５０００．４４５３０．３８７２２２００．００４５０００．４６６５０．４０５７２３００．００４５０００．４８７７０．４２４１２４００．００４５０００．５０８９０．４４２５…………ｍｉｎｔ＝２１０ρ＝０．００４５００ｗｍａｘ＝０表３运行宏文件得到结果３３７２。