灯泡贯流式水电站厂房三维静动力分析(五)

摘要：国内水利水电工程建设目前正处于前所未有的蓬勃发展时期，许多低水头径流式水电站建设逐步在我国的江河上兴建，其中灯泡贯流式水电站由于流道平坦，机组过流量大、单位转速高、效率高、尺寸小、重量轻、能量及经济指标好等优.点成为目前比较普遍的一种开发型式。然而，由于灯泡贯流式水电站厂房独特的布置型式，致使应力分布有不同于常规水电站厂房的特点，特别是在高地震烈度区修建的灯泡贯流式水电站。因此，本项目的研究分析具有十分重要的现实意义。

关键词：灯泡贯流式水电站 静 动力计算分析

　3厂房结构静动力分析在ANSYS上的实现

　　3.1 ANSYS软件介绍^[77]

　　 ANSYS是由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS公司设计开发的大型通用有限元分析软件，是第一个通过IS09001质量认证的大型分析设计类软件，被美国机械工程师协会(ASME )、美国核安全局(NOA)及近二十种专业技术协会认证的标准分析软件，已在国务院十七个部委推广使用。

　　3.1.1 ANSYS软件简介

　　ANSYS软件融结构、热、流体、电、磁、声学多个领域为一体，能与多数CAD软件接口(如Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I-DEAS, AutoCAD等)实现数据的共享和交换，是现代产品设计中的高级CAD工具之一。它具备功能强大、兼容性强、使用方便和计算速度快等优点，是目前最为流行的有限元软件之一，广泛应用于核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制作、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、生物医学、水利、日用家电等一般工业和科学研究领域，是目前世界上唯一可以进行祸合场运算的有限元分析软件。

　　ANSYS软件提供了不断改进的功能清单，具体包括结构高度非线性分析、电磁分析、计算流体力学分析、设计优化、接触分析、自适应网格划分以及利用ANSYS参数设计语言扩展宏命令功能^[77]。

　　软件基本的模块包括前处理模块(PREP7)、分析计算模块(SOLUTION)和后处理模块(POSTl和POST26 )三个部分。前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型;分析计算模块包括结构分析(可进行静动力学分析、非线性分析和热学分析等)、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的祸合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力;后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示(可看到结构内部)等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。
ANSYS构架分为两层(图3-1)，一是起始层(Begin Level)，二是处理层(Processor Level)。这两个层的关系主要是使用命令输入时，要通过起始层进入不同的处理器。

图 3-1

　　ANSYS软件的基本构成为:

　　(1)节点(Node):节点是构成有限元系统的基本对象，是整个工程系统中的最基本点，工程系统中的一个点的坐标位置。其具有物理称义的自由度，该自由度为结构系统受到外力后系统的反应。

　　(2)单元(Element):单元是节点与节点相连而成，单元的组合由各节点相互连接。单元是构成有限元系统的基础，在具有不同特性的材料和不同的结构当中，可选用不同种类的单元，单元中包含了物理对象的各种特性，ANSYS提供了100多种不同的单元类型，合适的单元选择将可以大大提高计算精度和效率，故使用时必须慎重选择单元型号。

　　(3)自由度(Degree Of Freedom):自由度在ANSYS中有重要意义，可以表示工程系统受到外力后的反应结果。其不仅有整体系统的自由度，要在分析中进行适当约束，而且每个节点也有自由度，都有各自的坐标系和对应的节点自由度，并且不同单元上的节点具有不同的自由度。因此在结构分析中选择合适的单元显得尤为重要。

　　ANSYS软件主要技术特点有以下几个方面:

　　(1)唯一能实现多场祸合分析的软件;

　　(2)唯一实现前后处理、求解及多场分析统一数据库的一体化大型FEA软件;

　　 (3)唯一具有多物理场优化功能的FEA软件;

　　 (4)唯一具有中文界面的大型通用有限元软件；

　　 (5)强大的非线性分析功能;

　　 (6)多种求解器分别适用于不同的问题及不同的硬件配置;

　　 (7)支持异种、异构平台的网络浮动，在异种、异构平台上用户界面统一、数据文件全部兼容;

　　 (8)强大的并行计算功能支持分布式并行及共享内存式并行多种自动网格划分技术;

　　(9)良好的用户开发环境;

　　(10)支持的图形传递标准，如SAT, Parasolid, STEP;

　　 (11)与CAD软件的接口，nigraphics, Pro/ENGINEER, I-Deas, Catia, CADDS, SolidEdge, SolidWorkso

　　3.1.2 ANSYS在土木工程中的应用

　　ANSYS在世界范围内已经成为土木建筑行业分析软件的主流，其在钢结构和钢筋混凝土房屋建筑、体育场馆、桥梁、大坝、铜室、隧道以及地下建筑物等工程中得到了广泛的应用，可以对这些结构在各种外载荷条件下的受力、变形、稳定性及各种动力特性做出全面分析，从力学计算、组合分析等方面提出了全面的解决方案，为土木工程师提供了功能强大且方便易用的分析手段。

　　ANSYS自身具有强大的实体建模技术和三维建模能力，可通过自顶向下或自底向上的方式和布尔运算、坐标变换等多种手段，建立起诸如体育场馆、桥梁、大坝等真实地反映工程结构的复杂三维几何模型。ANSYS提供了智能网格和映射网格两种基本网格划分技术和局部细分等多种网格划分工具，可完成精确的有限元模型。其还具有与C

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