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1、第27卷第4期兰州交通大学学报Vol.27No.42008年8月JournalofLanzhouJiaotongUniversityAug.2008文章编号:10014373(2008)04002904大体积混凝土温度场仿真分析在ANSYS上的实现*王军玺,杨华中(兰州交通大学土木工程学院,甘肃兰州730070)摘要:大体积混凝土分层浇筑过程中温度场的仿真分析有一定的技术难度和复杂性.利用有限元程序ANSYS通用平台,讨论了ANSYS模拟混凝土温度场理论上的可行性,研究了仿真计算的主要技术问题,设计了仿真分析的流程图,通过参数设计语言(APDL)以及ANSYS的多种内部函数
2、,编制了宏命令以控制ANSYS程序,对大体积混凝土的浇筑温度场进行了仿真分析,成功地实现了分析过程的参数化,提高了利用大型通用软件ANSYS解决工程实际问题的效率.关键词:大体积混凝土;温度场;仿真分析;ANSYS软件中图分类号:U448.25文献标识码:A式中:kx,ky,kz分别为沿x,y,z3个方向的热传导系0引言3数,kJ/(mh);q为热生成率,kJ/(mh),表大体积混凝土分层浇筑过程中温度场受到外界示单位体积物体在单位时间内的生热量,可以用来气温的变化、太阳辐射、水化生热、不同浇筑温度、不模拟混凝土的化学反应生热.同分层厚度、不同浇筑间歇期和温度控制措施
3、等因假设各方向的热传导系数相等,即素的影响.为了使分析计算成果能够较准确地反映kx=ky=kz=k客观实际情况,分析中力求全面、准确地模拟施工过从而方程(1)可转化为程中的各种条件和影响因素.仿真计算中的技术问2T2T2TTk(2+2+2)+q=c(2)题主要包括分层浇筑过程模拟、温度初始条件和边xyz界条件的施加,水化生热模拟.基于上述主要技术、由热传导原理,在混凝土浇筑过程中,其三维不[1]影响因素,设计了仿真分析的流程图,应用大型通用稳定温度场应满足下列导热微分方程:222软件ANSYS,通过参数设计语言(APDL)以及ANTTTT!=2+2+2+
4、(3)xyzSYS的多种内部函数,编制了宏命令以控制AN2式中:为导温系数,m/h,=∀/c.SYS程序,对大体积混凝土的浇筑温度场进行仿真分析,使大体积混凝土分层浇筑过程温度场仿真分对式(2,3)作比较可得:!析,从建模、求解计算直至计算结果的后处理能够自q=c(4)动化和参数化,提高了利用大型通用软件ANSYSk=∀解决工程实际问题的效率.这样,ANSYS热分析的控制微分方程就与混1ANSYS模拟混凝土温度场理论上的可行凝土温度场的导热微分方程统一起来,而不稳定温性度场有限元方程是由导热微分方程变分得到的.因此,可用ANSYS瞬态热分析来进行大体积混凝土
5、1.1控制微分方程与导热微分方程的统一分层浇筑施工期不稳定温度场的仿真分析.ANSYS热分析的控制微分方程为1.2计算方法的统一TTTT(kx)+(ky)+(kz)+q=cxxyyzz不稳定温度场的解法以隐式解法中的向后差分[2](1)法效果最好,ANSYS热分析模块中瞬态热分析也*收稿日期:20071010作者简介:王军玺(1976),男,甘肃秦安人,讲师.30兰州交通大学学报第27卷有对应的选项.ANSYS瞬态热分析中通过对欧拉后在适当的载荷步中重新激活它们.参数!的选择来选择不同的计算方法:当!=1时,当一个单元被重新激活时,其刚度、质量
6、、单元采用的就是隐式解法中的向后差分法.这是缺省的、载荷等将恢复其原始的数值,重新激活的单元没有[1]最稳定的算法.应变历史记录.但是,以实常数形式定义的初始应变1.3定解条件的统一则不受单元死活选项的影响.混凝土结构施工期不稳定温度场除了满足导热因此,在实际模拟过程中,采用!单元生死∀功微分方程外,还应满足相应的初始条件和边界条能,以达到仿真动态施工过程的目的.[1]件:值得注意的是:不与任何激活的单元相连的死初始条件T(x,y,z,0)=T0(x,y,z)单元结点将产生!漂移∀,或具有浮动的自由度(在第一类边界条件T()=f()ANSYS热分析中,结点的自由度即为温度),若
7、不T对其进行约束,就有可能导致计算结果失真.因此,第二类边界条件-n=f()n必须对死单元结点进行约束.在大体积混凝土分层T第三类边界条件-∀=#(T-Ta)浇筑施工期温度场仿真分析中,可将所有浮动结点n的温度都设定为浇筑温度.但是结点的自由度被约上述定解条件与ANSYS热分析中的热传递方束后,若不删除,则结点约束在整个热分析过程中都式及初始条件、边界条件比较,可得到如下对应关存在,而且被约
