地下埋管承受内压稳定分析

１．１．１ 位 移 法
位移法 是在节点 上建立平衡方 程 ，以每个节 点 的位移 量来 做为基本 未知量 。这 种 方法 是一 般 用 户和程 序 设计 员 都 比较 喜欢 的 ，因为它 的逻 辑性 比较强 ，易 于实现大规模 程序解题 。
１．１．２ 力 法
力 法也 是通 过在 节点 上 建 立 平衡 方 程 ，但基 本 未 知 量 是 节 点上 的力 而 不 是 节 点 上 的位 移 。这 种 以结 构 力 学 中 力 法 为基 础 的分 析方 法 ，在 精 确 度 上 是 位 移 法 远 远 比不 上 的 ，缺 点 是不 易于 ＡＰＤＬ的 实现 。
命 令 来建 立 ｋｅｙｐｏｉｎｔ和 ｎｏｄｅ的一种 数 学 分 析计 算 软 件 ，对 广 大 的用户 以及 广 大的水 工设 计 者们 来 说 无 疑是 一 个 福 音 ，利 用 ＡＮＳＹＳ软件 来做 水 工设 计 ，不但 可 以大 大 的提 高 设 计 速 度 ，还 可 以有效 的提 高设 计准 确率 ，ＡＮＳＹＳ计 算 能力 强 、操作 简捷 是广 大用 户 喜欢 的原 因 。总 的来 说 ，ＡＮＳＹＳ有 限元 分 析 主 要 有 以 下 三 种 方 法 。
如果 选 型为 矩阵 单元则 要尽 量 的 减 小长 边 和 短 边 的差 值 ，而 如果 是 三角 形 ，则 要 保 证 三 角 形 单 元 的 三 条 边 尽 可 能 接 近 ， 且夹 角尽 量保 持 为非钝 角 ；再 次就 是要 单 元 之 间 的节 点 要 相 互对 应 ，尽 量 避免 节 点 与 另 一 单 元 的 边 界 相 连 接 ；再 次 相 同 单 元在 材料 方面 要保 持一 致性 ；最 后 要保 持 网格 划 分 的规 律 性 ，以便计 算 机能 够 自动识 别后 自动形成 网格 。
（１）在 结构 离散 化 的过程 之前 要 确 定 即将 分 解 的单 元 的 类 型 ，一 般涵 盖单 元形 状 、单 元 节 点数 以及 节 点 自由度 三个 方面 的 内容 。
（２）在 确定 了单 元类 型 之后 就要 根 据原 有 结 构进 行 单 元 的划 分 ，这 个过 程 中 应该 着 重考 虑 首先 是计 算 的 精度 ，这 与 节点 的 多少 有着 很 大 的 关 系 ，网 格 划 分 的 越 细 ，所 分 格 出 来 的几 点也 就越 多 ，计 算 的精度 也 就 越 高 。但 是 这种 正 比的 趋 势并 不 能够 无 限 进 行 ，在 网格 加 密 程 度 提 高 到 一 定 水 准 之 后 ，计 算精 度 的提 高 程 度 明 显 降 低 ；其 次 就 是 分 格 单 元 的 形 状 问题 ，一般 选择 以接 近 正 多 边 形 或 正 多 面 形 的 形 状 为 宜 ，
［关 键词 ］ 地 下埋 管 ；强度设 计 ；ＡＮＳＹＳ； ［中图分 类号 ］ ＴＵ４４１ ．３５ ［文献标 识 码 ］ Ｂ ［文 章编 号 ］ １００４一】ｌ８４（２０１６）０１—０ｌ５８—０２
１ 有 限元 方 法
１．１ ａｎｓｙｓ有 限 元 分 析 法 介 绍 ＡＮＳＹＳ有 限元分 析 法 就 是 基 于 ＡＮＳＹＳ软 件 中的 ｌｉｎｅ等
１．１．３ 混 合 法
混 合法 就是 取位 移 法 和力 法 的 优点 ，结 合 二 者 的基 本 理 论 以求 在解 题 中同 时实 现位移 法 的流 畅和 力法 的精 确 。 １．２ 结 构 离 散 化
所 谓结 构离 散 化是 指将 结构 根据 实 际情 况 分解 成若 干 个 相 互直 接通 过节 点 连接 的小 单元 ，这 是 实 现有 限 元 法分 析 的 基 础性 步骤 ，对 于 计算 精 度 和计 算 效 率 有 着 非 常大 的影 响 ， 而结构 分解 主要 包 含 以下三 个方 面 ：
第２３０８１６卷年 １ 第月１ 期
地 下水
Ｇｒｏｕｎｄ ｗａｔｅｒ
Ｊａｎ．，２０１６ Ｖ０ｌ＿３８ Ｎ０．１
地 下 埋 管 承 受 内 稳 定 分 析
兰 素 红 （新 疆额 尔齐 斯河 流域 开 发工 程建设 管 理局 ，新疆 乌鲁 木 齐 ８３００００）
［摘 要 ］ 地 下埋 管是 大 中型水 电站 中应 用 最 多的一 种压 力 管道 ，这 种 管道 布 置灵 活 ．能和 围岩 共 同承担 水压 力 ，并且 运行 不 受干扰 ，维护 简 单。 众 多的优 点使得 地 下埋 管的研 究设 计越 来越 受 到 关注 ，对 于地 下埋 管 ，钢衬 承 受 内 压 时 的 强 度 设 计 是 一 大 重 点 。本 文 结 合 某 水 电站 地 下 埋 管 的 实 际 工 程 资 料 ，按 照 钢 衬 和 围 岩 联 合 承 载 的 原 则 对 地 下埋 管上斜 段进 行 强度设 计 ，以确 定钢 衬 的厚度 、加 劲环 间 距及 尺 寸 。然后 利 用 ＡＮＳＹＳ软 件进 行 有 限 元 结 构 分析 ， 得 到钢 衬在 内压下 的应 力应 变状 态 。结果 通过 地 下埋 管三 维有 限 元模 型 分析 与 用 理论 方 法所 求 得 出的环 向 正应 力 相 差 无几 ，在 添加 加 劲环后 ，在 外压 作 用下 ，埋 管也 能 满足稳 定要 求 ，所 以设 计 满足 所 以要 求 。
ｅ．节 点 编 码 。 １．３ 单 元 分 析
通 过 对 单 元 的力 学 分 析 建 立 单 元 刚 度 矩 阵 ［Ｋ］… ［Ｋ］ 是 由单 元 节 点位 移 量 ｛ ｛ 求 单 元 节 点 力 向量 ｛Ｆ｝ 的转 移矩 阵 ，其 关 系式为 ｛Ｆ ’＝［Ｋ］ ｛中 。 １．４ 整 体 分 析 整 体分 析包 括 以下 几方 面 内容 ： （１）集成 整体 节点 载 荷 向量 Ｐ。结 构离 散 化后 ，单 元 之 间 通 过节点传 递力 ，所 以有 限元 法 在结 构 分 析 中 只采 用 节 点 荷 载 ，所 有作用在 单元上 的集 中力 、体 积力 与表 面力 都 必须 静 力 等效 的移置 到节 点上 去 ，形 成等 效节 点 载荷 。最 后 ，将 所有 节 点荷载按照 整体节点 编码顺序 组集成整体 节点载荷 向量 。 （２）集 成 总体刚 度 矩 阵 ［Ｋ］，得 到 总 体 平 衡 方 程 。 总 体 刚度矩 阵［Ｋ］是 由整体 节点 位移 向量 ｛中｝求 整体节 点 力 向量 ｛Ｆ｝的转 移矩 阵 ，其 关 系式 为 ｛Ｆ｝＝［Ｋ］｛中｝，此 即为 总 体 平 衡 方 程 。 （３）引进边界约束条件 ，解总体平衡 方程 ，求 出节点 位移 。 （４）求 出各单元 内的应力 和 应变 。 １．５ ａｎｓｙｓ有 限 元 应 用 分 析 的 步 骤 ＡＮＳＹＳ典 型 的 分 析 过 程 可 分 为 四个 主 要 步 骤 ： （１）前 处 理 ＰＥＰＰ７（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）：创 建 或 读 入 有 限元 模 型 ，建 立有 限元模 型 所需 要 输 入 的资 料 ，如 节点 坐 标 、 单 元 内节点 排列 次序 等 ；定 义材 料属 性 ；划 分 网格 。 （２）求解 ＳＯＬＵ（Ｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）：施 加荷 载 、设 定 约 束 条 件 、求 解 。 （３）一 般 后 处 理 ＰＯＳＴ１（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｐｏｓｔｐｒｏｃｅｓｓｏｒ） 或 时 间 历