温度场计算说明书

温度场计算说明书

1.建立有限元模型

熟悉有限单元法基本原理

建立由点线面构成的实体模型，然后在实体模型基础上进行网格划分

有限单元法基本原理与ansys基本操作见附件1.0《有限元分析基础教程》

以22#坝段为例，划分后的单元如图1所示

图1 22#坝段网格示意图

2单元的转换与材料分区

将划分好的8节点结构solid45单元转化为热学计算的solid70单元（如图2）

图2 单元的转换

压缩和合并单元节点号（图3所示）

图3 压缩合并单元节点号根据混凝土材料性质划分不同材料（如图4）

图4 改变材料的单元号改变之后的材料之后模型如图5所示

图5 划分材料之后的单元示意图

根据不同的材料赋予不同的材料热学参数，密度，比热容和热传导系数（如图6）

图6 输入材料参数

3组元的挑选和命名

组元是一组元素的集合，单元集合以e开头，节点集合以n开头

将坝体和基岩单元集合命名为不同的组元edam和ebase

下图为命名组元的对话框（图7所示）

图7 创建组元

根据不同的浇注块，挑选不同的组元，比如d22e4表示第22坝段第4层浇注块挑选方法：1，准备文件如附件-1.1文件里所示

2，将不同坝段的单元和节点用ewrite和nwrite命令写出来（图8） 3，运行程序，将生成的FNAME1.DAT文件读进ansys（图9）

图8 将单元信息写到文件中

图9 read input from 读取命令流

按照附件-1.2文件夹中文件格式所示，

根据各个浇注块的出生时间，温度，水管信息等等

准备DATA.xls文件，并建立组元名2

图10 data.xls文件

按照附件-1.3文件中程序提示的所示，

生成命令流文件，读入后形成na和nd的组元，具体内容如图11所示它们分别代表各个浇筑过程中增加的对流边界和删除的对流边界

图11 na组元名文件

4 计算函数文件

ANSYS中APDL语言以及函数，宏的概念、创建方法详细见1.4文件夹ANSYS-APDL参数化有限元分析（图12）

图12 ANSYS-APDL参数化有限元分析

气温边界函数

有两种形式1，通过各种监测值拟合建立一种余弦函数的函数

2，通过监测值将每一天的实际温度赋予气温的表函数

以上两种形式具体格式参见1.5文件夹中的两个文件（图13）

图13 表函数和余弦函数文件内容

等效冷却的热生成率函数

按照data的excel中的func1 func2标签整理好，按照2冷开始时间排序（如图14），并且按照1.6文件夹里所示准备文件（如图14），生成热生成率函数输入文件

图14 由EXCEL准备好的数据准备文件

水温函数

上游有堆渣边界节点挑选组元baowen1，对应水温函数如附件1.7文件夹中baowen1.DAT 上游有蓄水的边界节点按照蓄水过程挑选蓄水组元（图15），方法按照1.7文件夹中的蓄水过程.xls准备，对应的水温函数为xushui4.DAT

下游水垫塘边界节点挑选组元为xu1，对应的水温函数为xushui-old.DAT

图15 挑选蓄水过程的组元

5计算所需的命令流

形成浇筑过程命令流

通过excel中的每个浇筑块出生时间，整理成和1.7文件夹中的格式相同的准备文件生成如下图（图16）

其代表的意义是，第五块浇筑成型，在其组元上删除被覆盖的对流边界，增加新的对流边界，激活此组元，施加热生成率函数

图16 浇筑过程命令流节选

形成完整的计算命令流

参照1.8文件中的准备文件的格式

首先，将excel里将每个浇筑块的出生温度整理（图17）

图17 每个浇筑块的出生温度

挑出对流边界的节点组元nsurface（如图18），挑出基岩底面组元A50表面组元AAIR

图18 NSURFACE节点组元

生成2期冷却分批文件，将2期冷却分为三组，分别代表第一，二，三次冷却

每组中冷却开始时间相同的一组单元为一批，准备文件格式见文件夹附件2.0

并且根据生成的批次的时间，将二冷宏命令写入命令流中

比如（图19）表示在第294计算步时加入第一次2冷中开始第二批的冷却

图19 加入2冷的宏命令

在相应的水位上升的时间时，应当加入水位上升和下降的命令流

水位上升的边界命令如图20，其表示将此节点上对流边界删掉，增加以xushui4为命名的水温函数，同理水位下降的过程与其相反

图20 水位上升时对xs1组元节点边界的改变

6 开始计算

所有准备文件均准备好之后，需要放入模型根目录中的文件函数文件见文件夹2.1中所示，其中包括宏文件、2冷批次文件、后处理文件、和可执行程序文件等等，然后将各种函数和计算命令流文件读入ANSYS中开始计算，如图21所示

图21 ANSYS计算输出窗口

7后处理

关于结果的后处理包括节点的历时曲线和剖面等值线图等，各项功能用PPT.exe均可以实现（图22）

图22 温度场前后处理程序

如上图程序所示，功能7可以提取每个节点每个时间的温度，准备格式程序中有说明，或者参见文件夹2.2

提取坐标点的温度历时曲线分两个步骤

1.将坐标点读入ansys寻找母单元，具体准备文件见

2.3文件夹，并将生成的节点坐标读入到ansys中（如图23），寻找到母单元如图24

图23 寻找坐标点的母单元