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I1：m;1*II ：；：I*；!:;: 1iji im r*；：；：舅聲圖黑蛊臓雄備議益漱|ft?. ：，-, ；：啟叹映黑畑;：；勰！1：；!：!：!I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）曰 Element Type 園 Add/Edit/Delete圉 Add DOFSwitth Elem TypE園 Remove DOFs 闵 Elan Tech ControlDefined Element Types:ype 1SQUD70图 2 单元的转换 压缩和合并单元节点号（图3 所示）Numbering Ctrl:園 Merge Items園 Compress Numbers 闵 Set Start Number 園 Reset Start Num 園 Start Num Status 園 Add Num Offset 田 Element Reorder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）日 Modeling田 Create田 Operate日 Move / Modify田 Keypoints庐1 Lines庄1 Areas洌 Volumes田 NodesH Rotate Node CSElement庐1 Modify Attrib厨 Modi勿 Nodes 国 Add Mid Nodes 旨 Remove Mid Nd 厨 Shell Normals 圍 Orient NormalS Transfer Coord 田 Reverse Normals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）日 Material Props田 Material Library園 Temperature Units園 Electromag UnitsMaterial Model園 Convert ALPx 園 Change Mat Num S Write to File 園 Read from File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t1i i i i 1 i i i -丄|U | |i 1 i i i |U i i i | i i i1CMSEL,S,EDAMALLSELfBELOW,ELEM3CMfN0001fNODE4CMSEL,111,：E15ALLSELfBELOW,ELEMCMSEL,R,N0001,NODE7CMfNA1NODEB9CMSEL,S,EDAM10*DO,I,1,211CMSEL,U,E%I%12*ENDDO13ALLSELfBELOWfELEM14CMfN0001fNODE15CMSEL,S,E2ALLSELfBELOW,ELEM17CMSEL,R,N0001* NODEISCMfNA2fNODE19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）参数化有限元分析技术.及其应用实例 博弈创作胡编著图 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）1 *DIM, AIRT f TABLE f 2 671 f 1,12 ! *3 *SET,AIRT(1.0.14 *SETfAIRT(lf1f12石5 *SET,AIRT(2,0,1f2丘 *SET,AIRT(2,1,1,12石7 * SET, AIRT (3f Qf 1 f 38 SET.AIRT (3,1, IK 12 59 *SET,AIRT(4,0,1,410 *SETfAIRT(4flf1f12 511 SET.AIRT (5,0,1512 *SET,AIRT(5,1,1,12 513 * SET, AIRTQf 1 f-614 SET.AIRTf12415 *SET,AIRT(7,0,1,7IS *SETfAIRT(7rlf1f12弓17 SET.AIRT (8,0, IK 818 *SET,AIRT(8,1,1,12413 *SET,AIRT(9fQf1f920 *SET,AIRT(9,1,1,124r i i i i 1 i i i Aii i i i 1 i i i .ii i i ii i i 3Q i iii1 1 1Illi1 1 1 1 1 1 11卜 DEL, FNCNAME*DEL, FNCMTID3*DELr FNCCSYS4*SET, FNCNAME,air5*SET, FNCCSYS,06! /INPUT,20081205airfunc7*DIM, %_FNCNAME%, TA3LE, 6,io亠f f f%_FNCCSYS%! Begin of equation: 20584+5.74*CQS(0.0172*(TIME-201)10*SET,% FNCNAME%(0r0,1),0.0,-99911*SET,% FNCNAME%(2f0,1),0.012*SET,% FNCNAME*(3,0,1),0.013*SET,% FNCNAME%(4r0,1),0.014*SET,% FNCNAME%(5r0r1),0.015*SET,% FNCNAME*(6,0,1),0.01G*SET,% FNCNAME%(0,1,1),1.0,-1,6202, 0,of117*SET,% FNCNAME%(0f2,1),0.0,5-S 2F -113*SET,% FNCNAME%(0,3,1),0,-1,Or0.0172,0,o, -219*SET,% FNCNAME%(0f4,1),0.0,-3,6-3r-220*SET,% FNCNAME电(0,5,1),0.0,io.1r 7#501*SET,% FNCNAME%(0f 6,1),0.0,Or5.74, 0,0 -1*SET,% FNCNAME%(0r7,1),0.0,-3,6- 23r-123*SET,% FNCNAME电(0,8,1),0.0,-1,520.584,50, -324*SET,% FNCNAME%(0r 9,1),0.0,OrS- S1.-325*SET.% FNCNAME*(0.10.1).0.0.99,0,1,-2.0-0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1 jss2 1383HT133720349石 1.4040.0031523625001047 8508752315112S8302 6000254HT24175 820349岳 1.59.0031523 625001047 8506875己8191511268302 6000255HT35082 6马2034马应1 63200031523 6250010理7 850687517151128 3026 000256HT459104203.4 961000315234250010理7 850687525151128 3026 000257HT587号2 83 20349615300031523 625001047 8508 7516151128 3026 0002吕3HT610113283 20349石15000315234250010理7 850687521151128 3026 000259HT713110 石78 20349石143i 00031523 625001047 85068 753.,3201511268 302 6 0002510HT81411 77 2034马应150.0031523625001047 8508752015112S8302 60002511HT91571058 2034马应150.0031523625001047 8508752015112S8302 60002512HT101651137620349石1500031523 625001047 8508 753g20151126830260002513HT1117711.67匸20349石1500031523 625001047 85068752115g S268302匸00025L4HT1218311二匸203496 15 00031523625001047 850687538 21 1588 268 302 80002515HT1319311.66.520349石1 石00031523425001047 850687515g S283026000251HT1421112.77720349石12200031523 625001047 8508751715匸.8 268 3028 0002517HT15220124g520349丘1300031523 625001047 85068 7532241595268302匸0002518HT1623714匸120349石1500031523 625001047 850687519159528302匸0002519HT1725112.7匸203496 14S00031523 625001047 850687519159531357匸0002520HT1825312.5匸61974481 理号0003050332500105石 82368004020159.5 31 3578 0002521HT1927012.79197443 14S00030503325001056 823680040211595316357匸00025HT202831291197 448150003050332500105石 82368 004011595316357二0002523HT2130611匸匸1974481 理T0003050402500105石 8236800403015匸38941790002524HT2231410.79.31974481 石20003050402500105石 8236800403015匸389417900025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baowenl,对应水温函数如附件1.7文件夹中baowenl.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xul，对应的水温函数为xushui-old.DATcmselj 吕,nshangyou$NSELR, LOC, Zs 900, 990$CM, xsO NODEcmselj Sj nshangyou$NSELj R, LOC Z, 900, 1017. 3阴$匚汕 xslj NODEcmselj Sj nshangyou$NSELR, LOC, Z 1017. 4 1022. O$CMks2j NODEcmselj Sj nshangyou$NSELj R, LOC, Z, 1022j 1027. O$CM, xs3, NODEcmselj Sj nshangyou$NSELR, LOC, Z 1027 1029. O$CM, xs4, NODEcmselj 壬 nshangyou$NSELR, LOC, Z, 1029, 1031. 4$CM, xsB, NODEcmselj Sj nshangyou$NSELj R, LOC Z, 1031. 4, 1034. O$CM, xs6j NODEcmselj Sj nshangyou$NSELR, LOC, Z 103 1036. O$CMJNODEcmselj Sj nshangyou$NSELj R, LOC, Z, 1036j 1039. 9$CM, xsS, NODEcmselj Sj nshangyou$NSELR, LOC, Z 1039.玄 1043. 8$CMj xs9j NODEcmselj 壬 nshangyou$NSELR, LOC, Z, 1043. & 1049. 1$血 xslO NODEcmselj Sj nshangyou$NSELj R, LOC Z, 1049. 1, 1055. 2$CMj xsllj NODEcmselj Sj nshangyou$NSELR, LOC, Z 1055. 2, 1062. 3$CMxsl2j NODEcmselj Sj nshangyou$NSELj R, LOC, Z, 1062. 3, 1069.xsl3j NODEcmselj Sj nshangyou$NSELR, LOC, Z 1069. 61076. O$CMj xsl NODEleuqI U EuhmEbwczthTqFT R T nr 7 1 A7R 1 A21 QtCM v = 1 R MnFlR图 15 挑选蓄水过程的组元5 计算所需的命令流形成浇筑过程命令流通过excel中的每个浇筑块出生时间，整理成和1.7文件夹中的格式相同的准备文件 生成如下图（图16）其代表的意义是，第五块浇筑成型，在其组元上删除被覆盖的对流边界，增加新的对流 边界，激活此组元，施加热生成率函数.丄n.20 !计算E5.21 ANTYPE, TRANS,.22 TIME, LOL.23.24 CM3ZLf 3.ND5.25 CM3ZLf 3f ZEASZ去占叫二r.27 CM3ZLf Af.28 ENDDO.23 3FDELZ,ND5f CONV.30.31 CM5ZLf 5.NA5.32 CM5ZLf 5f Z5.33 5F,NA5f CGNV, LL3 D .34.35 CM5Zlf 5f Z5.兀 CM5Zlf5.NSURFACE.37 5F, All, CGNV, 20f,3E.39 CM5Zlf 5f Z5.40 AL15Zlf BZLOWf ELEM.41 BFZ.All, HGZN, f.42.43 CMSZZ, Sf Z5.44 ALZSZZrBZLOWrELEM.45 ZAZZT,ALL,4 DDZZZ,ALL,TEMP.47.48 ALZSZZ,ALL.43 SGZVE图 16 浇筑过程命令流节选 形成完整的计算命令流参照 1.8 文件中的准备文件的格式首先，将excel里将每个浇筑块的出生温度整理(图17)4 *DIMfAf r 53A (1) = z . L7 A (2) = = . 58 A(3) = z .29 A(4)= L3.710 A(5)= 9.211 A(6)= L3.212 A(7)= L3.613 A(8) = LL14 A(9)= L3.515 A(13)= LL.3A(ll)= LL.617 A(12) = LL. z18 A(13) = LL.613 A(14)= L220 A(15)= L221 A(16)=.2 r j ji &ji jn, n图 17 每个浇筑块的出生温度挑出对流边界的节点组元nsurface （如图18），挑出基岩底面组元A50表面组元AAIR图 18 NSURFACE 节点组元生成 2 期冷却分批文件，将2 期冷却分为三组，分别代表第一，二，三次冷却 每组中冷却开始时间相同的一组单元为一批，准备文件格式见文件夹附件2.0 并且根据生成的批次的时间，将二冷宏命令写入命令流中比如（图 19）表示在第 294 计算步时加入第一次2 冷中开始第二批的冷却71571 ANTYPE,TRANS,717 TZMEr 2 9718 ALL3ZL.TALL713720721 JSLQterr.pf 2722图 19 加入 2 冷的宏命令 在相应的水位上升的时间时，应当加入水位上升和下降的命令流水位上升的边界命令如图20,其表示将此节点上对流边界删掉，增加以xushui4为命名 的水温函数，同理水位下降的过程与其相反791792Girts 已二 #3$ 国 ncde793CMSZZ,3,ZDAM794CMSZZ,a,ZBASZ79S3fdele,XSL,ccnv79797CMSZZ,SfXSL,node798Dfall,TEMP,XUSUZ4799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）? N M本前J1-4 pi 3笔常的的 元Al次次次 主元的的各各各单元元 套主主二二二NDNA次次次 成：第选选二三 灵第第分一 可馬成成成成成WW成成密您 诗個-住住住住唾住住住腿择12 3 4 5 6 处 7890123 选 右 1111请径谨错 _ AXXV 一厶TT叩力为为；謬度 ,i巩臥剖 值兀点遶 提王节坝#i 占心占心面大22坝 节卄醫一一一-7E1-7E1-7E1-; 备备备 画 敝議議工乘动 变图图XE- 应1*1*酣云图 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日 General Postproc Data & File Opts E Results Summary 田 Read Results 田 Plot Results 田 List Results 田 Query Results H Options for Outp H Results Viewer 圍 Write PGR File 田 Nodal Calcs Element Table 田 Path Operations 田 Surface Operations 田 Load Case 0 Check Elem Shape 園 Write Results 田 ROM Operations 日 Submodeling：ntepolate DO園 Interp Body Fore图 23 寻找坐标点的母单元SUBMODELING CUT BOUNDARV DOF INTERPOLATION：NODE INPUT FILE= .point.datCONSTRAINT OUTPUT FILE = xw2_mesh.cbdo BEGINNING CONSTRAINT GROUP LABEL = :CB1NUMBER OF SUBMODEL NODES =2SUBMODEL NODE1 MAPPED ONTO ELEMENT 55177 SOLID70SUBMODEL NODE2 MAPPED ONTO ELEMENT 167933 SOLID70NUMBER OF CONSTRAINTS WRITTEN =2图 24 寻找到的母单元2.根 据母 单元和单元信息 找出 局部坐标如下图 25 所示，由 inf.in 和 interpolation.exe 生成 control.dat,然后修改picknode.dat 文件并读入到 ansys,最后 在运行add程序进行插值名称22-15picknode.dat 巨ADD.exe 色 CONTROL.DAT 色 1NF.IN H INTERPOLATION.图 25 由局部坐标系进行插值生成等值线图，可以利用ansys后处理中的云图切片显示，也可以利用PPT程序中提值节点 程序把结果提取出来，导入到surfer中做等值线图均是可以的。利用PPT如图26所示程序提取等值线图中节点温度值和坐标时，需要先建立对应的组元（组 元名PN+高程，JN+坝段）如图27所示童1I1T仃 准一二三.第第 需n数息亠咼亠咼文件为TIME_PN-DAT,该文件的格式为:童1I1I仃 准一二三 第第需的数握文件为TIME_JN.DAT,该文件的格式为: :战面日漫!；:剖面才是值时刻；图 26 等值线节点文件提取格式-/PCSTL_Jr OGDNT !载麻节点数岂IDIM f TNUML f ARRAY f NO CUNT :走文数殂乘存放节洁号码i GZT.TNUML (1 rNGDEf .NUMJ4ZN !存最小节皮号码:frDOr Zf 2.NCGUNT:TNUML (Z) =NDNEXT (TNUML (1-1) )!用该循环把号码存入数组i frENDDO)fcCFGPENTEMF_L303_23fDATf- 知 f2L-fcDOrMr L.NCGUNTJ KK=TNUML (M)LGZT.NTEMF.NCDE.KK,TZMPifcVWRITZrKKfNX(KK)rNY(KK)fNZ(KK)rNTEMP:(F . 3,3Xf F9.3r 3Xf F9.3f 3Xf F9.3f 3Xf F6.3)-frENDDOi CFCLOSE图 27 提取平层命令流截图利用surfer做等值线图时，需准备边框文件，边框文件是一组闭合的节点坐标文件，格式 见附件2.4 文件夹所示，然后根据提取的等值线节点文件和边框文件，利用二次开发的脚本 进行编辑生成等值线图(图28)所示