[发明专利]预应力罐体结构有限元模型网格划分方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种新型的预应力罐体结构有限元模型网格划分方法，属于有限元仿真分析领域。 

背景技术：

随着有限元理论和计算机硬件的发展，计算机辅助工程（CAE）技术和软件越来越成熟，已经逐渐成为工程技术人员从事产品开发、科学研究的得力助手和有效工具，与此同时，实际工程有限元模型越来越复杂。划分网格是建立有限元模型的一个重要环节，它要求考虑的问题较多，需要的工作量较大，所划分的网格形式对计算精度和计算规模将产生直接影响。网格数量的多少将影响计算结果的精度和计算规模的大小。一般来讲，网格数量增加，计算精度会有所提高，但同时计算规模和计算成本也会增加。 

发明内容：

为了提高预应力罐体结构的计算精度，降低计算规模和计算成本，本发明提出一种新型的有限元模型网格划分方法，本方法有效解决了预应力罐体结构网格划分数量和计算经济性之间的平衡，可以广泛应用到具有预应力罐体结构的LNG储罐和核电安全壳项目中。 

预应力罐体结构包括预应力筋和钢筋混凝土；有限元模型中，预应力筋采用线单元进行划分，钢筋混凝土采用六面体单元进行划分。网格划分包括：径向网格划分、环向网格划分和竖向网格划分；其中，径向网格划分是指沿罐体径向按罐体壁厚的0.25—0.5倍为间距选取格点，经研究分析，由于预应力罐体结构一般布置多层钢筋网片，且内部设有环向和竖向预应力筋，预应力筋一般布置在中心处，预应力筋张拉时会对周围混凝土结构产生预压应力，这个影响范围在0.25h范围内，因此选取0.25倍间距时既与结构布置相一致，又能更好的分析截面范围内各个区域的受力性能，并使计算效率最优。 

环向网格划分是指按竖向预应力筋间距的0.25—1倍为间距选取格点，由于此类结构在竖向预应力筋间会出现较多温度应力，0.5倍竖向预应力处温度应力较大，为了分析结果的准确性，选取0.5倍竖向预应力筋间距为最优。 

竖向网格划分是指，按环向预应力筋间距的1—2倍为间距选取格点。竖向网格划分对有限元分析结果的影响最小，为了计算的经济性，可以适当加大网格间距，但由于计算的精度和洞口原因，间距也不可过大，经过模拟验证环向选取1倍间距时，计算结果精度好，计算速度较快，且能够有效的分析结构洞口细部情况。 

进一步其中，（1）径向网格划分是指沿罐体径向按罐体壁厚的0.25倍为间距选取格点，（2）环向网格划分是指按（4）竖向预应力筋间距的0.5倍为间距选取格点，（3）竖向网格划分是指，按环向预应力筋间距的1倍为间距选取格点。 

当遇到结构洞口时，在洞口周围网格尺寸缩小1-2倍，网格尺寸缩小范围是洞口尺寸扩大一个墙厚尺寸。 

采用本网格划分方法能够节省建立有限元模型的时间，可以进行分块话建模，使模型构成简单，修改方便，容易控制单元数量，缩小了计算规模。 

附图说明：

图1结构平面图 

图2为图1结构的立面图 

图3为图1中选取的A-A局部有限元模型网格划分示意图 

图4最后网格划分结果图 

图中：1径向网格划分，2是环向网格划分，3是竖向网格划分，4是竖向预应力筋 

具体实施方式：

实施例1 

某LNG储罐，立面如图1所示，混凝土强度等级为C50；外罐直径：83.6m，内罐直径：82m；罐壁厚：0.8m；筒身墙顶标高：39.689；预应力钢筋采用19束T15.7（截面150mm²）低松弛钢绞线，竖向预应力筋间距为4°弧长，。 

有限元模型中，预应力筋采用Link8单元进行模拟，钢筋混凝土单元选取Solid65六面体单元进行模拟。径向网格划分按照罐体壁厚的0.25选取格点，格点间距为200mm。 

环向网格划分按竖向预应力筋间距的0.5倍选取格点，为2°弧长。 

竖向网格划分按环向预应力筋间距的1倍间距选取格点。在洞口周围网格尺寸缩小1倍，网格尺寸缩小范围是洞口尺寸扩大一个墙厚800mm。 

采用各种网格划分尺寸后有限元模型的计算精度和计算时长的对比分析见下表，由表中结果可知：径向网格格点间距采用0.25h比采用0.5h，精度提高23.1%，用时增加11%；环向网格格点间距采用0.5L比采用1L，精度提高17%，用时增加10.4%，采用0.25L比采用0.5L，精度提高2%，用时增加16%；竖向网格格点间距选用1H比选用2H，计算精度提高15%，计算量增加11%。