[发明专利]一种基于CATIA与ANSYS的平底对称Y型钢岔管的设计方法

说明书

本发明公开了一种基于CATIA与ANSYS的平底对称Y型钢岔管的设计方法，所述方法为在CATIA中建立岔管的二维草图，将控制岔管体型特征的变量参数化，将反映岔管体型是否合理的数据作为参考约束，建立岔管三维模型的标准模板；调整标准模板中的参数，CATIA自动更新生成岔管的三维模型；AUTOCAD导入岔管的三维模型，并将三维模型输出为iges格式，在ANSYS中读取iges格式文件，生成岔管三维模型，通过调整管壁厚度与肋板截面，将应力控制在要求之内，完成计算分析；在CATIA中对空间岔管分片进行展开，得到各个分片岔管平面图，并绘制成施工详图。这种基于CATIA与ANSYS的信息化的设计方法可快速对钢岔管进行建模、计算分析及精确绘制施工图，显著提高效率。

技术领域

本发明涉及水利水电工程的计算机辅助设计技术领域，特别是一种基于CATIA与ANSYS的平底对称Y型钢岔管的设计方法。

背景技术

月牙肋岔管是由三梁式岔管不断演变、改进而来的一种岔管型式，因其结构受力好，管内水流平顺，水头损失小等优点，是目前国内外水利水电工程中应用较多的一种岔管型式。月牙肋岔管的主管与支管的轴线布置在同一高程上(岔管中部上下鼓包)，由于主管半径大于支管半径，钢管检修时，导致管内不能自流排水，多数是采用水泵抽水或在钢岔管上开孔并接专用排水系统的措施排水，给设计、施工与检修等带来了不便，当岔管的规模较大时，主管与支管半径差值增加，岔管最低点与支管的最低点存在较大的高差，淤积物更多，排水设施更易堵塞。针对该问题，国内学者与工程技术人员对月牙肋岔管进行了改进，其中一种平底钢岔管(如图2-4所示，底部是平的，只向上面鼓包)能通过管内水体的自由流动，有效的解决排水问题，但该岔管的形式新颖，国内外没有相关的设计手册对其进行计算分析，同时其空间型式复杂，绘制施工图比较繁琐。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，而提供一种基于CATIA与ANSYS的平底对称Y型钢岔管的设计方法，利用CATIA软件的参数化建模、三维可视化及与有限元软件ANSYS良好的接口，利用ANSYS计算能力强等特性，提高水利工程的设计效率。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

根据本发明提出的一种基于CATIA与ANSYS的平底对称Y型钢岔管的设计方法，所述平底对称Y型钢岔管由主管(1)、主锥(2)、左支锥(3)、左支管过渡管(4)、左支管(5)、右支锥(6)、右支管过渡管(7)、右支管(8)及月牙肋(9)组成，主管内接球、支管过渡管内接球及支管内接球底部共面，平底岔管沿月牙肋(9)所在平面左右对称，平底岔管上下不对称，所述月牙肋(9)为非对称结构，所述设计方法包括以下步骤：

步骤一、在CATIA中建立两个坐标系，两坐标系共原点，XY平面之间的夹角为β，分别在两坐标系的XY平面建立主岔与支岔的二维草图，坐标原点定位在公切球的中心点，将控制岔管体型特征的变量作为参数，将反映岔管体型是否合理的数据作为参考约束，母线与旋转轴定义为输出特征，在CATIA的“线框与曲面设计”模块中通过母线绕旋转轴旋转生成空间曲面圆锥台，利用“创成式外形设计”模块通过相交、切割与对称命令，建立岔管三维模型的标准模板；

步骤二、调整所述标准模板中的参数，将参考约束控制在合理范围之内，CATIA自动更新生成CATPart格式的岔管的三维模型；

步骤三、通过AUTOCAD“输入”命令导入CATPart格式的岔管的三维模型，并将三维模型输出为iges格式的文件，在导入过程中对AUTOCAD与CATIA的单位进行统一，在ANSYS中读取iges格式的文件，生成岔管三维模型，根据锅炉公式计算出岔管管壁初始厚度，设置材料属性、划分网格，岔管与肋板均采用壳单元，施加约束等后进行求解，通过调整管壁厚度与肋板截面，将应力控制在要求之内，完成计算分析；

步骤四、在CATIA中对空间岔管分片进行展开，得到各个分片岔管平面图，并绘制成施工详图。