[发明专利]用于有限元模拟的蒸汽荷载加载方法、系统、设备及介质

说明书

本发明公开了用于有限元模拟的蒸汽荷载加载方法、系统、设备及介质，包括确定混凝土模型中每个单元中心点的温度分布信息，计算混凝土模型中每个单元的蒸汽压力分布信息；将蒸汽压力分布信息转换为对应单元的三向主应力，并写入空白结果文件，得到蒸汽压力应力场结果文件，导入混凝土模型中，得到静力平衡分析结果；提取混凝土模型中各个单元的节点力结果；建立混凝土模型的节点集合，将节点力结果作为荷载对应施加至混凝土模型的每个节点；本发明通过对混凝土模型的温度场，经蒸汽压力场转换为等效节点力场，实现对蒸汽压力场等效荷载的施加，精度高，能够极大程度上还原蒸汽压力的实际数值；施加过程独立，无需修改几何模型，模拟效果较好。

技术领域

本发明属于仿真模拟技术领域，特别涉及一种用于有限元模拟的蒸汽荷载加载方法、系统、设备及介质。

背景技术

有限元数值模拟方法是土木工程领域各类结构应力应变预测的主要方法，以及为结构设计、施工过程提供技术参考的重要手段；在有限元数值建模过程中，荷载的准确取值与施加是模拟准确与否的关键一环；有限元数值建模中存在各种类型的荷载，例如重力、惯性力、渗流力及磁场荷载等体力，风荷载及均布荷载等表面力；上述荷载形式简单，施加方式明确，绝大多数有限元软件均直接提供其施加方式。

但一些间接荷载无法直接在有限元程序中施加，例如混凝土蓄热元件中水分气化导致的蒸汽压力；混凝土蓄热元件由于其成本低、易成型、力学性能好及热胀系数与钢材相当等优点而被广泛用于各类储热系统中，元件通过导热油、熔融盐等作为传热介质，混凝土作为储热介质。混凝土浇筑过程中存在大量水分，且需要较长时间才能蒸发完毕，在混凝土蓄热元件使用时其中的水分在高温作用下快速气化，产生的蒸汽压力有可能造成混凝土炸裂事故，因而对其升热过程产生的蒸汽压力导致的混凝土内力分布进行数值模拟预测很有必要；但由于蒸汽压力荷载难以直接施加，对其进行的模拟多仅在内部管道内壁施加容器压力，无法准确模拟蒸汽压力对混凝土的影响。

现有技术中常常通过在原有模型上增加孔隙，在孔隙中施加压力；其缺点为需要改变原有模型的几何构造，同时由于增加的孔隙往往较小，增加了模型网格划分的难度、质量以及网格的总数量，导致计算代价极大的增加，无法适用于较大模型；且实现的效果不好，难以准确还原蒸汽压力的实际效果。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种用于有限元模拟的蒸汽荷载加载方法、系统及设备，以解决现有的混凝土蒸汽压力荷载模拟过程，需改变原有模型的几何构造，计算难度较低，模拟结果较差的技术问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明提供了一种用于有限元模拟的蒸汽荷载加载方法，包括以下步骤：

获取混凝土模型的温度分布，确定混凝土模型中每个单元中心点的温度分布信息；

计算混凝土模型中每个单元的蒸汽压力分布信息；

构建空白结果文件，将混凝土模型中每个单元的蒸汽压力分布信息转换为对应单元的三向主应力，并写入空白结果文件，得到蒸汽压力应力场结果文件；

将蒸汽压力应力场结果文件，导入混凝土模型中，运行静力平衡分析，得到静力平衡分析结果；

根据静力分析结果，提取混凝土模型中各个单元的节点力结果；

建立混凝土模型的节点集合，将节点力结果作为荷载对应施加至混凝土模型的每个节点；至此蒸汽荷载加载完成。

进一步的，获取混凝土模型的温度分布时，采用对混凝土模型的瞬态热传递分析，得到混凝土模型的温度分布。

进一步的，计算混凝土模型中每个单元的蒸汽压力分布信息过程：

根据混凝土模型中每个单元中心点的温度分布信息，利用温度-蒸汽压力经验公式，计算得到混凝土模型中每个单元的蒸汽压力分布信息。