APDL語言在液體動水壓力力學分析中的應用

孫榮國 于佳 孫燕燕

摘要：利用APDL語言對脫硫塔結構漿液段的液體動水壓力進行力學分析。定義脫硫塔漿液段結構模型的材料特性定義、幾何模型建立、單元網格劃分、動水壓力載荷的加載和邊界約束條件的施加、執行求解命令和后處理計算結果讀取等一系列指令，極大地提高了效率，降低了分析成本。

關鍵詞：APDL語言;脫硫塔結構;動水壓力;力學分析

中圖分類號：TP312 ? ?文獻標識碼：A ? ?文章編號：1674-1161（2020）01-0028-03

APDL是一種集成的參數化設計語言，全稱為ANSYS Parametric Design Language。APDL語言在通用性強的任務里編程建立仿真模型，為優化設計和計算結果提供了極大便利，且易于存儲，適用于不同版本的ANSYS軟件。有限元軟件分析的一般過程為：定義模型、劃分網格施加載荷與約束、求解、解釋結果及優化設計（如圖1所示）。當求解結果需要優化設計時，即可通過APDL語言修改模型的幾何結構或載荷狀態等。APDL語言尤其適合模型復雜或修改較多的情況。APDL可設定為根據特定的函數公式、變量及給定的標準以建立智能分析的手段，為設計者完成上述循環的過程，實現迭代功能。其輸入可以是復雜的數據輸入，滿足用戶對設計或分析屬性、類別的控制，擴展了有限元分析功能，擴充了包括指標靈敏度的研究、模型參數化建模、設計整理修改及設計迭代優化的更高級運算。本課題利用APDL語言對脫硫塔結構漿液段的液體動水壓力進行力學分析。

1 結構力學分析

1.1 結構設計部分

利用APDL程序設計語言將相關命令整理、組織起來，編制參數化的設計程序方案，進而完成有限元分析的整個過程，即建立參數化的CAD仿真模型、網格劃分與控制原則、材料屬性定義、載荷施加和約束邊界條件的定義、分析控制和求解運算以及后處理結果等。

APDL語言包括：

殼單元類型et，1，shell181;

材料屬性mp，ex，1，200e3、mp，prxy，1，0.3、mp，dens，1，9.83E-09;

殼單元截面信息（厚度22 mm）：sect，1，shell，，CJ_D

secdata，22，1，0.0，3

secoffset，MID

seccontrol，，，， ， ， ，

塔體半徑：*SET，r，11600/2

液壓強度：*SET，p，1240e-12

節點信息：k，1，0，0，0 k，2，0，0，10000

塔體建立：l，1，2 ?circle，1，r， ， ，360，40

……

有限元幾何模型如圖2所示;有限元模型網格劃分及約束如圖3所示。

1.2 動水壓力加載與求解

動水壓力在水文地質學中稱為滲透力;在土建工程中定義為消防給水系統管網內水在流動時管道某一點的總壓力與速度壓力之差（簡稱動壓）。在眾多的水工建筑物、土石壩及基坑作業的工程中，滲透力的大小直接影響工程安全。因此，在進行工程設計全過程與具體施工時，應足夠重視其對地基結構穩定性帶來的重大影響。

動水壓力計算公式為：

Gd=I·Rw

式中：Gd為動水壓力;I為水力坡度（等于水位差除以滲流路線的長度）;Rw為水的容重，kN/m3。

根據公式及脫硫塔體相關參數，加載動水壓力載荷。

1） 載荷的APDL語言流文件為：

SFGRAD，PRES， ，Z，7000，-9810*p，

SFA，ALL，1，PRES，

SFTRAN

allsel，all

加載結果如圖4所示。

2） 求解的APDL語言：

/SOL ?SOLVE

計算結果如圖5所示。

2 結語

將基于ANSYS的APDL語言應用于脫硫塔結構漿液段動水壓力研究中，建立脫硫塔桶裝結構CAD模型，施加載荷與約束，能迅速準確地計算出給定載荷下的結果，完成計算過程。利用其參數化的設計特點，在整個分析過程中修改其中的特定參數（如材料特性、塔壁厚度指標等），達到反復分析的多種設計方案，極大地提高了分析效率和真實性，減少了過程分析時間。同時，以APDL為基礎，設計者可以開發出脫硫塔工程專用有限元分析程序，編寫保存常用的功能性小程序，并保存成宏文件以備隨時調用。另外，APDL也是脫硫塔漿液段ANSYS設計優化的基礎，通過創建壁厚、載荷、材料、約束等的參數化分析流程，對其執行優化改進，達到最優化設計。

參考文獻

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[4] 劉躍昆，陳艷艷，張俊海.基于APDL語言的門式起重機結構參數化建模探析[J].黃河水利職業技術學院學報，2019，31（1）：42-45.

Abstract： The hydrodynamic pressure of the slurry section of the desulfurization tower was analyzed by APDL language. A series of instructions， such as material characteristic definition， geometric model establishment， cell grid division， dynamic water pressure loading and boundary constraint condition application， solving command execution and post-processing calculation result reading， have been defined for the slurry section structure model of desulfurization tower， which has greatly improved the efficiency and reduced the analysis cost.

Key words： APDL language; desulfurization tower structure; hydrodynamic pressure; mechanical analysis