一种基于ABAQUS的火电厂钢结构原煤斗设计方法与流程

本发明涉及电力工程，尤其涉及一种基于abaqus的火电厂钢结构原煤斗设计方法。

背景技术：

1、火电厂钢结构原煤斗是锅炉给煤储运系统中的关键设备，主要用于承接来自煤仓的原煤并将其输送至下游给煤设备，其结构通常由上部筒段、中部过渡段及下部锥斗段焊接组成，属于典型的承受重载和强摩擦的特种钢结构。原煤斗内壁需承受原煤储料产生的法向压力和切向摩擦力，这两种荷载随煤料深度呈非线性变化，其结构设计的合理性与输煤系统的可靠性和发电生产的稳定性直接相关。

2、当前，随着火电厂机组容量的增大和煤斗结构形式的多样化，越来越多的工程设计采用有限元软件进行原煤斗的结构分析。以abaqus、ansys、midas等通用有限元软件为例，设计人员通常需要根据设计资料在软件中建立煤斗的三维壳体模型，定义材料属性和截面参数，划分网格并施加边界条件。荷载方面，设计人员需依据相关设计规范计算煤料对筒壁的法向压力和切向摩擦力，再将这些荷载以面荷载或节点荷载的形式逐一施加到模型相应位置。完成上述前处理工作后，提交计算分析，根据应力和位移计算结果对壁厚、加劲肋布置等参数进行调整，反复迭代直至满足规范要求。

3、然而，上述基于通用有限元软件的设计流程在实际工程应用中仍面临一些困难。一方面，为满足下料顺畅、容积适配及空间布置等工艺要求，原煤斗的结构形式日趋复杂，出现了变曲率弧形筒壁、多孔异形漏斗以及非对称过渡段等几何构造。在有限元前处理阶段，这类复杂曲面模型的建立需要设计人员完成大量空间节点定位工作，建模周期较长。另一方面，原煤斗内壁承受的法向压力和切向摩擦力随煤料深度呈非线性变化，且在不同倾角的筒壁区段其分布规律也有所不同。目前工程中普遍采用手动计算分区压力值、再逐一在模型各区域施加荷载的方式，对于几何形状不规则或需同时考虑多种煤种、多工况组合的情况，操作较为繁琐且容易引入人为偏差。此外，针对不同煤种、不同容积、不同几何形态的原煤斗，现有设计流程中模型建立和荷载施加等环节的重复性劳动较多，尚未形成系统性的参数化处理手段。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明实施例的目的是融合基于abaqus的高效建模方案和非线性荷载模块开发程序两大部分，提供了一种基于abaqus的火电厂钢结构原煤斗设计方法，提高复杂原煤斗结构的建模效率和荷载施加精度，并形成标准化的设计流程。

2、为了实现上述目的，本发明实施例提供了如下技术方案：

3、本发明的实施例提供了一种基于abaqus的火电厂钢结构原煤斗设计方法，包括以下步骤：

4、建立原煤斗结构模型的材料和构件截面数据库；

5、利用基准平面和线、壳生成算法建立三维壳体模型；

6、创建支座和加劲肋的设置位置；

7、完成除加载非线性荷载之外的建模步骤，生成inp模型文件；

8、启用非线性荷载模块开发程序，更新inp模型文件；

9、执行分析步并获取结果；

10、判断计算结果，当结果满足设计要求时，输出计算结果并形成完整计算书；

11、当结果不满足设计要求时，重复执行前述步骤进行结构设计迭代，直至计算结果满足设计要求，再输出计算结果并形成完整计算书。

12、作为进一步的技术方案，建立原煤斗结构模型的材料和构件截面数据库包括：定义材料属性和构件截面类型，所述材料为q235b、q355b钢材，所述构件截面类型包括角钢、槽钢、t型钢梁以及由矩形钢板焊接的组合加劲肋。

13、作为进一步的技术方案，利用基准平面和线、壳生成算法建立三维壳体模型包括：依据设计资料在关键标高处建立基准平面，在平面内创建对应的筒壁轮廓线，利用壳生成算法由筒壁轮廓线创建三维壳体模型；所述壳生成算法包括拉伸、旋转、扫掠、平面和放样。

14、作为进一步的技术方案，放样是通过定义上下筒壁轮廓线和引导路径生成曲面。

15、作为进一步的技术方案，创建支座和加劲肋的设置位置是通过利用基准平面对壳体模型进行切分实现。

16、作为进一步的技术方案，完成除加载非线性荷载之外的建模步骤包括：赋予单元材料、截面属性，划分网格，创建分析步，定义约束以及施加线性荷载；所述线性荷载包括结构顶部和底部边缘处的环向均布荷载。

17、作为进一步的技术方案，启用非线性荷载模块开发程序更新inp模型文件包括：

18、获取输入参数并验证准确性；

19、读取inp模型文件，生成单元集合的单元矩阵和节点矩阵；

20、判断单元倾斜类型，当单元类型为倾斜时，计算每个倾斜单元受到的法向应力、切向应力和向量；当单元类型为竖直时，计算每个竖直单元受到的法向应力；

21、将计算结果插入固定字符串，生成非线性荷载施加的inp语句；

22、复制inp模型文件，将生成的inp语句插入复制文档并保存，完成inp模型文件的更新。

23、作为进一步的技术方案，判断单元倾斜类型后，计算单元受到的法向应力和切向应力具体包括：计算单元受到的法向应力和切向应力具体包括：根据所计算单元与水平面的夹角、侧压力系数以及所计算截面处的竖向压力计算倾斜单元的法向应力；根据所计算截面处的竖向压力、侧压力系数以及所计算单元与水平面的夹角计算倾斜单元的切向应力；根据竖直筒壁的侧压力系数、煤料的重力密度以及煤料顶面至所计算截面的距离计算竖直单元的法向应力。

24、作为进一步的技术方案，执行分析步并获取结果包括：将更新的inp模型文件导入cae模块，或直接调用abaqus求解器，执行弹塑性分析步，获得结构模型的应力和位移云图；当进行应力计算时，荷载分项系数按照承载能力极限状态取值；当进行变形计算时，荷载分项系数按照正常使用极限状态取值。

25、作为进一步的技术方案，输出计算结果并形成完整计算书包括：将计算模型中的构件信息、荷载信息、约束条件和计算云图结果导入预先编制的计算书模板，形成完整计算书。

26、本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

27、本方法利用基准平面和线、壳生成算法建立三维壳体模型，将复杂的空间节点定位转化为关键标高处的基准平面设计和轮廓线绘制，降低了建模的操作门槛。壳生成算法中的多种形式可覆盖各类复杂几何构造的建模需求。其次，启用非线性荷载模块开发程序更新inp模型文件，该程序能够全面计算筒壁受到的法向应力及切向应力并自动生成荷载施加语句，替代了传统手动计算分区压力值再逐一施加的方式，避免了人为计算和操作中的偏差。最后，通过建立数据库、参数化建模、程序化加载、迭代设计和模板化输出，将整个设计流程串联为可复用的标准化闭环。数据库的建立使得材料和截面可参数化选择和替换，迭代设计步骤中可重复利用前述参数化手段调整设计参数，无需针对每个项目从头开始。上述三个方面的改进相互配合，共同实现了建模效率提高、荷载施加精确和设计流程标准化的效果。

28、本发明附加方面的优点将在下面的描述中给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。