基于ABAQUS的圆形烟风管道有限元建模及计算软件二次开发

摘要

火力发电厂的烟风管道会受到风载、雪载、积灰、内压、甚至地震载荷的作用。如果管道系统设计不合理，在这些荷载的作用下，可能诱发安全事故，给国民经济造成重大损失。为了确保电厂的安全运行，防止事故的发生，在设计阶段需对管道系统在上述各种载荷作用下应力和变形，以及系统的动力特性等进行计算分析。有限元方法已成为研究这类问题的重要方法和手段。
　　在有限元分析的各阶段中，通常建模和前处理占40％－45％的时间，后处理占50％－55％，计算仅占5％左右。为了提高建模和计算分析效率，在火力发电厂烟风管道系统设计中采用参数化有限元建模，计算分析相关力学问题具有重要的实用价值。
　　本论文介绍了ABAQUS有限元软件的二次开发功能、面向对象的Python语言和利用 Python语言在 ABAQUS中实现参数化有限元方法的原理和步骤。给出了烟风管道系统中直管道、各种异型管道、支吊架、加固肋、内撑杆和各种补偿器等主要构件的模型简化、参数化描述以及有限元建模方法。采用参数化方法实现构件快速几何建模、系统组集、载荷计算和施加、构件之间连接关系的定义等。基于 ABAQUS/CAE平台完成了火力发电厂烟风管道系统的有限元建模和计算分析软件的二次开发，能够对管道系统进行快速建模、完成各种载荷作用下的变形和应力分析、模态分析、在内压下的稳定性分析、地震反应谱分析和地震加速度时程分析等，并能根据设计要求快速输出计算分析结果。
　　将二次开发软件应用于某火力发电厂引风机后烟道的有限元分析，计算了该管道在各种载荷作用下的变形和应力，结构的模态和固有频率，地震反应谱响应等。实际应用表明，利用二次开发的软件，可以快速地建立火力发电厂烟风管道系统的有限元模型，并完成相关力学问题的计算分析。该软件在火力发电厂烟风管道的设计计算中具有重要的实用价值。

目录

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1 绪 论

1.1烟风管道有限元建模及计算软件开发的迫切性

1.2参数化有限元的实现方法

1.3烟风管道设计计算研究现状

1.4基于Python的ABAQUS二次开发研究现状

1.5本论文的研究目的和内容

2 ABAQUS中的参数化有限元法及其实现

2.1 参数化方法及其分类

2.2 ABAQUS软件的二次开发功能

2.3 Python语言与ABAQUS

2.4 参数化有限元在ABAQUS中的实现

2.5 本章小结

3圆形烟风管道有限元模拟方法

3.1 圆形烟风管道系统的组成

3.2组件间连接关系有限元模拟

3.3荷载处理方法

3.4 本章小结

4抗震分析方法

4.1地震反应谱分析方法

4.2地震加速度时程响应分析方法

5 有限元建模及计算软件二次开发

5.1 圆形烟风管道建模方法

5.2软件二次开发

5.3 本章小结

6 软件应用实例

6.1引风机出口后烟道几何模型

6.2模态分析与反应谱分析

6.3静力分析

6.4本章小结

7 总结和结论

致谢

参考文献

附录