基于ANSYS的加固肋选型软件开发

基于ANSYS的加固肋选型软件开发

高丰顺高文英李德龙

（国核电力规划设计研究院北京100095）

摘要：在火力发电厂烟风道的设计工作中，合理设置加固肋是保证烟风道安全运行、降低工程造价的有效手段。本文介绍了一种基于MATLAB和ANSYS软件开发而成的烟风道加固肋选型软件。该软件具有友好的用户界面，能够采用有限元方法进行烟风道及加固肋在各种复杂工程下的受力分析。经实际工程验证，使用该软件进行加固肋选型是安全可靠的。

关键词：烟风道；加固肋；ANSYS；有限元分析

1引言

在火力发电工程烟风煤粉管道的设计工作中，合理选用加固肋的设置方式及型号，对保证烟风道及其异形件具有足够的强度、刚度和整体稳定性，避免产生剧烈振动，控制整体造价有着及其重要的作用。

目前国内工程矩形烟风道加固肋计算与选型，一般是基于《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》（DL/T5121-2000）及《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》配套设计计算方法[1]。规程并未提供多种荷载同时作用于烟风道及地震荷载作用时的复杂受力状况的计算方法，也没有给出圆形烟风道加固肋的设计计算方法。

为了更加精确合理的完成烟风道加固肋的计算与选型，本文依托MATLAB数值仿真软件和ANSYS有限元分析软件开发了一套高效率、多功能的加固肋选型软件，可用于大尺寸矩形/圆形烟风道的加固肋设计。

2软件开发策略

本文所述的加固肋选型软件基于MATLAB平台和ANSYS软件开发。MATLAB具有高质量的图形可视化与界面设计（GUI设计）功能，且与多种程序间留有接口，可以互相交换数据。ANSYS作为使用时间最长、范围最广、功能最多的有限元分析软件，基本可以应用于任何力学问题的数值仿真。在电力行业中，已有很多工程采用ANSYS软件进行烟风道加固肋的计算[2]。

如图1所示，使用MATLABGUI开发功能编制软件主界面，在软件主界面中可以进行各项参数的选择与编辑，通过主界面输入的参数存储于MATLAB数据库中，并根据用户设定的计算选项存入不同的ANSYS命令流文件，用户在主界面完成计算输入后，即可自动通过MATLAB调用ANSYS完成有限元分析。

3数值仿真模型

3.1有限元模型的建立

选用ANSYS中的shell63壳单元模拟道体，选用beam188梁单元模拟加固肋及内撑杆。通过APDL语言定义参数化的材料特性、截面参数等输入条件，根据用户在软件主界面中的相关定义自动完成有限元模型建立并划分网格。圆形烟风道有限元模型如图2所示。

3.2载荷及边界条件

烟风道设计载荷考虑内部压力、自重、保温重、风荷载、积灰荷载和地震荷载的组合作用，可由用户在主界面中选择作用于烟风道的载荷工况，并定义载荷大小，软件通过MATLAB自动将载荷信息写入ANSYS命令流文件，用于有限元分析。

4软件功能展示

4.1烟风道加固肋选型软件主界面

本软件基于MATLAB语言开发，在使用前要求用户预先安装MATLAB和ANSYS软件。软件内核已经集成为EXE执行程序，双击即可打开软件主界面，用户可在此界面内选择矩形烟风道加固肋选型模块或圆形加固肋选型模块。

4.2加固肋选型模块

圆形加固肋选型模块主界面如图3所示。此界面共分为“计算输入数据”、“加固肋选型”和“载荷信息”三个部分。“计算输入数据”中可定义烟风道直径及壁厚、加固肋间距、设计压力、设计温度及道体材质等参数。软件可以根据设计温度和材质，自动计算出设计温度下的弹性模量、许用应力等材料特性。

在火电工程中，加固肋一般选用槽钢或角钢，内撑杆一般使用圆管。“加固肋选型”部分主要用于定义是否需要设置纵向加固肋及内撑杆，如需设置，可在此处定义加固肋使用的型钢类型、型号及材质。

“荷载信息”部分用于定义作用于烟风道的各种荷载。烟风道自重由程序根据道体和加固肋的体积及密度自动计算，内压采用设计压力，用户可以定义保温密度及厚度，用于计算保温荷载，还可以定义积灰密度和积灰高度，用于计算积灰荷载，风荷载及雪荷载分别以风压、雪压的形式输入。用户还可以选择是否需要考虑地震荷载，如需计入地震荷载的影响，则可在此处定义地震影响系数。荷载定义完毕后，即可点击“开始计算”按钮，软件自动调用ANSYS完成有限元建模及分析。

5计算结果分析

本软件通过ANSYS完成烟风道有限元分析后，可以使用ANSYS后处理模块，查看烟风道及加固肋的变形图及应力/位移云图，并能够输出每个单元的应力和位移。加固肋的选型是否合格，主要通过两点来评判：1.烟风道及加固肋的最大应力是否超出材料在设计温度下的许用应力；2.烟风道的变形是否过大，其挠度是否超过设计规范中要求的允许值。

6结语

本文系统论述了一种烟风道加固肋选型软件的开发思路和功能，该软件基于MATLAB平台开发，允许用户在主界面内完成烟风道截面尺寸、加固肋间距及型号、荷载信息等计算输入数据的编辑，软件自动调用ANSYS完成有限元模型的建立和分析。此软件已用于多个工程的烟风道加固肋选型，经实践验证，使用该软件进行的加固肋选型安全可靠且经济合理。

参考文献：

[1]冯道显.地震荷载对烟风道加固肋选型的影响[J].电力勘测设计，2013，（4）．

[2]郭娟丽.ANSYS在电厂烟风道设计中的应用[J].电力勘测设计，2015，（8）．