一種大體積混凝土水管冷卻溫度場的模擬方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大體積混凝土水管冷卻溫度場的模擬方法，其特征是，包括以下步驟：步驟一，劃分混凝土結(jié)構(gòu)與地基網(wǎng)格；步驟二，劃分水管網(wǎng)格；步驟三，創(chuàng)建復(fù)合單元；步驟四，定義材料屬性；步驟五，創(chuàng)建水管編號；步驟六，創(chuàng)建冷卻水信息文件；步驟七，計算澆筑時地基溫度場；步驟八，編寫自定義單元子程序計算溫度場：將地基溫度場作為初始溫度場，計算得到各澆筑階段的溫度場。本發(fā)明能夠有效地模擬冷卻水管對大體積混凝土結(jié)構(gòu)的整體冷卻效果，反應(yīng)水管周圍的溫度場梯度變化；劃分網(wǎng)格時不需考慮水管布置，求解混凝土節(jié)點溫度的同時可以得到水管的節(jié)點溫度，計算時不需要添加額外的迭代步來求解水管溫度，具有很高的前處理效率和計算效率。
【專利說明】
-種大體積混凝±水管冷卻溫度場的模擬方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種溫度場模擬方法，具體設(shè)及一種基于ABA卵S的大體積混凝±水管 冷卻溫度場的模擬方法，屬于建筑結(jié)構(gòu)分析技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 溫度應(yīng)力對大體積混凝±早期的安全性有重要影響，是大體積混凝±結(jié)構(gòu)早期裂 縫產(chǎn)生的主要原因之一。在大體積混凝±結(jié)構(gòu)中布置冷卻水管，能夠有效地降低混凝±結(jié) 構(gòu)溫升，從而降低溫度應(yīng)力。工程計算中，一般使用有限元法模擬混凝±結(jié)構(gòu)早期的溫度應(yīng) 力場。但是，應(yīng)用有限元法準確模擬包含冷卻水管的大體積混凝±結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力場是一 項很復(fù)雜的工作，有諸多困難。首先，大體積混凝±結(jié)構(gòu)模型復(fù)雜，一般采用分期誘筑，有數(shù) 十個至數(shù)百個誘筑期;通水冷卻時，每隔一到兩天就要改變通水方向，運成倍增加了分析步 的個數(shù)。此外，在冷卻水管附近，溫度梯度變化劇烈，容易在水管周圍產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，為 保證混凝±結(jié)構(gòu)的安全，有必要對水管周圍的溫度場進行準確的模擬。最后，在有限元前處 理過程中，大體積混凝±結(jié)構(gòu)模型的復(fù)雜，有限元網(wǎng)格劃分工作量大，而在劃分混凝±網(wǎng)格 的同時需要考慮蛇形布置的冷卻水管，運大大增加了前處理工作的工作量與難度。
[0003] 目前模擬含有冷卻水管的大體積混凝±結(jié)構(gòu)溫度場的方法總體上可W分為不考 慮水管周圍溫度梯度的等效算法和考慮水管周圍溫度梯度的精細算法。朱伯芳院±在《大 體積混凝±非金屬水管冷卻的降溫計算K《水利水電技術(shù)》，1997,6:28,朱伯芳）中提出了 冷卻水管的等效算法，將冷卻水管看作熱匯，不考慮水管周圍的溫度梯度變化，推導(dǎo)出了同 時考慮水管冷卻效果和混凝±絕熱溫升的混凝±等效溫升公式。由于該方法求得的溫度場 與實際溫度場在整體上差別不大，同時計算十分簡便，因此得到了廣泛的應(yīng)用。但是由于該 方法未考慮水管周圍的溫度梯度，不能準確計算水管周圍的溫度應(yīng)力。
[0004] 精細算法根據(jù)水管的布置，將水管作為線單元或管狀的實體單元，與混凝±單元 共用節(jié)點，在模擬水管對混凝±整體冷卻效果的同時，能夠準確地模擬水管周圍的溫度變 化，為計算水管周圍的溫度應(yīng)力提供依據(jù)。在運些算法中，水管單元作為實體網(wǎng)格，需要與 混凝±網(wǎng)格共節(jié)點。因此在劃分網(wǎng)格時必須要考慮水管的布置，加大了前處理的工作量。
[0005] 為減少使用精細算法計算冷卻水管溫度場的工作量，陳勝宏等人將復(fù)合單元應(yīng)用 于大體積混凝±的溫度場計算當中，把水管單元看作混凝±單元中的虛單元，在劃分混凝 ±網(wǎng)格時不需要考慮水管的布置，減少了前處理的工作量。計算時，初始水管溫度為假設(shè)水 溫，并且水管溫度和混凝±溫度不能同時求解，因此每一個分析步，都需要迭代來完成溫度 場的求解。運樣不僅成倍增加了計算時長，而且由于增加了額外的迭代計算，一般商用軟件 并沒有提供修改迭代步的接口，因此運種復(fù)合單元法很難在商用有限元軟件中實現(xiàn)，運也 就意味著如果使用復(fù)合單元法求解冷卻水管溫度場，需要耗費大量的時間編寫一整套有限 元程序，因此很難在推廣到工程應(yīng)用中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種大體積混凝±水管冷卻溫 度場的模擬方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)求解過程中前處理耗時多和計算效率低的技術(shù)問題。
[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種大體積混凝±水管冷卻溫度場的模擬方 法，其特征是，包括W下步驟：
[0008] 步驟一，劃分混凝±結(jié)構(gòu)與地基網(wǎng)格:將混凝±與地基實體模型劃分成混凝±單 元和地基單元，單元類型為二次六面體單元，每個單元包含20個節(jié)點和27個積分點，并對節(jié) 點進行編號；
[0009] 步驟二，劃分水管網(wǎng)格:水管被混凝±單元輪廓切分為若干段，每一段記為一個水 管輔助單元，每個單元包含2節(jié)點和2個積分點，并對節(jié)點進行編號，包含水管輔助單元的混 凝±單元記為混凝±輔助單元；
[0010] 步驟=，創(chuàng)建復(fù)合單元:將每對水管輔助單元和混凝±輔助單元創(chuàng)建新的復(fù)合單 元，并對復(fù)合單元的節(jié)點進行編號；
[0011] 步驟四，定義材料屬性:定義混凝±單元、地基單元的材料屬性，水管輔助單元材 料屬性為0，混凝上輔助單元的材料屬性為混凝上屬性；
[0012] 步驟五，創(chuàng)建水管編號:將屬于同一根水管的水管輔助單元創(chuàng)建單元集合，集合名 稱為水管編號；
[0013] 步驟六，創(chuàng)建冷卻水信息文件:將所有誘筑階段的冷卻水信息按誘筑階段劃分來 創(chuàng)建文件；
[0014] 步驟屯，計算誘筑時地基的溫度場:將氣溫作為地基表面的第=類邊界條件，將當 地年平均氣溫作為地基的初始溫度，計算得到誘筑時地基的溫度場；
[0015] 步驟八，創(chuàng)建自定義單元子程序計算各階段的溫度場:將地基溫度場作為初始溫 度場，按照誘筑順序逐層激活混凝±輔助單元、水管輔助單元、混凝±單元和復(fù)合單元，計 算得到各誘筑階段的溫度場。
[0016]進一步的，在所述步驟=中，復(fù)合單元為用戶自定義的單元，包含22個節(jié)點和29個 積分點，其中1~20節(jié)點編號對應(yīng)混凝±輔助單元的節(jié)點，21及22節(jié)點編號對應(yīng)水管輔助單 元的節(jié)點。
[0017] 進一步的，在所述步驟四中，材料屬性包括材料的導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容和密度。
[0018] 進一步的，在所述步驟六中，冷卻水信息包括水管編號、該條信息的起始時間、是 否通水、通水方向是否逆向、水管內(nèi)徑、流速、水管厚度、水管導(dǎo)熱系數(shù)、水管入口水溫。
[0019] 進一步的，在所述步驟八中，自定義單元子程序中復(fù)合單元的雅克比矩陣AMATRX 和殘余向量R服的計算公式為：
[0020]
[0021]
[0022]
[0023]
[0024]
[0025]
[0026]
[0027]
[002引
[0029] 其中，TB為計算時間段末的節(jié)點溫度，調(diào)用自定義單元子程序時作為參數(shù)傳入。JI 為圓周率，d為水管直徑，h為水管的散熱系數(shù)，1為水管長度，0^。為二次六面體單元單元高 斯積分的第i個積分點的權(quán)重，N。為混凝±子單元形函數(shù)，鳴為線性桿單元高斯積分的第i 個積分點的權(quán)重，化0為水管入口在混凝上子單元局部坐標下的形函數(shù)矩陣，化1為水管出口 在混凝±子單元局部坐標下的形函數(shù)矩陣，V為冷卻水流速，Pw為水密度，Cw為水的比熱容， 4為系數(shù)，用于調(diào)整求解瞬態(tài)溫度場收斂準則中水管溫度的容許誤差。
[0030] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達到的有益效果是:本發(fā)明能夠有效地模擬冷卻水管 對大體積混凝±結(jié)構(gòu)的整體冷卻效果，并且可W反應(yīng)水管周圍的溫度場梯度變化;劃分網(wǎng) 格時不需考慮水管布置，求解混凝±節(jié)點溫度的同時可W得到水管的節(jié)點溫度，計算時不 需要添加額外的迭代步來求解水管溫度，具有很高的前處理效率和計算效率。
【附圖說明】
[0031 ]圖1是本發(fā)明復(fù)合單元模型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032] 圖2是本發(fā)明實施例重力巧的幾何模型圖；
[0033] 圖3是本發(fā)明實施例第二層誘筑塊誘筑兩天后溫度場云圖；
[0034] 圖4是本發(fā)明實施例第二層誘筑塊誘筑兩天后水管溫度變化；
[0035] 圖5是本發(fā)明實施例第一年冬天溫度場云圖。
【具體實施方式】
[0036] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。W下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明 的技術(shù)方案，而不能W此來限制本發(fā)明的保護范圍。
[0037] 本發(fā)明提供的一種大體積混凝±水管冷卻溫度場的模擬方法，利用大型非線性有 限元軟件ABA卵S對溫度場進行模擬計算，在S維建模軟件中建立S維的混凝±結(jié)構(gòu)與地基 的實體模型，通過將實體模型劃分為有限元，并定義復(fù)合單元，建立同時求解混凝±節(jié)點溫 度與水管節(jié)點溫度的有限元支配方程，能夠有效地模擬冷卻水管對大體積混凝±結(jié)構(gòu)的整 體冷卻效果;劃分網(wǎng)格時不需要考慮水管布置，同時求解混凝±溫度和水管溫度，不需要增 加額外的迭代步求解水管沿程水溫，減小了計算量，大大地提高了計算效率。
[0038] 如圖1所示，本發(fā)明的一種大體積混凝±水管冷卻溫度場的模擬方法，其特征是， 包括W下步驟：
[0039] 步驟一，劃分混凝±與地基網(wǎng)格:根據(jù)設(shè)計圖建立結(jié)構(gòu)和地基的=維實體模型，將 模型劃分成二次六面體單元，每個二次六面體單元包含20個節(jié)點和27個積分點，并對節(jié)點 進行編號；
[0040]步驟二，劃分水管網(wǎng)格:水管被混凝±單元輪廓切分為若干段，每一段記為一個水 管輔助單元，每個單元包含2個節(jié)點和2個積分點，并對節(jié)點進行編號，包含水管輔助單元的 混凝±單元記為混凝±輔助單元；
[0041 ]步驟=，創(chuàng)建復(fù)合單元:保留輔助單元，將每對水管輔助單元和混凝±輔助單元創(chuàng) 建新的復(fù)合單元，復(fù)合單元的單元類型為用戶自定義單元UEL
[0042] 復(fù)合單元由一個混凝±輔助單元和一個水管輔助單元組成，其單元控制方程反應(yīng) 了水管對混凝±的降溫作用和因水管從混凝±中吸收熱量造成的沿程水溫升高。混凝±輔 助單元包含20個節(jié)點，27個積分點，水管輔助單元包含2個節(jié)點，2個積分點，復(fù)合單元共有 22個節(jié)點和29個積分點，節(jié)點編號時，1~20節(jié)點編號對應(yīng)混凝±輔助單元的節(jié)點，21及22 節(jié)點編號對應(yīng)水管輔助單元的節(jié)點。由于輔助單元與復(fù)合單元公用節(jié)點，在輔助單元上施 加面邊界條件等同于在復(fù)合單元上時間面邊界條件，顯示輔助單元的節(jié)點溫度也就是顯示 復(fù)合單元的節(jié)點溫度。復(fù)合單元在ABA卵S中的單元類型為用戶自定義單元，而ABAQUS中不 支持對用戶自定義單元時間面邊界條件、顯示節(jié)點溫度，因此借助輔助單元來完成創(chuàng)建表 面集合施加面邊界條件、顯示節(jié)點溫度的功能；
[0043] 步驟四，定義材料屬性:定義混凝±單元、地基單元的材料屬性，水管輔助單元僅 用于施加面邊界條件、顯示節(jié)點溫度，因此其材料屬性為0,而混凝±輔助單元還用于計算 單元的比熱容矩陣和熱傳導(dǎo)矩陣，因此材料屬性為混凝±屬性；
[0044] 材料屬性包括材料的導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容和密度；
[0045] 步驟五，創(chuàng)建水管編號:將屬于同一根水管的水管輔助單元創(chuàng)建單元集合，集合名 稱為水管編號；
[0046] 步驟六，創(chuàng)建冷卻水信息文件:將所有誘筑階段的冷卻水信息按誘筑階段劃分來 創(chuàng)建文件；
[0047] 冷卻水信息包括水管編號、該條信息的起始時間、是否通水、通水方向是否逆向、 水管內(nèi)徑、流速、水管厚度、水管導(dǎo)熱系數(shù)和水管入口水溫；
[0048] 步驟屯，根據(jù)當?shù)氐奶鞖忸A(yù)報，將氣溫作為地基表面的第S類邊界條件，在ABA卵S 的"interaction"模塊中使用生死單元（"model change")功能殺死除地基W外的其他單 元，在"step"模塊中創(chuàng)建瞬態(tài)溫度場分析步，將當?shù)啬昶骄鶜鉁刈鳛榈鼗某跏紲囟?，計?誘筑前兩年至誘筑前一天的計算地基溫度場，所得的最后一天溫度場即誘筑時地基的溫度 場;其中計算地基溫度場的前推時間一般為誘筑前1~2年，為了能夠更精準推算出誘筑時 地基的初始溫度場，運里選擇2年；
[0049] 步驟八，創(chuàng)建自定義單元子程序計算各個誘筑階段的溫度場:將地基溫度場作為 初始溫度場，在ABA卵S的"interaction"模塊中使用生死單元（"model change")功能，按照 施工過程中誘筑每個誘筑層的日期，逐步激活每個誘筑層所包含的混凝±輔助單元、水管 輔助單元混凝±單元和復(fù)合單元，在"job"模塊創(chuàng)建分析作業(yè)，通過"write i噸Ut"功能輸 出作業(yè)的inp文件。
[0050] 利用ABAQUS的用戶自定義單元子程序功能編寫FORTRAN程序，定義復(fù)合單元。在 ABA卵S中使用牛頓法迭代求解瞬態(tài)溫度場，求解過程中需要計算牛頓迭代法的雅克比矩陣 AMATRX和殘余向量列陣畑S。復(fù)合單元中，AMATRX和畑S的計算公式為：
[0化1 ]
[0化2]
[0化3]
[0化4]
[0化5]
[0化6]
[0化7]
[0化引 [0化9]
[0060]其中，TB為計算時間段末的節(jié)點溫度，為圓周率，d為水管直徑，h為水管的散熱系 數(shù)，1為水管長度，鳴。為二次六面體單元高斯積分的第i個積分點的權(quán)重，N。為混凝±單元的 形函數(shù)，4為線性桿單元高斯積分的第i個積分點的權(quán)重，化〇為水管入口在混凝±子單元 局部坐標下的形函數(shù)矩陣，化1為水管出口在混凝上子單元局部坐標下的形函數(shù)矩陣，V為冷 卻水流速，Pw為水密度，Cw為水的比熱容，&為系數(shù)，用于調(diào)整求解瞬態(tài)溫度場收斂準則中水 管溫度的容許誤差。
[0061 ]使用修改后的inp文件創(chuàng)建ABAQUS分析作業(yè)，將復(fù)合單元子程序路徑添加到"user subroutine fiIe"輸入框，提交分析作業(yè)，得到每個誘筑階段的溫度場。
[0062]本發(fā)明能夠有效地模擬冷卻水管對大體積混凝±結(jié)構(gòu)的整體冷卻效果，并且可W 反應(yīng)水管周圍的溫度場梯度變化;劃分網(wǎng)格時不需考慮水管布置，水管節(jié)點溫度為有限元 支配方程的基本未知量，求解混凝±節(jié)點溫度的同時可W得到水管的節(jié)點溫度，計算時不 需要添加額外的迭代步來求解水管溫度，具有很高的前處理效率和計算效率。
[00創(chuàng)實施例一
[0064] W某重力巧為例，已知兩年中，該巧段從基礎(chǔ)約束區(qū)向上誘筑至泄洪道，分86次誘 筑，每個誘筑塊高Im左右，總誘筑高度為70m，計算該巧段上塊、中塊兩年內(nèi)的溫度場。計算 施工期溫度場需要考慮誘筑次序，水管冷卻等因素。該巧段寬21米，上塊、中塊誘筑塊長度 為25m、38m。巧段的幾何模型如圖2。混凝±和地基的熱學(xué)參數(shù)通過室內(nèi)試驗獲得，混凝±的 絕熱溫升18.2°C，其余參數(shù)如表1所示。水管為鐵管，在誘筑層面上蛇形布置，通水后每兩天 變換一次通水方向。初期通水自誘筑后12小時開始。第一年入冬之前11月至12月，對當年秋 天誘筑的導(dǎo)流底孔部分進行中后期通水冷卻。混凝±誘筑塊的初始溫度為混凝±的入倉溫 度，冬季入倉溫度較低，在1 (TC左右，夏季時入倉溫度較高，為14 °C左右。
[0(?日]表1重力巧材料參數(shù) [0066]
[0067]采用本發(fā)明的方法進行計算溫度場的具體步驟如下：
[006引第一步，劃分混凝±網(wǎng)格;使用S維建模軟件AutoCAD建立巧體和地基的S維實體 模型，然后按照誘筑塊分割巧體，再劃分混凝上單元和地基單元，不同的誘筑塊相鄰的單元 共用節(jié)點;模型共有1，446,801個節(jié)點，340,902個單元。
[0069] 第二步，劃分水管網(wǎng)格。由第一根水管開始，根據(jù)水管的布置方式計算水管各個拐 點的坐標，建立水管的=維模型。按照水管與混凝上單元輪廓的相交關(guān)系，將水管劃分為水 管輔助單元。
[0070] 第S步，創(chuàng)建復(fù)合單元。將水管輔助單元與包含水管輔助單元對應(yīng)的混凝±輔助 單元組合構(gòu)成新的復(fù)合單元。復(fù)合單元的單元類型為用戶自定義單元UEL。復(fù)合單元共22個 節(jié)點，29個積分點，在ABA卵S的i噸文件中添加如下兩行語句來定義肥L的屬性：
[0071 ] 水 user element ,variables = 27, coordinates = 3 ,unsymm, nodes = 22, type = ul, properties = 3
[0072] 11
[0073] 第一行中，*user element為關(guān)鍵詞，表示該段代碼用于定義用戶自定義單元。其 他變量為該類型的用戶自定義單元的參數(shù)，variable = 27表示單元需要在計算過程中存儲 27個臨時變量，coordinates = 3表示單元用于S維模型的計算，unsymm表示單元的熱傳導(dǎo) 矩陣和比熱容矩陣為非對稱矩陣，nodes = 22表示單元有22個節(jié)點，type = ul表示該用戶自 定義單元的名稱為"ur，propedies = 3表示單元需要定義=個材料參數(shù)。第二行中11表示 該單元用于計算瞬態(tài)溫度場；
[0074] 第四步，定義材料屬性。按照表1給混凝±單元、地基單元、混凝±輔助單元定義材 料的導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容、密度。并編寫ABA卵S子程序肥TVAL來定義混凝±的絕熱溫升。
[0075] 第五步，定義水管編號。將每一根水管的水管輔助單元創(chuàng)建單元集合，在inp文件 中通過初始場變量命令*initial conditions定義水管編號。
[0076] 第六步，定義冷卻水信息。文件中每一行為某一誘筑階段的冷卻水信息，共9個值， 分別為:水管編號、該條信息的起始時間、是否通水、通水方向是否逆向、水管內(nèi)徑、流速、水 管厚度、水管導(dǎo)熱系數(shù)、水管入口水溫。
[0077] 第屯步，計算地基溫度場。使用ABAQUS中"interaction"模塊中的生死單元 ("model change")功能殺死除地基單元外的其他單元。計算誘筑前兩年內(nèi)地基溫度場，地 表溫度根據(jù)擬合的氣溫曲線定義。
[0078] 第八步，編寫用戶自定義單元子程序肥L，計算誘筑期溫度場。將地基溫度場作為 初始溫度場，按照誘筑順序逐層激活誘筑層所包含的混凝上輔助單元、水管輔助單元、混凝 ±單元和復(fù)合單元，計算誘筑期溫度場。
[0079] 附圖3至5給出了該方法的計算結(jié)果云圖。其中，圖3為第二層誘筑層誘筑兩天后的 溫度場云圖，圖4為當時的水管沿程水溫，最高溫度位于第一層混凝±下表面，達到了20.71 °C，第二層混凝±下表面由于有冷卻水管的作用，溫度得到了明顯的控制。同時，前兩天冷 卻水入口位于誘筑塊左側(cè)，左側(cè)水管附近的溫度(8.57度）明顯低于右側(cè)水管附近的溫度 (約為15至17度）。圖5給出了第一年冬天(12月27日）的溫度場云圖，圖中可W看出冷卻水管 周圍溫度較低，為8 °C左右，離水管越遠，冷卻效果逐漸減弱。
[0080] 本發(fā)明的模擬方法所得的結(jié)果符合混凝±溫度場的變化規(guī)律，能夠有效地模擬冷 卻水管對大體積混凝±結(jié)構(gòu)的整體冷卻效果，并且可W反應(yīng)水管周圍的溫度場梯度變化； 劃分網(wǎng)格時不需考慮水管布置，計算時不需要迭代求解水管溫度，具有很高的前處理效率 和計算效率。
[0081] W上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可W做出若干改進和變型，運些改進和變型 也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種大體積混凝土水管冷卻溫度場的模擬方法，其特征是，包括以下步驟： 步驟一，劃分混凝土結(jié)構(gòu)與地基網(wǎng)格:將混凝土與地基實體模型劃分成混凝土單元和 地基單元，單元類型為二次六面體單元，每個單元包含20個節(jié)點和27個積分點，并對節(jié)點進 行編號； 步驟二，劃分水管網(wǎng)格:水管被混凝土單元輪廓切分為若干段，每一段記為一個水管輔 助單元，每個單元包含2節(jié)點和2個積分點，并對節(jié)點進行編號，包含水管輔助單元的混凝土 單元記為混凝土輔助單元； 步驟三，創(chuàng)建復(fù)合單元:將每對水管輔助單元和混凝土輔助單元創(chuàng)建新的復(fù)合單元，并 對復(fù)合單元的節(jié)點進行編號； 步驟四，定義材料屬性:定義混凝土單元、地基單元的材料屬性，水管輔助單元材料屬 性為0，混凝土輔助單元的材料屬性為混凝土屬性； 步驟五，創(chuàng)建水管編號:將屬于同一根水管的水管輔助單元創(chuàng)建單元集合，集合名稱為 水管編號； 步驟六，創(chuàng)建冷卻水信息文件:將所有澆筑階段的冷卻水信息按澆筑階段劃分來創(chuàng)建 文件； 步驟七，計算澆筑時地基的溫度場:將氣溫作為地基表面的第三類邊界條件，將當?shù)啬?平均氣溫作為地基的初始溫度，計算得到澆筑時地基的溫度場； 步驟八，創(chuàng)建自定義單元子程序計算各階段的溫度場:將地基溫度場作為初始溫度場， 按照澆筑順序逐層激活混凝土輔助單元、水管輔助單元、混凝土單元和復(fù)合單元，計算得到 各澆筑階段的溫度場。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大體積混凝土水管冷卻溫度場的模擬方法，其特征是，在 所述步驟三中，復(fù)合單元為用戶自定義的單元，包含22個節(jié)點和29個積分點，其中1~20節(jié) 點編號對應(yīng)混凝土輔助單元的節(jié)點，21及22節(jié)點編號對應(yīng)水管輔助單元的節(jié)點。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大體積混凝土水管冷卻溫度場的模擬方法，其特征是，在 所述步驟四中，材料屬性包括材料的導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容和密度。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大體積混凝土水管冷卻溫度場的模擬方法，其特征是，在 所述步驟六中，冷卻水信息包括水管編號、該條信息的起始時間、是否通水、通水方向是否 逆向、水管內(nèi)徑、流速、水管厚度、水管導(dǎo)熱系數(shù)、水管入口水溫。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大體積混凝土水管冷卻溫度場的模擬方法，其特征是，在 所述步驟八中，自定義單元子程序中復(fù)合單元的雅克比矩陣AMATRX和殘余向量RHS的計算其中，Γ為計算時間段末的節(jié)點溫度，調(diào)用自定義單元子程序時作為參數(shù)傳入。31為圓周 率，d為水管直徑，h為水管的散熱系數(shù)，1為水管長度，為二次六面體單元高斯積分的第i 個積分點的權(quán)重，N。為混凝土子單元形函數(shù)，4為線性桿單元高斯積分的第i個積分點的權(quán) 重，N2Q為水管入口在混凝土子單元局部坐標下的形函數(shù)矩陣，N 21為水管出口在混凝土子單 元局部坐標下的形函數(shù)矩陣，V為冷卻水流速，Pw為水密度，(^為水的比熱容，Φ為系數(shù)，用于 調(diào)整求解瞬態(tài)溫度場收斂準則中水管溫度的容許誤差。
【文檔編號】G06F17/50GK106021720SQ201610334937
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月19日
【發(fā)明人】董義佳, 蘇超, 徐超, 任志明
【申請人】河海大學(xué)