孙荣国 于佳 孙燕燕

摘要：利用APDL语言对脱硫塔结构浆液段的液体动水压力进行力学分析。定义脱硫塔浆液段结构模型的材料特性定义、几何模型建立、单元网格划分、动水压力载荷的加载和边界约束条件的施加、执行求解命令和后处理计算结果读取等一系列指令，极大地提高了效率，降低了分析成本。

关键词：APDL语言;脱硫塔结构;動水压力;力学分析

中图分类号：TP312    文献标识码：A    文章编号：1674-1161（2020）01-0028-03

APDL是一种集成的参数化设计语言，全称为ANSYS Parametric Design Language。APDL语言在通用性强的任务里编程建立仿真模型，为优化设计和计算结果提供了极大便利，且易于存储，适用于不同版本的ANSYS软件。有限元软件分析的一般过程为：定义模型、划分网格施加载荷与约束、求解、解释结果及优化设计（如图1所示）。当求解结果需要优化设计时，即可通过APDL语言修改模型的几何结构或载荷状态等。APDL语言尤其适合模型复杂或修改较多的情况。APDL可设定为根据特定的函数公式、变量及给定的标准以建立智能分析的手段，为设计者完成上述循环的过程，实现迭代功能。其输入可以是复杂的数据输入，满足用户对设计或分析属性、类别的控制，扩展了有限元分析功能，扩充了包括指标灵敏度的研究、模型参数化建模、设计整理修改及设计迭代优化的更高级运算。本课题利用APDL语言对脱硫塔结构浆液段的液体动水压力进行力学分析。

1 结构力学分析

1.1 结构设计部分

利用APDL程序设计语言将相关命令整理、组织起来，编制参数化的设计程序方案，进而完成有限元分析的整个过程，即建立参数化的CAD仿真模型、网格划分与控制原则、材料属性定义、载荷施加和约束边界条件的定义、分析控制和求解运算以及后处理结果等。

APDL语言包括：

壳单元类型et，1，shell181;

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

壳单元截面信息（厚度22 mm）：sect，1，shell，，CJ_D

secdata，22，1，0.0，3

secoffset，MID

seccontrol，，，， ， ， ，

塔体半径：*SET，r，11600/2

液压强度：*SET，p，1240e-12

节点信息：k，1，0，0，0 k，2，0，0，10000

塔体建立：l，1，2  circle，1，r， ， ，360，40

……

有限元几何模型如图2所示;有限元模型网格划分及约束如图3所示。

1.2 动水压力加载与求解

动水压力在水文地质学中称为渗透力;在土建工程中定义为消防给水系统管网内水在流动时管道某一点的总压力与速度压力之差（简称动压）。在众多的水工建筑物、土石坝及基坑作业的工程中，渗透力的大小直接影响工程安全。因此，在进行工程设计全过程与具体施工时，应足够重视其对地基结构稳定性带来的重大影响。

动水压力计算公式为：

Gd=I·Rw

式中：Gd为动水压力;I为水力坡度（等于水位差除以渗流路线的长度）;Rw为水的容重，kN/m3。

根据公式及脱硫塔体相关参数，加载动水压力载荷。

1） 载荷的APDL语言流文件为：

SFGRAD，PRES， ，Z，7000，-9810*p，

SFA，ALL，1，PRES，

SFTRAN

allsel，all

加载结果如图4所示。

2） 求解的APDL语言：

/SOL  SOLVE

计算结果如图5所示。

2 结语

将基于ANSYS的APDL语言应用于脱硫塔结构浆液段动水压力研究中，建立脱硫塔桶装结构CAD模型，施加载荷与约束，能迅速准确地计算出给定载荷下的结果，完成计算过程。利用其参数化的设计特点，在整个分析过程中修改其中的特定参数（如材料特性、塔壁厚度指标等），达到反复分析的多种设计方案，极大地提高了分析效率和真实性，减少了过程分析时间。同时，以APDL为基础，设计者可以开发出脱硫塔工程专用有限元分析程序，编写保存常用的功能性小程序，并保存成宏文件以备随时调用。另外，APDL也是脱硫塔浆液段ANSYS设计优化的基础，通过创建壁厚、载荷、材料、约束等的参数化分析流程，对其执行优化改进，达到最优化设计。

参考文献

[1] 祝成.基床式大直径薄壁圆筒结构受力机理与弹簧元数值模拟[D].天津：天津大学，2006.

[2] 陈涛.AutoCAD与ANSYS接口研究[D].武汉：武汉理工大学，2010.

[3] 陈欢.软土基桩施工护筒环压稳定性承载力研究[D].昆明：云南大学，2015.

[4] 刘跃昆，陈艳艳，张俊海.基于APDL语言的门式起重机结构参数化建模探析[J].黄河水利职业技术学院学报，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