对称Y型月牙肋钢岔管二维三维一体化设计

本文深入研究了对称Y型月牙肋钢岔管体型设计的程序化实现机理,此类型钢岔管二维图纸和三维模型的一体化、参数化生成技术的开发,可快速且同步生成钢岔管的二维及三维设计成果,提升了岔管的设计效率和设计质量。将本文研究的岔管一体化设计方法应用于实际工程中,快速创建三维模型,并进行钢岔管应力应变计算和三维流场分析,相关计算成果满足规范要求,表明了该方法的适用性和可靠性,可为类似工程提供参考。

基于CFD的月牙肋钢岔管单向流固耦合分析

压力钢管在众多水利水电工程中被广泛应用。钢岔管作为压力钢管中最为复杂的结构,一直是设计过程中研究的重点。近年来,月牙肋岔管由于结构受力条件好、节省工程量、水力学条件优越等众多优点,在大直径、高水头电站中得到普遍应用。应用CFD方法对国外某水电站压力钢岔管进行单向流固耦合分析,首先根据流体计算结果,分析得出岔管内动水压力对岔管及月牙肋产生的荷载作用;进而将其结果作为初始条件对岔管结构进行应力分析;最终得出在运行工况下,仅动水压力对钢岔管产生的荷载为静水压力的1%,应力不超过其允许应力的4%。

某混合式抽水蓄能电站钢岔管体型设计研究

结合某混合式抽水蓄能电站具体特点,利用ANSYS有限元计算分析软件进行钢岔管结构设计分析,计算了两种典型工况的应力变形规律,并按照明管准则对钢岔管进行结构复核。结果表明:岔管转折处应力集中情况明显,位移应力分布符合一般规律;正常运行工况控制肋板体型,水压试验工况控制管壁体型。各工况下钢岔管均满足结构安全性要求,为混合式抽水蓄能电站钢岔管设计提供参考。

埋藏式月牙肋岔管结构特性研究

某抽水蓄能电站采用埋藏式月牙肋岔管,岔管HD值3500m2,且围岩条件较差。采用作者自行开发的月牙肋岔管体形设计程序(CrbpCAD)和商用ANSYS软件,考虑岔管与围岩联合承载,采用三维有限元方法讨论了岔管布置形式、分岔角、围岩单位弹性抗力系数、缝隙值、主管直径等因素对岔管结构设计的影响。研究认为,对称布置、较大的分岔角、减小管径对岔管结构有利,围岩条件越好、缝隙值越小对围岩与岔管联合承载越有利,然而分岔角增大、管径减小会增大能量损失,应通过经济技术比较确定合适的分岔角和管径。

抽水蓄能电站月牙肋岔管局部水力损失系数的试验研究

有压钢岔管的优化设计是抽水蓄能电站建设的一个重要环节．岔管内水流流态极其复杂,其局部水力损失系数需要系统、深入地研究．影响月牙肋岔管水力损失的主要因素有分岔角、肋宽比、分流比等．结合具体工程,进行了分岔角55°,75°,90°三种对称岔管体型和55°非对称岔管体型在不同肋宽比情况下的试验．系统地研究了水力损失系数与分岔角、肋宽比、分流比的关系,给出了它们之间的关系曲线．

内加强月牙肋钢岔管水压试验

结合某高水头电站埋藏式月牙肋钢岔管的工程实际,采用有限元方法对岔管水压试验方案进行了分析研究,并与传统的简化算法进行了比较,讨论了结构自重、水重、支座作用等因素对岔管结构应力应变分布规律的影响.根据钢岔管与支座顶部翼缘的连接条件,分固结和摩擦接触两种情况进行了比较,给出了水压试验时岔管及支座结构的应力状态和变形情况,并对结构的整体安全性做出了评价.

基于知识工程模板的月牙肋岔管参数化设计

基于CATIA软件的知识工程技术,提出了月牙肋钢岔管的三维参数化设计方法。选取合适的定位条件,并通过建立参数关联实现用户输入参数与草图、三维模型之间的驱动关系,建立了通用的月牙肋岔管的设计模板。采用该模板可以快速确定月牙肋岔管多种设计方案,并导入有限元软件进行结构分析,获得最终设计方案。在三维模型上进行焊缝分缝设计后,借助曲面展开功能获得管节展开图,并自动生成控制点坐标表和材料表。该设计方法以建立模板为核心,整合了岔管参数化建模、有限元结构分析、焊缝分缝设计和绘制岔管展开图四大功能,满足了月牙肋岔管施工详图阶段的设计需求,在工程应用中显示了设计效率高的优点。

西龙池抽水蓄能电站内加强月牙肋岔管围岩分担内水压力设计

埋藏式岔管国内外基本按明管设计,围岩分担内水压力仅作为一种安全储备。西龙池抽水蓄能电站岔管HD值远超过国内已建工程规模,在国内首次采用考虑围岩分担内水压力设计。本文重点介绍西龙池岔管考虑围岩分担内水压力设计成果。首先通过三维有限元结构分析,较系统研究岔管围岩分担内水压力的规律,并初步提出埋藏式岔管的设计原则;通过1∶2.5比尺的现场结构模型试验,最终确定埋藏式岔管设计参数和验证有限元计算成果。

月牙肋钢岔管设计中若干问题的探讨

针对月牙肋钢岔管顶部出现较大局部应力使管壳厚度大为增加、有限元计算肋板应力受网格剖分影响较大的问题,以安徽绩溪水电站钢岔管为例,探讨了钢岔管基本锥腰线转折角对管壳腰部和顶部局部应力的影响,比较分析了肋板不同单元类型和网格疏密对计算结果的影响。结果表明,钢岔管基本锥腰线适宜转折角为6°～14°,月牙肋采用实体单元模拟更精确,采用板壳单元模拟更简便,肋板网格疏密对应力分布规律影响不明显,仅对最大应力值有影响。

基于CATIA二次开发的月牙肋钢岔管辅助设计系统开发与应用

利用自动化对象编程,针对水电站月牙肋钢岔管设计繁琐、工作量大、有限元计算前处理耗时长的缺点,开发出基于CATIA二次开发的辅助设计系统。该系统实现了月牙肋钢岔管在CATIA中的快速建模和网格自动剖分,最终在有限元软件ANSYS中完成有限元计算。以蟠龙抽水蓄能电站工程月牙肋钢岔管为例进行了计算,并与设计院的计算结果进行了对比与分析,结果表明该系统具有设计速度快、精度较高等优点,具有较高的实用价值。

西龙池抽水蓄能电站内加强月牙肋岔管水力特性研究

通过水力数值计算、水力模型试验对西龙池抽水蓄能电站内加强月牙肋岔管水力特性进行了较系统的研究,总结了内加强月牙肋岔管主要体形参数对其水力特性的影响规律,并对内加强月牙肋岔管体形参数选择提出建议。

月牙肋岔管体形优化与设计

针对目前月牙肋岔管得到广泛应用的实际 ,根据新的《水电站压力钢管设计规范》DL/T 5 14 1 2 0 0 1,编制了内加强月牙肋岔管的体形优化设计程序。工程实例计算表明 ,该程序不仅有效地减小了工作量 ,提高了设计工作效率 ,而且大大提高了计算精度。

埋藏式月牙肋钢岔管结构三维有限元分析

采用三维有限元方法,应用自编的弹簧单元加载程序和ANSYS软件,考虑钢岔管与围岩间的缝隙值,按岔管与围岩联合承载,对某水电站的埋藏式月牙肋钢岔管进行了结构计算,分析了钢衬、混凝土衬砌与围岩联合承载结构特性,探讨了围岩性能和初始缝隙值的敏感性。结果表明,钢岔管与围岩联合承载时钢衬及肋板应力变化梯度趋于平缓,围岩约束钢衬的位移使其分布趋于均匀,采用弹簧单元模拟回填混凝土和围岩有效、可行。

月牙肋岔管三维参数化设计方法研究

针对目前月牙肋岔管设计过程较复杂繁琐和初始设计方案不明确等问题，提出了高效的月牙肋岔管三维参数化设计方法，采用FORTRAN程序语言依据《水电站压力钢管设计规范》（ SL 281-2003）形成岔管初始设计方案，据此将岔管相关设计参数导入CATIA设计平台中，进行三维参数化设计，结合有限元分析平台进行结构分析和优化，并开展了结构响应影响因素及其规律研究。为提高岔管结构分析计算精度及获得具有良好安全性和经济性的设计方案，根据研究结果提出以下建议：①主管和支管端部均可取轴向约束，计算模型范围需取5倍公切球半径以上；②岔管分岔角可取75°~80°，月牙肋厚度可取至管壁厚度2倍以下。

洪屏抽水蓄能电站内加强月牙肋钢岔管原型水压试验研究

洪屏抽水蓄能电站岔管HD值高,且为国内首批采用国产800MPa级高强钢的钢岔管。从工程安全角度考虑,确定进行水压试验。通过水压试验检验钢岔管的制作水平,钝化尖端应力,削减焊后残余应力,增加结构的安全度。水压试验表明,其最终测试结果与三维有限元计算基本吻合,为后续钢岔管的设计提供了重要的依据。

埋藏式内加强月牙肋钢岔管结构研究

本文结合实际工程采用几何比尺为1：6的物理模型试验方法，用不同材料分层组合模拟围岩，对水电站内加强月牙肋钢岔管与围岩联合承载的工作机理、围岩分担内水压力的规律进行分析。结果表明：钢岔管外围围岩承担了20％～40％的内水压力荷载。

地下埋藏式内加强月牙肋钢岔管设计方法研究

在总结对比水电站压力钢管设计规范85版和2001版有关埋藏式内加强月牙肋钢岔管设计方法的基础上,提出了一种埋藏式钢岔管的新的设计方法和原则。其设计步骤为:首先根据钢岔管与围岩联合承载原则,采用三维有限元计算方法确定钢岔管的体形、管壁厚度和肋板尺寸,然后对钢岔管按明管进行应力校核,同时对围岩承载比进行分析和复核。以某水电站为例进行的计算结果表明,该设计方法思路明确,计算精度高,在明显减小管壁厚度和肋板尺寸的前提下仍能确保岔管的安全。

月牙肋钢岔管的有限元分析

以某水电工程为例,介绍了月牙肋钢岔管的有限元计算方法。通过计算实例来说明:使用有限元计算方法进行钢岔管的应力计算,可以了解其结构的受力全貌,且对选择正确合理的工程措施提供帮助。

月牙肋岔管有限元网格自动剖分程序设计

根据空间线面相交原理,编制了月牙肋岔管有限元网格自动剖分程序,按照DXF格式实现网格图形的输出与显示,减小了月牙肋岔管网格剖分的工作量,提高了网格剖分的精确度和效率,具有一定的实用性。通过工程实例,验证了程序的可靠性和稳定性。

埋藏式月牙肋钢岔管应力控制标准的比较研究

通过三维有限元结构分析,对目前常用的几种钢岔管应力控制标准进行了比较研究。在相同围岩参数及缝隙条件下,按不同应力控制标准设计的钢岔管管壁厚度和肋板尺寸差别较大,说明不同应力控制标准之间差别是较大的。此外,在满足明管校核准则和适当围岩承载比的条件下,按DL/T 5141—2001《水电站压力钢管设计规范》坝内埋管的结构系数增加10%的应力控制标准对地下埋藏式钢岔管进行设计是比较合理的。