基于ANSA和Abaqus的大型气体绝缘开关设备强度校核与动力学分析

报告属性丢失的错误信息，使得分析无法进行.

ANSA对材料和属性进行管理和编辑的功能强大，只需要选中被修改项，右键点击最上方的标签即可进行编辑，例如：结构分析完成之后需要进行温度和位移耦合分析，只需要将单元属性中的T选项打开即可（面单元在Optional 2中设置，体单元在Optional 3中设置）.同时，ANSA中还可以建立企业自己的材料库，需要时只需单击鼠标右键，选择Update from DB直接从已有的材料库中更新材料，也可以将新编辑的材料添加到材料库中，管理和使用十分方便.本文GIS设备的主要材料参数见表1.

2.2约束关系的建立

ANSA建立和管理各种接触、耦合和连接单元非常便捷，例如：模拟法兰盘螺栓连接使用刚性耦合，如果在HyperMesh中建立需要手动指定耦合的控制节点，而ANSA可以自动生成一个默认的控制节点，从而大大减少工作量.

ANSA中接触对的建立和管理也十分方便，只需要选择主面与从面并指定接触属性即可，接触属性的编辑也十分便捷，见图2，为TIE绑定接触.

用ANSA进行多体分析时创建连接单元十分方便.以创建SLOT单元为例，只需要选择连接的2个节点并编辑单元属性后即可创建连接单元.本文GIS设备的主要约束关系有：法兰之间通过运动耦合模拟螺栓连接；筒体与法兰用运动耦合模拟焊接；筒体与支腿间通过TIE绑定模拟装配关系.

2.3边界条件和载荷施加

上述工作完成后即可进行边界条件的定义和载荷的施加，创建所需要的分析步.

首先定义边界条件，然后对相同的边界条件新建一个SET方便进行管理，之后添加边界条件和载荷.

1）边界条件的施加：约束的位置为支腿底部，根据实际情况有全约束和轴向可滑动约束2种形式.需要建立局部坐标系并在局部坐标系中施加轴向可滑动约束边界条件，实例见图3.

2）强度分析载荷和载荷步定义：强度分析所定义的载荷步为温度位移耦合静力分析，施加筒体内部压强和外界温度降低的综合载荷.

3）动力学分析：主要考核在8级烈度地震作用下的结构响应，根据高压开关设备抗震性能试验[8]和建筑结构抗震设计[9]的相关要求，分别采用时间历程（时程）和反应谱进行分析.时程分析需要在支腿底部施加加速度曲线，在ANSA中可以直接进行定义：先定义全局重力场分析步，之后定义加速度载荷分析步（需要释放相应方向上的位移边界条件）.反应谱分析先进行模态分析，之后在inp文件中定义加速度谱和反应谱分析步.[10]同时，为方便场输出和历程输出的管理，设置输出请求等参数.

3强度校核结果

通过Abaqus温度位移耦合分析，得到各个部件的von Mises应力云图和变形量，并计算得到安全因数.部分部件计算结果见表2.

三通和四通应力云图见图4，可知：三通和四通的最大应力均位于转弯处，说明该位置是整体强度的薄弱环节，需要采取增加筒体厚度、更换更高强度材料等措施解决.

4动力学分析结果

通过对比Abaqus时程分析与反应谱分析结果，可以得到设备在8级烈度地震载荷下的响应，以此判断结构的抗震性能.部分部件的计算结果对比见表3.

综合时程分析和反应谱分析的结果可知：在8级烈度地震作用下结构强度均满足安全要求.由于误差、算法本身的差异等原因两者计算结果虽然存在一定的差异，但结论是一致的，即设备动力学性能符合安全要求.

5结论

基于ANSA和Abaqus对大型GIS设备进行强度校核和动力学分析，发挥ANSA高效、便捷的优势，结合Abaqus求解器进行分析，得出如下结论：

1）强度校核结果表明，除三通、四通的安全因数较低需要采取改进措施、增加结构强度外，其他结构均满足安全要求.

2）动力学分析结果表明，GIS设备各个结构均能满足8级烈度地震下的使用要求，时程分析与反应谱分析结果一致.

3）时程分析需要耗费大量的计算成本，由本项目2种方法的计算结果对比可知，用反应谱分析代替时程分析是可行的.

4）进行求解时由于软件版本更新等问题出现不兼容现象，例如在ANSA中无法定义反应谱分析，需要在inp文件中添加关键字等.

参考文献：

[1]刘新， 张刚. 组合电器耐地震计算分析[J]. 机械传动， 2010， 34（6）： 6566.

LIU Xin， ZHANG Gang. Antiseismic analysis of combined electric device[J]. J Mech Transmission， 2010， 34（6）： 6566.

[2]马富银， 吴伟蔚. 交互仿真技术[J]. 机械设计与研究， 2010， 26（6）： 7576.

MA Fuyin， WU Weiwei. Technology of interactive simulation[J]. Mechine Des & Res， 2010， 26（6）： 7576.

[3]曹金凤， 石亦平. Abaqus有限元分析常见问题解答[M]. 北京： 机械工业出版社， 2009： 211.

[4]刘文川， 张锡文， 何枫. 简化有限元方法的波纹管模态分析[J]. 应用力学学报， 2007， 24（2）： 289292.

LIU Wenchuan， ZHANG Xiwen， HE Feng. Simplify FEA of bellows modal analysis[J]. Chin J Appl Mech， 2007， 24（2）： 289292.

[5]米小珍， 李慧萍， 王枫. 仿真分析中材料定义与重用工具的设计开发[J]. 机械设计与制造， 2012（12）： 106108.

MI Xiaozhen， LI Huiping， WANG Feng. Design and development of material definition and reuse tools in simulation analysis[J]. Mech Des & Manufacture， 2012（12）： 106108.

[6]奥斯德特奥， 琼斯. TCL/TK入门经典[M]. 张无章， 译. 2版. 北京： 清华大学出版社， 2010.

[7]北京怡格敏思软件技术有限公司. 有限元前处理软件ANSA功能概述[J]. CAD/CAM与制造业信息化， 2012（1）： 5052.

Beijing E&G Software Co.， Ltd. Functional overview on finite element preprocessing software ANSA[J]. CAD/CAM and Mamcfactuning Information， 2012（1）： 5052.

[8]GB/T 13540—1992高压开关设备抗地震性能试验[S].

[9]裴星洙， 李成镐. 建筑结构抗震设计[M]. 北京： 中国电力出版社， 2012： 5255.

[10]石亦平， 周玉蓉. Abaqus有限元分析实例讲解[M]. 北京： 机械工业出版社， 2006： 101104.（编辑武晓英）

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