粉煤灰加气混凝土墙体温度及节能效应研究-alc板材|轻质隔墙板|acc|蒸压加气混凝土板材|加气块厂家|砂加气|加气混凝土砌块-宁波市中墙新型建材有限公司

办公楼隔墙隔断解决方案

当前位置: 首页 > 解决方案 > 办公楼隔墙隔断解决方案 >

粉煤灰加气混凝土墙体温度及节能效应研究





4.3.2砌体单轴受拉应力与应变关系

国内外研究者积累了相当多的砌体单轴受拉试验数据,通过统计与回归分析,提出了用分段函数表达单轴下的应力与应变关系式:

4.4加气混凝土墙体温度效应的数值模拟

4.4.1ANSYS软件与其热分析简介

ANSYS软件是融合结构、热学、流体力学、电磁场和温度场多领域的大型通用的有限元分析软件,它的分析模块有静力学、动力学、非线性分析、热分析等众多分析模块[47]。ANSYS软件可以与其他软件外接,多数工程软件都能与ANSYS软件相接,同时其数据与工程软件共享,在基于这些数据共享的基础上,ANSYS软件不断的更新,开发出来越来越多的新功能。ANSYS有限元分析步骤分为两部分:前处理与后处理,其中前处理包含了建立模型、施加荷载、计算。ANSYS软件操作便利,

具有修改模型简洁、输入载荷简单的优势,同时也具有参数化设计的语言功能。它生成的LOG文件,可以对相应的物理模型进行快速修改,方便用户可以利用修改文件进行二次有限元分析计算。因此为大量的研究工作节省了大量的时间,本论文中稳态传热模拟及热结构耦合模拟均采用APDL方式进行编写和分析。ANSYS有限元分析软件广泛被应用于工程领域中,对其具体的操作分析运行流程如图4-2所示,首先选择与实际问题的想对应的物理模型分析版块,定义具体问题中结构材料的属性,选用合适的网格划分模式,设置问题求解的方式,施加对应的边界约束条件及载荷,进行问题求解,进入后处理,查看我们相应关注的计算结果。有限元分析软件ANSYS中的热分析版块的理论原理是由能量守恒定律推导出的热学平衡公式,并采用有限单元法进行计算结果,并且求出结构构件的相关性能参数与结构构件的应力场与温度场。在ANSYS15.0中,热分析板块主要包含了稳态传热分析、瞬态传热分析以及子结构分析[48]。稳态传热分析中温度场的温度函数是时间的一个常数函数,相应的瞬态传热分析中温度场的时间是温度分布函数的一个变量,子结构则由对个单元刚度矩阵集成的总刚单元矩阵。ANSYS15.0中的热分析版块由热传递的方式不同,它也有三种分析方式为热对流、热辐射及热传导,同时ANSYS软件也可以对热结构耦合等复杂的物理问题进行有限元分析[49]。本文采用ANSYS软件进行先对加气混凝土墙体的稳态传热进行模拟,然后利用ANSYS软件对加气混凝土墙体在温度场作用产生的温度应力进行数值模拟,即热结构耦合。

4.4.2加气混凝土墙体温度场模拟

加气混凝土墙体的温度效应数值模拟主要分为两个部分,一方面是加气混凝土的稳态传热模拟,另外一方面是热结构耦合部分。在模型建立时,对模型进行简化处理,对加气混凝土墙体受到梁、板、柱、构造柱以及施工等因素造成的影响进行简单处理,不予考虑。建立的加气混凝土墙体几何模型为长方体块,其尺寸为1500mm×1500mm×240mm的墙体,并与加气混凝土墙体的稳态传热试验保持一致。在ANSYS软件中的热分析模块,提供了众多类型单元以便用户选择,本次模拟中的稳态传热分析中选择的单元类型为4nodeSolid55,采用此单元对于分析加气混凝土墙体的三维立体模型进行模拟分析。在对加气混凝土墙体进行网络划分时,其网格划分的精度为0.005,并采用映射网格划分加气混凝土墙体模型,最后模型划分为若干个有限小型的立方体集成的模型。进行网格划分之后,进行材料属性设置,完成之后,进行加气混凝土墙体稳态传热模拟。墙体内表面的温度固定为20℃,墙体外表面的温度分别为35℃,45℃,55℃,从而加气混凝土墙体内、外表面的温度差分别为15℃,25℃,35℃,墙体内表面对流换热系数25,而墙体外表面对流换热系数9.1。在每组稳态温度模拟以后,进行热结构耦合分析。在热结构的耦合分析中的4个边界条件均为铰结支座,每组温差下的稳态传热模拟与热结构耦合后的结果数据均保存。

图4-3几何模型图4-4网格划分的有限元模型

4.4.3数值模拟结果分析

加气混凝土墙体内、外表面温差在15℃条件下,通过ANSYS有限元软件模拟的温度场云图如图4-5所示,对其进行热结构耦合分析后的x、y、z方向的位移场分布图分别如图4-6、4-7、4-8所示,其x、y、z方向的应力场云图分别如图4-9、4-10、4-11以及其第一主应力云图如图4-12所示。

加气混凝土墙体内、外表面温差在15℃条件下,热结构耦合数值模拟结果由图4-6、4-7、4-8可知,加气混凝土墙体的在温度作用下的位移:在x方向上的位移值最大,其最大位移的位置在墙体的四周;在y方向上的位移值较小,但其最大位移的位置在墙体外表面的上部;在z方向上的位移值最小,但其最大位移的位置在墙体外

表面的左侧。模拟结果的位移与试验测试出墙体的位移大致一致。

加气混凝土墙体内、外表面温差在15℃条件下的应力场分别由图4-9、4-10、4-11可知,加气混凝土墙体的在温度作用下的应力:在x方向上的压应力值最大达到0.11Mpa,其最大应力的位置与位移的位置相同,其最大拉应力达到了0.39Mpa;在y方向上的压位力较小,只有0.034Mpa,而其拉应力最大0.56Mpa;在z方向上的压力值最小,其应力值与y方向的几乎一致。由图4-12可知,其第一主应力压应力为0.12Mpa,而拉应力较小为0.27Mpa,由此可见墙体在温度作用下的第一主应力主要由x、y方向的应力控制。

加气混凝土墙体内、外表面温差在25℃条件下,通过ANSYS有限元软件模拟的温度场云图如图4-13所示,对其进行热结构耦合分析后的x、y、z方向的位移场分布图分别如图4-14、4-15、4-16所示,其x、y、z方向的应力场云图分别如图4-17、4-18、4-19以及其第一主应力云图如图4-20所示。

加气混凝土墙体内、外表面温差在25℃条件下,热结构耦合数值模拟结果由图4-14、4-15、4-16可知,加气混凝土墙体的在温度作用下的位移:在x方向上的位移值最大,其最大位移的位置在墙体的四周;在y方向上的位移值较小,但其最大位移的位置在墙体外表面的上部;在z方向上的位移值最小,但其最大位移的位置在墙体

外表面的左侧。模拟结果的位移与试验测试出墙体的位移大致一致。而加气混凝土墙体内、外表面温差在25℃条件下的应力场分别由图4-17、4-18、4-19可知,加气混凝土墙体的在温度作用下的应力:在x方向上的压应力值最大达到0.14Mpa,其最大应力的位置与位移的位置相同,其最大拉应力达到了0.64Mpa;在y方向上的压位力较小,只有0.056Mpa,而其拉应力最大0.92Mpa;在z方向上的位力值最小,其压应力值与y方向的几乎一致,拉应力较小为0.86Mpa。由图4-12可知,其第一主应力压应力为0.15Mpa,而拉应力较小为0.46Mpa,由此可见墙体在温度作用下的第一主应力主要由x、y方向的应力控制。

加气混凝土墙体内、外表面温差在35℃条件下,通过ANSYS有限元软件模拟的温度场云图如图4-21所示,对其进行热结构耦合分析后的x、y、z方向的位移场分布图分别如图4-22、4-23、4-24所示,其x、y、z方向的应力场云图分别如图4-25、4-26、4-27以及其第一主应力云图如图4-28所示。

加气混凝土墙体内、外表面温差在35℃条件下,热结构耦合数值模拟结果由图4-14、4-15、4-16可知,加气混凝土墙体的在温度作用下的位移:在x方向上的位移值最大,其最大位移的位置在墙体的四周;在y方向上的位移值较小,但其最大位移的置在墙体外表面的上部;在z方向上的位移值最小,但其最大位移的位置在墙体外

表面的左侧。模拟结果的位移与试验测试出墙体的位移大致一致。而加气混凝土墙体内、外表面温差在35℃条件下的应力场分别由图4-17、4-18、4-19可知,加气混凝土墙体的在温度作用下的应力:在x方向上的压应力值最大达到0.24Mpa,其最大应力的位置与位移的位置相同,其最大拉应力达到了0.91Mpa;在y方向上的压位力较小,只有0.079Mpa,而其拉应力最大1.30Mpa;在z方向上的压、拉力值最小,其压应力值与y方向的几乎一致,压应力较小为0.078Mpa。由图4-12可知,其第一主应力压应力为0.25Mpa,而拉应力较大为0.64Mpa,由此可见墙体在温度作用下的第一主应力主要由x、y方向的应力控制。不同温差下的应力值小,如表4-1所示。

15℃0.120.270.110.390.0340.560.0260.56

25℃0.150.460.140.640.0560.920.0540.86

35℃0.250.640.240.910.0791.300.0781.30

4.5本章小结

本章阐述了加气混凝土的墙体的温度应力的形成的原因,并用有限单元法对加气混凝土在温度作用下使用平面问题中的平面应力问题进行了简单的计算和推导,而且使用大型通用有限元软件ANSYS进行了数值模拟分析。得出以下结论:1、加气混凝土墙体在稳态二维温度条件,温度沿墙体的厚度方向成线性分布,

与多大多数的研究结果一致。这表明了,温度沿着墙体的厚度方向的温度分布情况与温度作用下的温度分布函数相关。