運(yùn)用數(shù)值方法解決工程問題已經(jīng)被各行各業(yè)廣泛應(yīng)用?；谟邢拊椒ㄟM(jìn)行結(jié)構(gòu)數(shù)值仿真實(shí)踐時(shí)，首先需要將工程問題提煉為力學(xué)問題，其次結(jié)合仿真工具對該力學(xué)問題對應(yīng)的仿真模型進(jìn)行建立和數(shù)值求解，最后結(jié)合得到的數(shù)值結(jié)果反向指導(dǎo)工程問題的解決和優(yōu)化。在這個(gè)過程中，如何高效地運(yùn)用仿真工具，將力學(xué)問題對應(yīng)的仿真模型合理的建立并求解出來，對指導(dǎo)工程問題的解決至關(guān)重要。

沉管下溝是指沿管道開挖管溝，利用自身重力作用緩慢地將管道下沉到管溝內(nèi)的施工方法。近年來我國油氣管道建設(shè)飛速發(fā)展，途經(jīng)凍土、濕地、農(nóng)田等各種地理環(huán)境，沉管下溝的施工作業(yè)方式也得到越來越多的應(yīng)用。然而在不同施工環(huán)境中，管道的變形各異以及如何合理設(shè)計(jì)施工過程成了實(shí)際工作中的難題。下面以油氣管道建設(shè)中連續(xù)冷彎管縱向沉管施工模型在Simdroid中的建模和分析結(jié)果，分享一點(diǎn)我的經(jīng)驗(yàn)。

第一：在建立仿真模型之前一定要進(jìn)行思考，即采用什么維度的幾何模型進(jìn)行建模？基于有限元方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)仿真，選擇合適的單元進(jìn)行模型的建立非常重要。合適的單元維度、類型和單元尺寸可以在確保計(jì)算精度的同時(shí)大幅縮短計(jì)算時(shí)間、降低計(jì)算成本。在沉管下溝過程中，我們主要關(guān)注管道的變形，對于管道類細(xì)長結(jié)構(gòu)適合采用一維梁單元建立模型。而土體在沉管下溝過程中，土體表層不會產(chǎn)生較大變形，也不需要考慮其深度方向的變化和影響，因此可采用二維殼單元建立土體模型，并賦予相對管道更具剛性的材料參數(shù)給土體。

在進(jìn)行管道的幾何模型創(chuàng)建時(shí)，通過Simdroid的草圖功能繪制連續(xù)彎管，其中Simdroid中的“輔助線”能夠有效提高連續(xù)彎管模型的繪制效率。我在最初繪制彎管草圖時(shí)，沒有借助“切換輔助線”工具，繪制曲線時(shí)草圖總是“跑”，無法快速的約束和定位；而使用了“輔助線”后，草圖繪制速度大大加快。

第二：網(wǎng)格剖分時(shí)要選擇合適的網(wǎng)格尺寸。這關(guān)系著計(jì)算精度和計(jì)算成本，因此在兼顧計(jì)算精度的同時(shí)還要注意計(jì)算時(shí)長。在本次介紹的沉管下溝模型中，主要關(guān)注的是管道的力學(xué)響應(yīng)，土體并不是本次研究的重點(diǎn)且土體自身變形較小，因此在剖分網(wǎng)格時(shí)，將土體的網(wǎng)格尺寸設(shè)置得相對大一些。另外，在結(jié)構(gòu)有限元仿真分析中，網(wǎng)格的剖分質(zhì)量對計(jì)算結(jié)果有很大影響。我遵循的基本原則是在剖分時(shí)盡量規(guī)則美觀。復(fù)現(xiàn)原始的幾何形狀，使用Simdroid的“邊控制”進(jìn)行局部加密等方法能夠有效提高網(wǎng)格質(zhì)量，確保計(jì)算精度。

第三：分析時(shí)要注意根據(jù)實(shí)際工程問題提煉并正確添加約束條件?；谟邢拊椒ㄇ蠼饨Y(jié)構(gòu)問題時(shí)需要設(shè)置約束條件，不正確約束設(shè)置會加劇模型計(jì)算的不收斂性或得到錯誤的結(jié)果。對于本次沉管下溝模型，如果約束管道的兩端，計(jì)算結(jié)果會與實(shí)際情況不符。經(jīng)過反復(fù)地調(diào)試和思考后，我最終推翻了最初的約束條件設(shè)置方案，確定了只將管道最上端進(jìn)行固定約束，從而得到了與實(shí)際更為符合的計(jì)算結(jié)果。

在學(xué)習(xí)過程中，我體會最深的一點(diǎn)：除了尋求有經(jīng)驗(yàn)的老師的技術(shù)指導(dǎo)外，一定要重視使用軟件的幫助文檔，這也是我剛進(jìn)課題組時(shí)老師和師兄師姐反復(fù)強(qiáng)調(diào)的。這對軟件的學(xué)習(xí)十分重要。

在基于Simdroid完成本次沉管下溝模擬案例的過程中得到了云道智造的多位老師的幫助和支持，在此表示深深的感謝。同時(shí)，感謝云道智造公司能夠提供這樣的空間幫助用戶進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)的分享和交流。

作者：王炎兵