the Winkler elastic footing beam theory. The model is used in re-development of ANSYS software by VC to highlight calculation equation for soil spring theory in modeling. As for key interfaces during such re-development, parameterized modeling is deployed to construct the model for stress analysis of buried pipelines. In addition, the entire modeling process is encapsulated. This paper presents the principles of re-development of ANSYS and the technique for re-development based on parameterized design language, APDL, and also provides the specific encapsulation processes and calling procedures. Application shows that the software is easy to operate and improves the efficiency of stress checking for buried pipelines.(6 Figures, 10 References)
Key words: buried pipeline, ANSYS software, re-development, Winkler assumption, parameterized modeling
目前，我国许多现役埋地管道已进入“老龄期”，由于管道本身老化、腐蚀及各种人为因素的影响，管道事故频繁发生，安全问题日益突出[1-3]，因此，有必要对长距离埋地管道进行应力分析。埋地管道是一种特殊的地下结构，周围受土介质的约束，运动特性在很大程度上受土壤限制，惯性力的影响很小[4]。利用ANSYS 软件力学分析模块对埋地管道建模分析，存在建模过程不直观、分析效率低的缺陷。为此，借助VC 对ANSYS 软件进行二次开发，用户只需输入土壤信息、
管道坐标及各项基础物理参数，软件即可完成建模、受力分析、图像输出等功能。
1 埋地管道应力分析模型
埋地管道在土层及土层上覆载荷作用下，因变形而对管道左右侧壁及底部土体产生挤压，从而受到土体对管道的弹性抗力以约束管道的变形。因此，管道周围的土体既是载荷又是受载体，建立力学模型时，需
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2015-12-18 10:00:16 网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/13.1093.TE.20151218.1000.006.html网络出版时间：
垂直向下土压：
q =
γs ZN qv D +
1
（砂土）γD 2N γ
2
（2）
S u N c D （黏土）
q 为土压，Z 式中：N/m；N/m3；γs 为回填砂土的容重，D 为管径，N qv 、N cv 、N c 、N γ均为管轴方向长度，m ；m ；为抗压能力因子，其与管道埋深、管径及土的内摩擦角
S u 为黏土的剪切强度，有关；N/m2；γ为局部场地土的容重，N/m3。1.2 水平方向土弹簧
水平方向土弹簧中土对管道作用力的极大值相应为Kennedy 方法中在断层附近沿管道分布的侧向土压。根据美国ASCE 编写的规范，单位长度的横向土压由下式计算[7]：
（砂土）γs ZN qh D
（3）
S u N ch D （黏土）
图2 APDL 程序二次开发流程图
q =
N qh 、N ch 为抗压能力因子。式中：
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土壤性质，参数化定义3个方向土弹簧的性质。将弹簧一端与管道相连，另一端固定约束住，根据土壤的土压力施加竖向土压力（即初始载荷），求解并进行相应的后处理，如图像保存、文本保存等。
利用VC 对命令流的关键参数进行修改或关键代码段的循环输入，即可完成符合多种工况下埋地管道应力分析模型建立过程的封装。2.2.2 APDL命令流写入
改变命令流文本文件数据内容的功能是通过读取用户在输入界面输入的各项基础参数，并通过文本写入函数“CStdioFile.WriteString ”完成的。CStdioFile 继承自CFile ，一个CStdioFile 对象代表一个用运行时函数fopen 打开的C 运行时流式文件。流式文件是被缓冲的，且能以文本方式（缺省）或二进制方式打开。2.2.3 VC对ANSYS 的调用
VC 启动ANSYS 可以使用的函数有WinExec 、
基础参数生成命令流后，启动ANSYS 并运行计算得出管道3个方向（轴向、环向、弯曲）的应力分析结果，分别以图片和文本形式输出给用户。通过图片形式（图5），用户可以大致了解整个管段的受力情况；通过文本形式的结果（图6），用户能够直观且方便地查找具体节点的应力和变形值。
图5 二次开发软件输出的应力分析结果图
ShellExecute 及CreateProcess 等。运用WinExec 函
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工，2013，42（5）：651-652.
ZHAO Q N，ZHANG D，YAN J，et al. Residual life prediction of long-distance pipelines[J]. Contemporary Chemical Industry，2013，42（5）：651-652.
[3] 李敏，方江敏，王伟. ANSYS法对含腐蚀含缺陷管道的剩余强
度评价[J].石油化工设备技术，2013，34（2）：9-12.
LI M，FANG J M，WANG W. Residual strength evaluation of natural gas pipeline with defects based on ANSYS method[J].Petro -Chemical Equipment Technology，2013，34（2）：9-12. [4] 赵林，冯启民. 埋地管线有限元建模方法研究[J].地震工程与工
程振动，2001，21（2）：53-57.
ZHAO L，FENG Q M. Research on methods for establishing FEM model of buried pipelines[J]. Earthquake Engineering and Engineering Vibration，2001，21（2）：53-57.
[5] 郝婷玥，陈贵清. 管道与土的相互作用[J].水利科技与经济，
GONG S G，XIE G L，HUANG Y Q. ANSYS parameterized programming and command manual[M]. Beijing：China Machine Press ，2009：55-75.
[10] 范钦珊，张梓茂，殷雅俊. 材料力学[M].北京：高等教育出版
社，2009：39-41.
FAN Q S，ZHANG Z M，YIN Y J. Mechanics of materials[M].Beijing ：Higher Education Press，2009：39-41.
（收稿日期：2015-04-17；修回日期：2016-02-26；编辑：刘朝阳）
男，工程师，1980年生，2009年硕士毕业于中作者简介：马宁，
国石油大学（华东）油气储运专业，现主要从事油库、长输管道的设计工作。地址：安徽省合肥市望江东路70号，230024。电话：[1**********]，Email ：[email protected]
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the Winkler elastic footing beam theory. The model is used in re-development of ANSYS software by VC to highlight calculation equation for soil spring theory in modeling. As for key interfaces during such re-development, parameterized modeling is deployed to construct the model for stress analysis of buried pipelines. In addition, the entire modeling process is encapsulated. This paper presents the principles of re-development of ANSYS and the technique for re-development based on parameterized design language, APDL, and also provides the specific encapsulation processes and calling procedures. Application shows that the software is easy to operate and improves the efficiency of stress checking for buried pipelines.(6 Figures, 10 References)
Key words: buried pipeline, ANSYS software, re-development, Winkler assumption, parameterized modeling
目前，我国许多现役埋地管道已进入“老龄期”，由于管道本身老化、腐蚀及各种人为因素的影响，管道事故频繁发生，安全问题日益突出[1-3]，因此，有必要对长距离埋地管道进行应力分析。埋地管道是一种特殊的地下结构，周围受土介质的约束，运动特性在很大程度上受土壤限制，惯性力的影响很小[4]。利用ANSYS 软件力学分析模块对埋地管道建模分析，存在建模过程不直观、分析效率低的缺陷。为此，借助VC 对ANSYS 软件进行二次开发，用户只需输入土壤信息、
管道坐标及各项基础物理参数，软件即可完成建模、受力分析、图像输出等功能。
1 埋地管道应力分析模型
埋地管道在土层及土层上覆载荷作用下，因变形而对管道左右侧壁及底部土体产生挤压，从而受到土体对管道的弹性抗力以约束管道的变形。因此，管道周围的土体既是载荷又是受载体，建立力学模型时，需
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2015-12-18 10:00:16 网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/13.1093.TE.20151218.1000.006.html网络出版时间：
垂直向下土压：
q =
γs ZN qv D +
1
（砂土）γD 2N γ
2
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S u N c D （黏土）
q 为土压，Z 式中：N/m；N/m3；γs 为回填砂土的容重，D 为管径，N qv 、N cv 、N c 、N γ均为管轴方向长度，m ；m ；为抗压能力因子，其与管道埋深、管径及土的内摩擦角
S u 为黏土的剪切强度，有关；N/m2；γ为局部场地土的容重，N/m3。1.2 水平方向土弹簧
水平方向土弹簧中土对管道作用力的极大值相应为Kennedy 方法中在断层附近沿管道分布的侧向土压。根据美国ASCE 编写的规范，单位长度的横向土压由下式计算[7]：
（砂土）γs ZN qh D
（3）
S u N ch D （黏土）
图2 APDL 程序二次开发流程图
q =
N qh 、N ch 为抗压能力因子。式中：
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土壤性质，参数化定义3个方向土弹簧的性质。将弹簧一端与管道相连，另一端固定约束住，根据土壤的土压力施加竖向土压力（即初始载荷），求解并进行相应的后处理，如图像保存、文本保存等。
利用VC 对命令流的关键参数进行修改或关键代码段的循环输入，即可完成符合多种工况下埋地管道应力分析模型建立过程的封装。2.2.2 APDL命令流写入
改变命令流文本文件数据内容的功能是通过读取用户在输入界面输入的各项基础参数，并通过文本写入函数“CStdioFile.WriteString ”完成的。CStdioFile 继承自CFile ，一个CStdioFile 对象代表一个用运行时函数fopen 打开的C 运行时流式文件。流式文件是被缓冲的，且能以文本方式（缺省）或二进制方式打开。2.2.3 VC对ANSYS 的调用
VC 启动ANSYS 可以使用的函数有WinExec 、
基础参数生成命令流后，启动ANSYS 并运行计算得出管道3个方向（轴向、环向、弯曲）的应力分析结果，分别以图片和文本形式输出给用户。通过图片形式（图5），用户可以大致了解整个管段的受力情况；通过文本形式的结果（图6），用户能够直观且方便地查找具体节点的应力和变形值。
图5 二次开发软件输出的应力分析结果图
ShellExecute 及CreateProcess 等。运用WinExec 函
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工，2013，42（5）：651-652.
ZHAO Q N，ZHANG D，YAN J，et al. Residual life prediction of long-distance pipelines[J]. Contemporary Chemical Industry，2013，42（5）：651-652.
[3] 李敏，方江敏，王伟. ANSYS法对含腐蚀含缺陷管道的剩余强
度评价[J].石油化工设备技术，2013，34（2）：9-12.
LI M，FANG J M，WANG W. Residual strength evaluation of natural gas pipeline with defects based on ANSYS method[J].Petro -Chemical Equipment Technology，2013，34（2）：9-12. [4] 赵林，冯启民. 埋地管线有限元建模方法研究[J].地震工程与工
程振动，2001，21（2）：53-57.
ZHAO L，FENG Q M. Research on methods for establishing FEM model of buried pipelines[J]. Earthquake Engineering and Engineering Vibration，2001，21（2）：53-57.
[5] 郝婷玥，陈贵清. 管道与土的相互作用[J].水利科技与经济，
GONG S G，XIE G L，HUANG Y Q. ANSYS parameterized programming and command manual[M]. Beijing：China Machine Press ，2009：55-75.
[10] 范钦珊，张梓茂，殷雅俊. 材料力学[M].北京：高等教育出版
社，2009：39-41.
FAN Q S，ZHANG Z M，YIN Y J. Mechanics of materials[M].Beijing ：Higher Education Press，2009：39-41.
（收稿日期：2015-04-17；修回日期：2016-02-26；编辑：刘朝阳）
男，工程师，1980年生，2009年硕士毕业于中作者简介：马宁，
国石油大学（华东）油气储运专业，现主要从事油库、长输管道的设计工作。地址：安徽省合肥市望江东路70号，230024。电话：[1**********]，Email ：[email protected]
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