基于CATIA的水电站地下厂房三维设计及有限元研究

结合某水电站地下厂房工程实例,参数化建立了包含主副厂房、母线洞、主变洞、调压室、压力管道的几何模型,同时针对一般CAE软件建模低效等问题,选取水轮机层至发电机层的部分地下厂房模型作为研究对象,对比分析了3种基于CATIA的有限元模型构建方法。研究表明:使用CATIA自带模块或将CATIA划分的网格单元直接导入ABAQUS进行有限元分析的2种方法,存在网格单元不连续、CATIA网格划分功能较弱等缺陷;而对于将CATIA几何模型导入ABAQUS的方法,能充分结合CATIA先进的建模功能及ABAQUS更强大的网格划分功能,顺利实现了CAD模型与CAE有限元分析的无缝对接。     

裸铺管道横向临界屈曲荷载能量解法

平坦海床上的裸铺管道在高温、高压作用下,极易发生横向整体屈曲变形。基于能量法,推导了无初始几何缺陷情况下的弹性管道横向屈曲模式1及横向屈曲模式2对应的临界轴向荷载,与已有理论值相比误差不超过3%,可以用于预测平坦海床上裸铺管道横向屈曲的临界屈曲。     

考虑缺陷的轴压功能梯度材料圆柱壳的弹塑性屈曲分析

针对功能梯度材料圆柱壳的考虑缺陷的弹塑性屈曲问题,采用有限元软件ABAQUS进行了数值模拟与分析。分析中采用叠层模型和TTO模型,充分考虑了材料的物性特性,即材料的物理非线性和前屈曲几何非线性的影响。计算得到缺陷作用下的弹塑性功能梯度材料圆柱壳的屈曲临界荷载和变形模式,研究了壳体厚度、组分参数对屈曲临界状态的影响。     

基于CATIA的水电站三梁岔管三维参数化设计

提出了基于CATIA的三梁岔管三维几何模型参数化设计,并将建立的三维几何模型导入HYPERMESH建立三维有限元模型,同时导出三维有限元计算文件,在ANSYS中进行三维有限元计算的方法。最后运用该方法对某电站小机岔管进行了设计与分析,验证了该方法的可行性。虽然参数化建模研究对象为对称Y形翼缘三梁岔管,但功能上可以实现各种形式三梁岔管的三维建模,提高了三梁岔管的设计优化效率。     

考虑残余应力影响的焊接工字型弧门支臂稳定数值分析的等效模型研究

弧形钢闸门的失事破坏主要是由于支臂发生屈曲失稳导致的,支臂的稳定性是保证整个闸门安全稳定运行的前提。针对当前支臂稳定计算精度和求解效率不足的问题,为探究可用于支臂实际稳定承载力计算的等效简化模型,确定出考虑残余应力对稳定性影响的综合初始缺陷幅值,以两端铰接的焊接工字型弧门支臂为研究对象,采用非线性屈曲分析方法探究残余应力分布模式、残余压应力峰值以及几何初始缺陷幅值等因素对其稳定承载力的交互影响,并与现行《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)计算结果进行对比验证。结果表明:对于大柔度支臂,综合初始缺陷幅值取为L/600;而对于中小柔度支臂,综合初始缺陷幅值取为L/400。按照综合初始缺陷幅值所建立的支臂等效模型能够充分考虑截面残余应力及几何初始缺陷对稳定承载力的综合影响,数值计算结果与《标准》计算结果吻合较好,可以替代原有支臂复杂的非线性稳定模型。研究成果可为工程技术应用提供参考。     

某水电站高压钢岔管三维有限元计算

基于有限元数值分析,建立岔管三维有限元模型,能够反映岔管在高内水压力作用下的整体应力及局部应力状态,能较为精确完整地反映钢岔管运行期的实际受力情况。以新疆某水电站高压钢岔管为例,采用AUTODESK软件建立模型导入有限元软件,修改后生成几何模型及有限元模型,采用壳单元进行模拟计算,取得了较为合理的成果,对于同类钢岔管的建模及计算有一定的参考意义。     

ANSYS中建立有限元模型的方法

结合某激光雷达的有限元建模过程，提出建立有限元模型的几种方法及建模的通用性原则。对创建实体模型的诸多方法进行了探讨，对各种方法的特点进行了分析，进而对建模中具有共性的问题进行了归纳。     

无单元技术在压力管道屈曲失稳分析中的应用

本文将加肋的水工压力管道看成厚曲梁与柱壳的组合体，考虑肋壳的相互作用，推导了厚曲梁及柱壳的非线性几何方程。应用无单元技术建立曲梁的位移形状函数，消除了有限元法计算板壳时的闭锁现象。推导出了加肋柱壳的稳定性分析及静态和动态分析的一般性数学表达式。基于上述理论及水工压力管道实际工作状态，建立了分析压力管道屈曲失稳的模型。     

加劲式压力钢管外压稳定性有限元屈曲分析

埋藏式压力钢管抗外压稳定是工程设计中的关键问题。在考虑钢管的初始缺陷、塑性行为以及大变形的基础上,利用ANSYS三维有限元软件,进行了加劲式压力钢管的特征值屈曲分析和非线性屈曲分析,给出了加劲式压力钢管的失稳屈曲模态和荷载位移曲线,并将计算结果与解析算法的结果进行了比较,论证了使用有限单元法进行加劲式压力钢管屈曲分析的可行性;同时讨论了不同初始缺陷、管壁厚度和加劲环尺寸对加劲式压力钢管临界荷载的影响。     

水工结构数值仿真等几何分析方法初探

水工结构数值仿真计算是工程设计和运行评价的重要环节,但对于复杂结构的建模与分网过程繁琐耗时,目前普遍采用的有限元分析的几何模型与分析模型存在明显差异,难以实现"精细化"与"高效率"的求解。等几何分析作为一种集成前处理与分析过程的新型数值方法,在数值建模与计算分析等方面具有优势。基于等几何分析开展水工结构数值仿真计算新方法研究,以碾压混凝土重力坝为例,建立相应的多片等几何模型,从计算精度和仿真效率两个角度将等几何分析与有限元分析的计算结果进行了全面对比。数值模拟结果表明,等几何分析方法在建模、计算与求解分析多方面表现出明显优势,该方法建模简便、数值解精度高、收敛速度快、仿真效率高,具有很好的灵活性和适用性,为水工结构数值模拟分析提供了一种全新的手段和方法。     

鄂北调水工程PCCP管道安装测量监理质量控制

根据鄂北地区水资源配置工程生产性试验项目大型PCCP管道施工特点,结合管道安装测量中常见问题,重点阐述了测量监理质量监督与检测方法,在监理过程中,理论与实际检测相结合,有效地控制了管道施工中沟槽深度、坡度、管线长度、安装高程等测量限差,使得管道安装各项质量指标得到了有效地保证。为后续全线PCCP管道安装测量积累了实践经验,亦可为同类输水工程的测量监理质量控制所借鉴。     

井灌区管网优化计算模型的改进

本文针对我国北方井灌区管道输水技术的特点，通过引进叠加流量、流量折算系数和虚拟压力调节器改进了管网系统优化计算模型，从而实现了井灌区单井复杂管网系统的更为适用的优化设计     

A numerical model for pipelaying on nonlinear soil stiffness seabed

The J-lay method is regarded as one of the most feasible methods to lay a pipeline in deep water and ultra-deep water. A numerical model that accounts for the nonlinear soil stiffness is developed in this study to evaluate a J-lay pipeline. The pipeline considered in this model is divided into two parts: the part one is suspended in water, and the part two is laid on the seabed. In addition to the boundary conditions at the two end points of the pipeline, a special set of the boundary conditions is required at the touchdown point that connects the two parts of the pipeline. The two parts of the pipeline are solved by a numerical iterative method and the finite difference method, respectively. The proposed numerical model is validated for a special case using a catenary model and a numerical model with linear soil stiffness. A good agreement in the pipeline configuration, the tension force and the bending moment is obtained among these three models. Furthermore, the present model is used to study the importance of the nonlinear soil stiffness. Finally, the parametric study is performed to study the effect of the mudline shear strength, the gradient of the soil shear strength, and the outer diameter of the pipeline on the pipelaying solution.     

埋地压力输水管道的分布式光纤连续监测原型试验

以深圳某水源工程大型埋地压力输水管道为例,应用基于Φ-OTDR光纤干涉原理的振动监测方法,对管道进行原型观测试验。通过运用放空阀模拟爆管泄漏事件,并结合敲击试验,检验分布式光纤的监测效果。试验结果表明,分布式光纤用于埋地压力输水管道泄漏连续监测是可行的。     

地下埋藏式钢岔管抗外压稳定性分析

考虑了钢岔管与混凝土垫层的初始缝隙和初始几何缺陷,给出了一套地下埋藏式钢岔管抗外压稳定性的三维有限元分析和求解方法。采用该方法分析某工程实例,将其成果与阿氏公式计算的结果进行了比较,证明了该方法的可行性,并得到一些对工程设计有参考价值的成果。     

特征线法分析长距离输油管道的流动瞬变过程

本文建立了基于特征线方法求充动瞬变过程的数值模型，编制了针对长距离输油管道流动瞬变过程的分析软件。在数值处理上，Ｄａｒｃｙ＝Ｗｅｉｓｂａｃｈ摩擦力项用二阶精度格式来近似，因此保证了高粘度流体在流动瞬变过程分析时的计算稳定性和精确度。模型考虑了埋管地形对沿线瞬变压力的影响，当某一泵站发生水击后其它站的反应同其上控程序确定。应用该软件，分析模拟了某一长距离输油管道在中间泵站停电或末站瞬时关阀情况下的流     

安装有空气阀的输水管路系统空管充水过程瞬态分析

在输水管路系统中,空气阀在预防水柱分离及再弥合水锤方面发挥着关键作用。现有空气阀的应用研究多集中于满管流状态,但对于空管充水阶段空气阀的水锤防护研究较少。为此,本文建立了空管充水过程中空气阀的数学模型,提出了一种基于改进牛顿迭代法和直接求解法相结合的求解空气阀模型的计算方法,分析了进气阀、普通进排气阀和进气微排阀3种类型的空气阀在曲折管线空管充水过程中的水锤防护效果。定量分析表明,为预防空管充水过程中出现的水柱分离及再弥合高压水锤,选择大口径进气,微量排气的空气阀最为合适。该研究对安装有空气阀的输水管路系统的空管充水瞬态分析具有一定的参考价值。     

特高拱坝通水冷却管网智能联控原型试验研究

开展特高拱坝施工期通水冷却管网的智能联控研究,对确保实现精准、高效的大坝混凝土温控防裂具有重要意义。基于白鹤滩特高拱坝通水冷却智能温控实践,本文系统分析了冷却水的温度、流量、流向等参数满足特高拱坝换热防裂的适应条件,提出了混凝土温控冷却水需求的确定方法,定义了供水保证率的量化评价指标。通过在白鹤滩特高拱坝建设现场开展原型生产性试验,提出了通水冷却管网智能联控的方法,并研发了联控系统,克服了人工手动换向的不确定性,实现了对通水冷却管网温度、压力、流量的实时在线监测和通水流向的智能调控,换热效果更好。现场试验揭示了冷却水管网输送的时空规律,结果表明供水水温沿程变化主要受外界气温与管道保温影响;在制冷容量满足需求的前提下,流量供应主要受供水压力支配。本文成果促进了特高拱坝通水冷却管网智能联控全面应用,也可供同类工程设计与施工参考。     

柔性地下管线受隧道开挖影响的安全性评价

在城市隧道建设中,开挖可能导致邻近地下管线的变形,甚至破坏,但现行规范尚未提出具体评价方法。基于普遍认可的隧道开挖引起的地层位移公式,提出了柔性接头管线受隧道施工影响的安全性评价方法,并给出了算例。该方法考虑了管线变形后的正态曲线形态及管线与隧道的位置关系,涉及的参数较少,易于工程应用;适用于地层和管线资料不够详细的情况或在精细化计算前,对柔性接头管线安全性的预估,对于科学地提出具体隧道施工的环境监测报警值有一定的参考价值。     

基于半刚性碗扣式模板支撑体系的承载力分析

考虑到碗扣节点的半刚性,采用有限元软件ANSYS对碗扣式模板支撑体系建立有限元模型,定量地分析初始缺陷、构架参数、立杆支座脱空及剪刀撑等因素对其承载力的影响。对碗扣节点的扭转刚度,参考支架整体试验并与模型数据进行对比分析,得出其建议值为45kN·m/rad^50kN·m/rad;杆件初始缺陷对承载力的影响可以等效为作用在连接处节点1.5%Pu的假想水平力;构架参数及剪刀撑对其承载力影响较大;当地基严格按规范处理时可忽略立杆支座脱空对其承载力的影响。