复杂水工结构有限元网格自动生成技术

利用超单元技术对复杂水工结构的三维有限元网格自动剖分进行了研究，对有限元计算所涉及的各种问题实现了自动生成。     

水工混凝土结构与材料的研究及应用

50年来．中国水利水电科学研究院结构材料研究所立足国家水利水电工程建设的需要，以国家水利水电科技创新与可持续发展为目标，承担了许多国家自然科学基金项目、国家科技攻关项目、部级重点项目以及重大工程项目等研究，特别是近10年，结合水利水电工程建设的实际，注重对已有的科研成果进行科技产品与技术的转化．使科研与生产连接更加密切，取得了较好的效果。     

复杂水工结构有限元网格离散的简单实现

研制开发有限元网格自动剖分程序，具有迫切性、实用性和广泛的应用前景．不规则形状的有限元自动剖分问题属于世界难题，各国对这个问题的研究，主要还集中在平面问题．利用已有的技术结合复杂水工结构的特。未完成有限元的网格生成，是本文的基本策略．     

中国水科院水工结构研究成果丰硕国际领先

中国水科院在水工结构研究方面,成果丰硕,国际领先。首创了混凝土坝温度应力完整的理论体系和合理的温度控制措施,解决了大坝裂缝这个世界性难题;开创了拱坝优化数字模型、求解方法和计算软件,可节省坝体混凝土10%~30%,已应用于一百多座拱坝,节省投资二十余亿元;首创了混凝土坝仿真分析方法与软件,完全按照混凝土坝实际施工的气候条件、施工进度和随着不同高程的各层混凝土的不同龄期而变化的力学热学特性,计算结果与实测资料吻合一致,使大坝应力分析水平大幅度提高;首创了混凝土坝数值监控方法,把仪器观测与有限元计算方法结合起来,可求出从开工到运行各个时间大坝真实的应力场和安全系数,建立了大坝安全监控新的可靠平台;发展了混凝土徐变理论,提出了两个定理,可判断徐变对坝体应力和变形的影响,提出了混凝土徐变应力分析的隐式解法,提高了计算精度和效率,当时在全球率先编制了5个水工结构有限元计算程序,提供给全国有关单位,使我国水工结构计算进入"有限元时代",计算水平实现飞跃。     

水工结构可靠度置信区间的研究与应用

概述了水工结构可靠度设计理论的发展,基于数理统计理论中的置信区间提出了水工结构可靠度的置信区间的数学定义,推出了两个正态随机变量在四种常见情况下的可靠指标的置信下限。     

水工结构流固耦合动力特性分析

本文给出了结构位移与流体速度势表示的结构－水流作为统一流固耦合系统的基本方程与定解条件，从加权余量的伽辽金方法出发，导出系统的有限元方程，对某弧形闸门的动力特性进行了详细分析，得出了弧门在不同开度下流固耦合的理论模态特性。     

水工钢筋混凝土结构三维配筋CAD系统的方案及其实现

本文针对三峡工程中大量的钢筋混凝土结构的配筋设计问题，分析了配筋设计绘图的特点，提出了三维可视化配筋设计方案，研究了系统实现的部分技术问题．该方案的原型系统已基本完成，即将应用于实际配筋设计．最后结合系统的应用示例，介绍了系统的功能特色     

振动控制及水工结构制振研究应用前景

简述了国内外建筑结构振动控制研究与应用的现状 ,并着重论述水工结构振动控制研究与应用的问题和开发应用这一学科的必要性与可行性     

水工混凝土结构ＣＡＤ系统设计

基于新修订水工结构设计规范的水工混凝土结构ＣＡＤ系统，以中文Ｗｉｎｄｏｗｓ为操作平台，采用先进高效的ＶＢ语言和面向对象的程序设计方法，具有良好的人机交互界面．本文详细介绍水工混凝土结构ＣＡＤ系统的总体设计原则以及文件系统、结构分析、素混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土、规范查询等功能模块的设计思路     

独立覆盖流形法在水工结构分析中的应用前景

针对水工结构有限元分析中存在的网格剖分困难、计算精度不易控制、成果整理工作量大等问题,采用笔者前期提出的独立覆盖流形法,发展了一系列新的分析技术:基于任意形状、任意连接和任意加密的覆盖网格,在保持结构精确几何外形的条件下进行网格自动剖分,结合计算精度控制和成果自动整理,尝试了无需人工参与的自动计算,并为水工结构工程设计与工程分析的融合打下基础;采用解析解与数值解的联合计算方式,提出了坝踵、裂缝尖端等应力奇异区的求解新思路;基于独立覆盖的梁板壳分析,为精确几何的拱坝分析与体形优化、水工薄壁结构分析开辟了新的路径。将来可在模拟水工结构施工、运行过程及考虑多种非线性的仿真分析中实现自动计算,并借助新方法提供稳定可靠的数值分析成果,以实现水工结构分析的标准化、规范化和自动化。     

湛江市军民水闸水工建筑物防腐蚀设计优化研究

军民水闸是处于四类环境中的临海大(二)型Ⅱ等水闸,闸址处的地表水及地下水对本工程的基础及主体结构的混凝土均具有硫酸型强腐蚀性。为此,在设计中对基础及主体结构增强抗腐蚀能力方面采取了必要的措施,从而提高了建筑物的耐久性和安全可靠度。     

水工结构分析的p-型自适应有限单元法研究

本文建立了一种结构分析的实用p型自适应有限元分析方法，研究中针对二维问题，利用勒让德多项式和雅可比多项式构造了阶谱单元的基函数，并利用有限元离散误差估计的基本理论，将p型自适应有限元方法归类为全域升阶方法、单元升阶方法和自由度升阶方法，并给出了具体的实施过程。算例显示了该法的特色与在水工结构分析应用中的潜力。     

水闸岸墙卸载反向加压法纠倾的有限元仿真模拟与应用

依托某水闸岸墙倾斜的工程实例,运用有限元分析软件进行数值模拟分析,在水闸岸墙倾斜状态仿真模拟方案对比分析的基础上,制定了一套卸载反向加压并分步实施的指导性纠倾方案。结果表明:有限元仿真模拟结果与水闸岸墙纠倾变化的趋势一致,为纠倾的成功实施提供了可靠依据。研究结论及经验可为相关纠倾工程提供参考。     

配水枢纽水力控制的仿真研究

配水枢纽是长距离调水工程和大中型灌区中一种常见的水工建筑物,是连接引水工程和配水工程的中枢。若配水枢纽库容足够大,可视为常水位边界,引水工程和配水工程的水力过渡过程分别计算;否则,需要耦合引水工程、配水枢纽和配水工程,对整个输水系统进行数值仿真。本文通过理论分析构建了配水枢纽进流、出流、溢流复杂运行条件下的质量和能量守恒方程,给出了牛顿－辛普森离散方法和基于Preissmann四点隐式差分的计算程序,建立了配水枢纽的理论模型;针对可能碰到的多进水、多出水、有压无压耦合等工况,给出了数值求解方法。以引汉济渭工程黄池沟配水枢纽作为典型案例,研究了南干线和北干线配水流量调节的水力过渡过程,给出了黄池沟、南干线、北干线的流量、水位变化,以及越岭隧洞的影响范围及变化量值,可为工程的运行调度提供参考。     

水工结构的三维阶谱有限元分析

根据p型有限单元法的阶谱特点，详细论述了三维阶谱单元法的基本的分析过程和具体的实现路径，包括基函数的构造、边界约束条件的处理、刚度矩阵和荷载列阵的形成、提高数值积分效率的途径等。引入了三维阶谱单元法的虚结点和广义结点的概念，并把三维阶谱单元法应用于水工结构计算。     

重力坝水力劈裂分析的扩展有限元法

水力劈裂是高坝在高水压作用下发生破坏的主要诱因之一，针对常规有限元法分析水力劈裂问题存在的缺点，研究了采用新兴的扩展有限元法（XFEM）进行重力坝水力劈裂数值模拟的方法。通过建立考虑裂纹面水压力作用问题的虚功原理，推导出了采用扩展有限元法分析水力劈裂问题的有限元列式；给出了反映裂纹面不连续性的不连续函数数值积分方法、开裂判断准则、应力强度因子的积分方法以及裂纹面扩展过程模拟方法，从而给出了模拟裂纹面有分布水压力载荷作用的水力劈裂问题扩展有限元实现方法。最后通过向家坝重力坝坝踵水力劈裂数值分析，展示了该方法的可行性和优越性。算例表明应用扩展有限元法进行水力劈裂分析可克服常规有限元法的缺点，不需要裂纹面与有限元网格一致，不需要在裂缝周围布置高密度网格，模拟裂纹扩展过程时不需要不断地重新划分网格,极大地简化了前处理工作。     

重力坝水力劈裂分析的扩展有限元法

水力劈裂是高坝在高水压作用下发生破坏的主要诱因之一。针对常规有限元法分析水力劈裂问题存在的缺点,研究了采用新兴的扩展有限元法（XFEM）进行重力坝水力劈裂数值模拟的方法。通过建立考虑裂纹面水压力作用问题的虚功原理,推导出了采用扩展有限元法分析水力劈裂问题的有限元列式;给出了反映裂纹面不连续性的不连续函数数值积分方法、开裂判断准则、应力强度因子的积分方法以及裂纹面扩展过程模拟方法,从而给出了模拟裂纹面有分布水压力载荷作用的水力劈裂问题扩展有限元实现方法。最后通过向家坝重力坝坝踵水力劈裂数值分析,展示了该方法的可行性和优越性。算例表明应用扩展有限元法进行水力劈裂分析可克服常规有限元法的缺点,不需要裂纹面与有限元网格一致,不需要在裂缝周围布置高密度网格,模拟裂纹扩展过程时不需要不断地重新划分网格,极大地简化了前处理工作。     

水工结构混凝土质量检测冲击弹性波技术的研发和应用

针对我国水工建筑物的老化病害状况和耐久性问题,介绍了水工混凝土建筑物混凝土质量与老化性状的常规检测方法和手段,并分析了各种方法的优缺点和研究应用进展。针对现场检测和安全评估中存在的突出问题和难题,研发了基于冲击弹性波的水工混凝土结构无损检测技术体系,包括弹性波层析成像技术、表面波法、冲击回波法及冲击弹性波测试混凝土动弹性模量技术。工程实践证明,该技术可为各类水工混凝土工程的健康诊断、修补加固及安全运行提供技术支撑。     

多种介质区域有限元网格自动生成技术

对于具有多种透水介质的堤防地基用波前法进行有限元网格自动划分，通过背景网格密度函数的办法控制网格的尺寸，并在网格有效性的检查上对波前法进行改进。研制的网格生成计算机动态显示界面具有数学计算、人机对话，图形显示及修改等功能，不但使得网格自动生成的前处理工作可以在可视化平台上直接进行，而且可以在该平台上修改已有的有限元网格，显示与检查不同介质区域边界信息，生成边界条件数据等。     

液控翻板闸门的设计与应用

在分析了水力自控翻板闸门的优缺点的基础上,得出了外控翻板闸门开发研究的必要性。比较分析了各种外控翻板闸门方案优劣。提出了液控翻板闸门的设计理念。以泵控马达驱动翻板闸门为例说明液控翻板闸门的设计思想,详细介绍了泵控马达驱动翻板闸门的组成结构、工作原理和设计要点,为液控翻板闸门的研究发展提供了一定的技术基础。