拱坝有限元分析网格剖分方案研究

以某拱坝为例,研究了有限元单元类型、网格数量、自由度数量与能量误差之间的关系。通过比较多种网格剖分方案的计算结果表明,采用高阶单元,拱厚方向采用四层单元,将拱向、梁向的网格单元长比、单元高比控制在0.05左右划分有限元网格,可得到基本稳定的应力结果,用于指导工程计算,也为建立正确合理的拱坝有限元模型提供有效的参考依据。     

拱坝强度裂缝的定量研究

本文综述了拱坝强度裂缝的定量研究，给出了拱坝分载位移法、线弹性和非线弹性三维实体有限元法进行拱坝裂缝随机追踪的框图，给出了按线弹性三维实体有限元法进行拱坝裂缝产状随机追踪的框图，以及指定裂缝位置、按线弹性三维实体有限元法进行裂缝定量分析的框图。最后提出了继续进行拱坝强度裂缝定量研究应当考虑的若干问题。     

汽外下降管三通三维有限元剖分

针对汽包下降管三通结构的特点，基于ＳｕｐｅｒＳＡＰ的前处理功能，同汽包下降管三通有限元前处理接口程序。采用此程序可以方便地实现不等径正交三通类结构物自动划分。     

汽包下降管三通三维有限元剖分

针对汽包下降管三通结构的特点，基于superSAP的前处理功能，编制了汽包下降管三通有限元前处理接口程序。采用此程序可以方便地实现不等径正交三通类结构的自动剖分。     

平面任意区域的Delaunay三角剖分及其加密

根据Delaunay平面三角剖分的逐点插入法,设计出相应的点、线、三角形的数据结构。描述了从数据的预处理到加密网格生成的全过程。该程序适应任意边界、含岛、多连通区域。程序简单易实现,且能直接应用到数值计算。     

三维有限元网格自动剖分的断面节点控制法

 针对计算对象为复杂地层和有大型地下洞室群时, 自动形成三维有限元计算网格较为困难的情况,提出了三维网格自动剖分的"断面节点 控制法"。该法以地质勘探剖面图作为主控制断面,并在主控制断面上完成少量的前期数据 准备,通过不同的合并、连接和插值,在全计算域上一次形成计算空间网格。多个工程计算 实例表明,该法运用简单、适应性强、效率较高。     

重力坝有限元计算网格剖分与应力控制标准问题

本文对重力坝有限元计算网格的单元剖分进行了研究，并建议重力坝有限元计算中的强度标准。     

不确定性边界问题的预网格剖分边界拟合方法

本文提出了一种处理不确定性边界问题的预网格剖分边界拟合方法，并对其基本思想和算法进行了比较详细的阐述。利用本文提出的方法编写相关计算机程序对一复杂曲线形态的动边界实例处理结果显示：该方法对复杂边界具有较好的拟合能力，边界附近网格质量较好，能够有效减少数值计算前处理的工作量。同时在节省计算机内存以及保证网格质量等方面都具有明显的优越性。     

下诱导缝上横缝的碾压混凝土拱坝分缝设计

云龙河三级水电站碾压混凝土拱坝坝址为典型的"V"形狭窄河谷,由于采用了通仓碾压和连续上升的施工方式,合理的分缝设计对改善坝体应力条件、保证大坝安全尤其重要。结合云龙河三级水电站拱坝的特点,首次提出了"下诱上横"的碾压混凝土拱坝分缝新技术,该分缝设计可保证施工期低高程坝体联合抵挡汛期洪水,浇筑完成后在预定位置张开成缝以利于后期封拱灌浆。经计算分析,并通过实际施工过程及运行阶段验证,该分缝设计是合理的,可为类似工程提供借鉴。     

高碾压混凝土拱坝分缝形式及破坏机理研究

本文结合四川沙牌碾压混凝土(RCC)拱坝,通过结构模型破坏试验,对RCC拱坝的分缝形式、坝体开裂与破坏机理进行研究,分析了诱导缝、横缝、周边缝等分缝形式对坝体的影响,确定了两条诱导缝加两条横缝的方案为选定方案。根据选定的分缝方案,探讨含诱导缝坝体的开裂破坏机理。研究中采用断裂力学理论,求得考虑尺寸效应的材料断裂韧度值和建立诱导缝的应力强度因子计算式,并通过分析断裂韧度与应力强度因子之间的关系,从理论上推导出诱导缝的开裂相似条件。据此提出在结构模型中模拟诱导缝的方法,在结构模型试验中实现对诱导缝的相似模拟,观察到坝体的开裂过程、破坏形态和破坏机理。试验结果已应用于沙牌拱坝工程的设计和施工中。     

Nonlinear simulation of arch dam cracking with mixed finite element method

This paper proposes a new, simple and efficient method for nonlinear simulation of arch dam cracking from the construction period to the operation period, which takes into account the arch dam construction process and temperature loads. In the calculation mesh, the contact surface of pair nodes is located at places on the arch dam where cracking is possible. A new effective iterative method, the mixed finite element method for friction-contact problems, is improved and used for nonlinear simulation of the cracking process. The forces acting on the structure are divided into two parts： external forces and contact forces. The displacement of the structure is chosen as the basic variable and the nodal contact force in the possible contact region of the local coordinate system is chosen as the iterative variable, so that the nonlinear iterative process is only limited within the possible contact surface and is much more economical. This method was used to simulate the cracking process of the Shuanghe Arch Dam in Southwest China. In order to prove the validity and accuracy of this method and to study the effect of thermal stress on arch dam cracking, three schemes were designed for calculation. Numerical results agree with actual measured data, proving that it is feasible to use this method to simulate the entire process of nonlinear arch dam cracking.     

拱坝线性破坏轨迹的随机分析

按三维连续体力学的随机有限元法分析拱坝，用不同的强度准则建立功能函数，用一次二阶矩法求拱坝的可靠指标场，指定可靠指标最小的点为破坏已经实现的事件，记录其相应的失效概率，之后，修正该点的刚度和拱坝的总刚，重复上述的分析过程，直至开裂稳定或溃坝。上述过程开裂点的几何位置的集合即为拱坝的破坏轨迹，条件概率的集合即为拱坝破坏轨迹的概率向量。     

SSOR-PCG方法在高拱坝整体大规模弹塑性有限元分析中的应用

我国目前设计和在建高拱坝地质情况复杂，因此需要对高拱坝进行专门研究，高拱坝整体行大规模弹塑性有限元分析是其方法之一。本文在岩土材料常用的D-P准则本构积分特性的基础上，利用其不用形成弹塑性刚度矩阵的特点，将对称超松弛预处理共轭梯度法(SSOR-PCG)应用于高拱坝整体大规模弹塑性分析。两个数值实例验证了SSOR-PCG方法用于弹塑性有限元计算的正确性和可行性。工程实例表明SSOR-PCG方法适宜应用于在个人计算机上对高拱坝整体大规模弹塑性有限元分析，满足计算速度和计算规模的要求。     

基于温度应力仿真的碾压混凝土拱坝诱导缝开裂分析研究

诱导缝作为碾压混凝土拱坝结构防裂措施,能否在坝体温度下降时率先开裂,以消散温度应力,是控制坝体温度裂缝的关键。应用大型有限元分析软件ANSYS,采用薄层实体接缝单元模拟诱导缝,考虑施工期至运行期全过程瞬态温度荷载,通过三维有限元温度应力仿真分析和诱导缝开裂情况分析对全部采用"诱导缝"分缝形式的某碾压混凝土拱坝进行可行性研究。结果表明:坝体高拉应力区设置的诱导缝,在做好缝端处理,消除诱导缝与地基接触部位应力集中的条件下,能够有效地释放坝体应力,保证坝体在温度荷载下的运行安全。仿真分析结果可为该碾压混凝土拱坝的温度控制、裂缝预测及其预防提供参考依据。     

利用非结构化网格三维模型探讨桥墩 周围流动现象

本文简要介绍了一种基于非结构化网格的三维水动力模型，模型采用有限体积法的思想，考 虑水流垂直方向流速，建立三维水动力控制方程。引用通量差分分裂(Flux Difference Splitting)算法对 控制方程进行了数值求解。最后基于该模型建立了日本川上河上的包含两个桥墩河段的三维水动力模 型。通过模拟计算，对两个桥墩周围的流动状态进行了分析。结果表明，该模型能够体现复杂情况下 桥墩周围的流动现象。     

基于ANSYS有限元法的鲜店拱坝坝肩裂隙处理方案研究

选取四川省蓬安县鲜店拱坝作为分析研究的实例基础,应用有限单元法的基本理论,采用ANSYS分析软件,创建了鲜店拱坝及其地基的初始三维有限元模型,将坝体与基岩视为理想弹塑性材料,以Drucker-Prager准则为屈服准则,以位移突变法作为判断坝体是否失稳的依据,采用夹层式裂隙模型,模拟坝肩裂隙和裂隙的处理措施,以静水荷载作为主要的荷载对拱坝进行稳定及应力分析。结果证明:将垮塌的滑坡体彻底清除干净,再用C15细石混凝土埋块石回填,对裂隙用低压浓浆进行固结灌浆处理,这种处理方式是合理可行的。该方式不仅可为其他类似病害工程提供经验和参考,还可将之推广到以后的水利工程建设中。     

基于 ANSYS 的拱坝三维有限元等效应力分析

有限单元法可处理多种复杂的边界条件,计算过程更严密,在拱坝应力分析中已广泛应用。通过对坝体的离散化,将坝体离散为相互作用的单元和节点进行复杂条件下的应力分析。采用 ANSYS 分析软件计算了某水库单曲浆砌石拱坝在多种荷载组合作用下的坝体应力及变形,实现了等效应力的参数化计算,并与拱梁分载法计算成果进行对比分析,进而对拱坝结构安全性进行分析评价。     

拱坝非线性开裂过程的随机分析

本文以拱坝及其周围为岩石基础研究对象，本构模型为非线性弹性，应力分析按形变理论，对破坏过程中的不同应力状态应用不同的强度准则和不同的功能函数.破坏过程的分析按三维随机有限元法分析对象的可靠指标场，从可靠指标场中寻找并联系统中最易出现的破坏轨迹.破坏轨迹的条件概率的集合即为拱坝破坏轨迹的概率向量.本文最后给出了一个拱坝非线弹性破坏过程分析的例子。     

General displacement arch-cantilever element method for stress analysis of arch dam

Based on the general displacement method and the basic hypothesis of the trial load method, a new advanced trial load method, the general displacement arch-cantilever element method, was proposed to derive the transformation relation of displacements and loads between the surface nodes and middle plane nodes. This method considers the nodes on upstream and downstream surfaces of the arch dam to be exit nodes (master nodes), and the middle plane nodes to be slave nodes. According to the derived displacement and load transformation matrices, the equilibrium equation treating the displacement of middle plane nodes as a basic unknown variable is transformed into one that treats the displacement of upstream and downstream nodes as a basic unknown variable. Because the surface nodes have only three degrees of freedom (DOF), this method can be directly coupled with the finite element method (FEM), which is used for foundation simulation to analyze the stress of the arch dam with consideration of dam-foundation interaction. Moreover, using the FEM, the nodal load of the arch dam can be easily obtained. Case studies of a typical cylindrical arch dam and the Wudongde arch dam demonstrate the robustness and feasibility of the proposed method.     

温度场有限元分析的接缝单元

目前混凝土坝的仿真分析正从单坝段仿真向全坝仿真发展,因而需要采用接缝单元,笔者给出三种温度场接缝单元的计算模型：有限厚度接缝单元、近零厚度接缝单元及简化接缝单元.