水管冷却混凝土温度场计算的三维p 型有限元法

引入阶谱与自适应技术,将p型有限元法应用于水管冷却混凝土温度场的仿真计算,通过对单元升阶谱,以扩大容许函数空间来提高数值解精度,并编制了p型自适应有限元计算程序。针对同一计算模型,分别采用不同网格密度的常规有限元法和p型有限元法进行了水管冷却混凝土温度场的计算分析和对比研究。结果表明,p型有限元法的计算结果在网格稀疏的情况下仍然能够达到较高的精度,特征点温度时程线和温度场等值线与精细算法值吻合得较好,而常规有限元法则误差相对较大。同时,采用p型有限元法进行水管冷却混凝土温度场模拟,可以在保证计算精度的前提下减少单元数量,从而降低前处理的难度、工作量以及计算的时间成本。     

含节理单元的三维p型自适应有限元解法

本文提出了含三维无厚度节理单元、等厚度节理单元和变厚度节理单元的p型自适应有限元模型，给出了三维节理单元升阶谱有限元法的解题步骤，通过具体算例，验证了p型升阶谱有限元法在求解含三维节理单元的有限元问题时的可行性及优越性。     

压电微流体泵液-固耦合系统流动特性

该文采用厚度积分平均的浅水模型和有限元法,得到压电微流体泵液体-硅振动片动力耦合振动方程。液-固耦合系统的模态分析给出硅片一阶模态自然频率和振型,以及硅片振幅-频率关系曲线。在模态分析基础上,加入压电效应,计算压电-硅片在外加电场作用下的振动响应。文中采用有限体积法计算微流体泵周期流动,得到微泵流量-频率的特征曲线,以及泵腔周期流动规特征。数值结果表明,在给定外加电压时,可以确定一个使微泵流量最大的工作频率。     

三维非稳定温度场的p型A适应有限元分析

自适应是降低有限元计算结果对网格依赖性的有效途径,基于p型有限元法建立了三维非稳定温度场的自适应分析方法,自适应的策略采用单元升阶法,误差估计方法取温度的高阶计算值作为精确解的“最佳估计”。通过三维混凝土板算例,研究了绝热温升和放热系数、模型尺寸、计算时步长度、边界温差对计算误差和单元阶次的影响。结果表明：在边界温差不大时,绝热温升比表面放热系数对计算误差影响更大;在高阶计算中小尺寸模型比大尺寸模型误差明显减小;计算时步长的变化反映了温度场的时间梯度,越大的时步长需越高的计算阶数;模型边界的温差变化表现了温度场的空间梯度,越大的边界温差需越高的计算阶数。     

三维非稳定温度场的p型自适应有限元分析

 自适应是降低有限元计算结果对网格依赖性的有效途径,基于p型有限元法建立了三维非稳定温度场的自适应分析方法,自适应的策略采用单元升阶法,误差估计方法取温度的高阶计算值作为精确解的“最佳估计”。通过三维混凝土板算例,研究了绝热温升和放热系数、模型尺寸、计算时步长度、边界温差对计算误差和单元阶次的影响。结果表明：在边界温差不大时,绝热温升比表面放热系数对计算误差影响更大;在高阶计算中小尺寸模型比大尺寸模型误差明显减小;计算时步长的变化反映了温度场的时间梯度,越大的时步长需越高的计算阶数;模型边界的温差变化表现了温度场的空间梯度,越大的边界温差需越高的计算阶数。     

用有限元法确定超厚钢梁振动时效性态

本文利用有限元法首次仿真计算超厚组合钢梁振动时效性态参数-固有频率和固有振型,选择了超厚组合钢梁振动时效消应电机型号,为采用振动时效技术选择性态参数提供指导意义.     

构皮滩拱坝坝身泄洪振动水弹性模型试验研究

构皮滩双曲薄拱坝最大坝高232.5 m,采用表孔和中孔泄洪,水垫塘消能。坝身最大泄流量与泄洪功率居世界拱坝之首,大坝的流激振动对坝体安全的影响问题必须研究解决。采用1/150的水弹性相似模型试验和有限元法计算研究坝身泄洪引起的坝体振动问题。研究结果表明：实验模态分析的大坝满库前4阶频率和振型与有限元法计算结果甚为吻合;在给定的泄洪条件下大坝的振动位移和动应力都很小,不会对大坝整体安全构成危害,但可能出现局部疲劳损伤;大坝流激振动的主要振源是泄洪孔上的水流脉动压力;优化表孔体型和齿坎布置有助于减小坝体的流激振动。     

水工结构的三维p型弹粘塑性自适应有限单元法

建立了三维p型弹粘塑性有限单元法的数 学模型，提出了其求解水工结构问题的自适应策略，编制了相应的计算程序，给出了具体算 例，计算结果表明三维p型弹粘塑性有限单元法，不仅计算精度高、收敛速度快，而且 具有升阶过程的可承袭性和网格剖分的简易性等优点，较易实现自适应过程，适合于求解大 型的水工结构非线性分析问题。     

坝体-地基-库水系统的动力有限元分析及其应用

基于有限元耦合声-结构方法(The coupled acoustic-structural method,CAS),结合阻抗边界条件,流体采用ABAQUS声学介质模拟,建立了有限元-无限元耦合的坝体-地基-库水系统的数值模型。该方法可对库底吸收边界条件、库水表面重力波和库尾辐射边界条件进行模拟。作为工程实例对满库Konya重力坝进行了分析,同时建立了附加质量-无质量地基模型作为对比。结果表明,附加质量模型算得的坝面动水压力分布明显偏大;附加质量-无质量地基模型的计算结果夸大了坝体动力响应。此外,该耦合模型计算效率较高,可对坝体-地基-库水系统进行更真实的仿真模拟。     

基于坝—岩基—水耦合解析的坝肩动力稳定分析

为了模拟三维状态下坝、岩基、库水的动力相互作用机理,研究提出了基于坝—岩基—水耦合的三维有限元分析方法。通过分析坝—岩基—水耦合动力相互作用理论,给出了坝—库水体的耦合条件、坝—岩基—库水的边界条件以及地震时粘性边界的分析方法。以某拱坝工程为实例,应用耦合三维有限元方法计算了拱坝及滑裂面应力分布,采用有限单元法和刚体极限平衡法,计算了坝肩各处的抗滑稳定安全系数。结果表明:最大拱向应力、梁向应力均出现在下游面,分别为1.43 MPa、1.50 MPa,在材料可承受的范围内。通过有限元法计算得到的拱坝坝肩岩体抗滑稳定安全系数为2.78~3.23,通过刚体极限平衡法计算的抗滑稳定安全系数为2.89~3.43,两者相差很小,说明该计算方法是有效的。研究成果可为拱坝坝肩抗滑稳定分析提供参考。     

水工结构的弹粘塑性自适应有限元分析

本文介绍了平面弹粘塑性自适应有限元分析软件系统ＡＣＯＲＥ的设计思想，对平面四边形网格自动剖分模块ＧＥＮＣＯＲＥ、时步自适应弹粘塑性有限元模块ＣＯＲＥ以及有限元网格尺度估计模块ＤＥＮＣＯＲＥ的有关理论问题进行了讨论，并给出了一个算例。     

两种动水压力模型重力坝地震动力损伤比较分析

采用基于位移格式的流体单元与弹塑性损伤本构的固体单元分析了坝体—水库耦合系统在强震下库水对重力坝的动力响应、坝体内部应力分布以及损伤的影响。对流固耦合模型与附加质量模型的坝体损伤分析结果进行比较发现,附加质量模型不仅对上游坝面的动水压力有放大作用,而且对坝体的其他动力响应,如位移、加速度,也有不同程度的放大作用。同时,附加质量模型对地震中坝体内部应力及损伤也有一定的放大作用。可见,流固耦合模型分析大坝—水库系统相互作用更接近现实情况。     

地震作用下孔隙水压力对边坡动力稳定性的影响

以某水库堤坝为研究对象,研究了地震作用下孔隙水压力对边坡动力稳定性的影响。先分析地震荷载引起的渗流场时程变化,再与应力场进行耦合,分析坝坡稳定性。渗流场和震动场分析采用有限元法,坡体稳定性分析采用极限平衡法。结果表明:地震作用会激发超孔隙水压力的增长,是否考虑地震荷载和孔压变化的耦合效应会使得稳定性分析结果有较大差异。不考虑该耦合作用时,边坡易发生浅层滑动,滑动面较平坦,易高估堤坝的抗震稳定性;考虑该耦合作用时,滑面位置明显深入,易发生深层滑动。孔压的累积效应可能是两相介质边坡动力失稳的关键因素。因此,地震作用下孔隙水压力对边坡动力稳定性分析具有至关重要的作用。     

设计地震作用下拱坝的等效应力应用研究

有限元法由于其适用性强的特点而大量应用于拱坝的应力分析中,但由于有限元法计算结果受网格尺寸和网格形态的影响较大,且易在坝踵和坝趾出现应力集中效应,给拱坝的应力评价带来困难。目前有限元等效应力法多应用于拱坝的静力分析中,但对于拱坝在设计地震作用下的应力分析,仍没有明确的评价标准。本文将有限元等效应力法扩展应用于拱坝的动力分析中,结合沙牌拱坝的工程实例,采用抗震规范的承载能力极限状态设计式对坝体强度进行评价,评价的结果和实际情况较吻合,为等效应力在拱坝动力分析中的应用提供了有益的探索。     

基于实时监控的混凝土坝振捣施工质量动态评价研究

混凝土坝仓面振捣质量评价是混凝土坝施工质量控制的重要手段。传统方法采用事中人工经验控制振捣参数与事后有限的钻芯取样点检测相结合来控制混凝土坝振捣施工质量;此外,现有的振捣台车振捣监控研究中仅采用单个测距仪进行测距,且缺乏仓面振捣质量评价方法。针对混凝土坝仓面内振捣施工实时质量动态评价和反馈控制的挑战和难点,本文提出了基于双测距仪联合测距方案的混凝土坝振捣施工质量实时监控方法,并基于该方法建立了考虑混凝土特性参数不确定性的混凝土振捣质量动态评价模型,该模型主要包括以下内容:(1)引入"信息熵"理论对混凝土特性参数的不确定性进行量化分析;(2)在考虑参数不确定性的情况下基于随机森林算法提出了混凝土抗压强度动态计算方法,并将计算结果应用于混凝土坝全仓面振捣质量评价。将该模型与多元线性回归和人工神经网络算法建立的评价模型进行了对比分析,验证了本模型的一致性和优越性。应用本文提出的评价方法对我国某西南碾压混凝土坝工程仓面变态混凝土区域的振捣质量进行了动态评价,结果表明,该方法能够准确评价仓面混凝土振捣质量,为混凝土坝振捣施工质量控制提供了理论依据。     

高拱坝伸缩横缝的开合对拱座岩体稳定的影响研究

高拱坝在强震作用下，伸缩横缝出现开裂，在一定程度上削弱了坝体的整体性能，不仅使得坝体的动力反应重新分布，坝肩岩体抗滑稳定的主要参数一拱端推力也产生很大变化，横缝的存在增加了对坝肩岩体进行抗滑稳定分析的复杂程度。本文给出了用动态子结构法计算有伸缩横缝坝体拱端推力的计算公式，并对坝体设有伸缩横缝的溪洛渡双曲拱坝的计算模型分别在人工地震波及柯依那地震波作用下，考虑库水 坝体相互作用、坝体自重、上游淤沙等因素的影响，对溪洛渡拱坝的拱端推力进行了计算，并通过拱端推力计算了拱座岩体的抗滑稳定安全系数。文中算式同样适用于其它结构。     

复杂岩基上的拱坝多拱多梁法应力分析

多拱多梁法（试载法）是拱坝应力体魄 主要方法，其中坝基变形常采用伏格特公式粗略计算。为提高地基变形的计算精度在对含有许多软弱夹层复杂地基的双曲拱坝的试载法应力分析中，除了采用伏格特公式外，还采用三维有限元法计算坝基变形，并对坝基软弱夹层处理前后的坝体应力和位移进行比较。计算成果表明，采用有限元法计算坝基变形是必要的，对软弱夹层进行处理有利于减小坝体位移和应力。     

高土石坝-地基动力相互作用的影响研究

我国土石坝建设高度已迈入300 m级,其体积和质量巨大,坝-基交界覆盖区域(建基面)沿顺河向长可超千米,且筑坝材料具有非线性特性,地震时的坝-基动力相互作用问题越发受到工程界的关注,亟待开展系统研究。本文以我国已建和拟建的若干代表性高土石坝工程为背景,采用波动分析方法考虑坝-基动力相互作用,系统地讨论了地基截取范围的影响,并通过与传统振动分析方法对比,研究了坝-基动力相互作用对大坝地震反应的影响。结果表明:高土石坝的地震反应计算采用波动分析方法更符合实际;在考虑坝-基动力相互作用时,建议地基截取范围取坝-基交界面顺河向长度的0.3～0.5倍(面板坝时约1.0H～1.5H,心墙坝时约1.2H～1.8H,H表示坝高);与振动分析方法相比,波动分析方法获得的坝体加速度极值降幅约为10%～40%,动位移极值降幅约为10%～50%,面板动应力极值降幅:拉应力约为20%～40%,压应力约为15%～30%。可见,坝-基动力相互作用的影响是显著的,振动分析方法不能反映地震对大坝作用的实际情况,高估了大坝的地震反应,从而低估大坝的极限抗震能力。