坝基混凝土防渗墙应力变形三维有限元分析

为研究不同连接型式下基岩强度对混凝土防渗墙应力变形的影响,结合巴拉水电站土石坝混凝土防渗墙对坝体和防渗墙的应力变形进行二维和三维有限元方法计算,揭示了防渗墙应力变形随主要影响因素变化的规律,并分析了不同连接型式、不同强度的基岩对混凝土防渗墙墙体变形和应力的影响。结果表明,对防渗墙进行数值模拟时,设置有厚度节理单元可较好地模拟墙体两侧的"泥皮",结果较合理;基岩强度较高时,防渗墙和基础的连接方式对防渗墙应力变形的结果影响较大;进行三维模拟能更准确地反映防渗墙的应力变形特征。     

广义塑性模型在面板堆石坝静力计算中的应用

为了探讨广义塑性模型在土石坝仿真分析中的适用性,分别采用广义塑性模型和邓肯E-B模型对卡基娃堆石坝进行三维有限元静力计算,并结合现场监测资料,对比分析了不同本构模型下堆石和面板应力变形的差异。结果表明,两种模型计算的堆石应力变形规律相似,广义塑性模型计算的水平位移和沉降远小于邓肯E-B模型,更符合实际观测资料;第一主应力比较接近,第三主应力相差较大;竣工时面板变形规律基本一致,蓄水期时面板坝轴线方向位移分布差别较大,邓肯E-B模型计算的面板挠度大于广义塑性模型。与广义塑性模型相比,邓肯E-B模型计算的面板压应力偏大、拉应力区域较大。     

不同施工顺序对深厚覆盖层坝基折线型防渗墙应力变形的影响

鉴于施工顺序对防渗墙应力变形影响很大,以折线型防渗墙为例,运用有限元模拟了两种防渗墙的施工顺序,对比分析了竣工期和蓄水期的防渗墙应力变形规律。结果表明,防渗墙在转折处存在一定的拉应力;推迟防渗墙施工能够有效减小防渗墙大主应力、竣工期顺河向位移量,但将增大蓄水后防渗墙的顺河向位移量。     

红粘土塑性混凝土防渗墙与覆盖层变形协调性及防渗影响研究

为探究单掺红粘土塑性混凝土防渗墙在云南省斜墙土石坝除险加固中的可行性,采用三维有限元法分析了云南省某粘土斜墙下红粘土塑性混凝土防渗墙的应力变形规律,计算中防渗墙及坝体的本构模型采用邓肯张E-B模型,对不同水位下的防渗墙进行模拟计算,探究校核洪水位、正常蓄水位和死水位下防渗墙及覆盖层的变形协调变化规律及防渗效果。计算结果显示,坝体、防渗墙及覆盖层的应力应变均在合理范围内,大部分顺河向变形协调性较好,墙体各应力值均未达到破坏值,且防渗效果显著。     

铜车坝水库泥岩石渣坝复合土工膜与振冲碎石桩地基中混凝土防渗墙综合防渗体系的应力变形特性

铜车坝水库泥岩石渣坝综合防渗体系具有振冲碎石桩地基中设置混凝土防渗墙、柔性复合土工膜联结混凝土防渗墙等关键因素,为确保大坝防渗体系的安全性,采用大型三轴试验获得了坝料的邓肯模型参数,建立了准三维有限元模型,在土工膜与上、下垫层料接触部位均设置接触单元,反映土工膜与垫层料之间的接触特性,数值模拟了大坝施工与蓄水过程,阐明了复合土工膜与防渗墙综合防渗体系的应力变形特性。结果表明,泥岩石渣料属于低压缩性土,但其具有较为明显的强度非线性特性;防渗墙各时期的位移变形模式不同,围堰挡水期防渗墙水平位移偏向下游,竣工期逐渐向上游偏移,而蓄水期防渗墙在水压力作用下向下游发展,因此防渗墙上、下表面均存在一定的拉应力区域;土工膜的拉应变主要集中在防渗墙与土工膜的连接处,这是由于该地区刚度差异较大变形非协调所致。研究成果可为设计与施工提供重要的理论与技术支撑。     

垃圾填埋场防渗墙变形数值分析

为了研究以聚乙烯醇改性粘土基浆材为主要材料的垃圾填埋场防渗墙在实际应用中的变形规律,以室内实体模型为对比参照,根据实体模型的材料参数,采用有限元分析软件对用聚乙烯醇改性防渗浆材浇筑而成的防渗墙进行建模与分析,并比较了数值模拟结果与试验结果。结果表明,墙体水平位移自墙顶向下逐渐减小,未出现反向位移,水平位移近似于线性变化;墙体主应力小于浆材的极限耐受值,且无拉应力的出现,具有良好的变形协调性;计算值与模拟值变化趋势相近且差异较小,计算结果具有合理性,说明防渗墙的应力应变能够满足垃圾填埋场实际应用的要求。     

混凝土防渗墙应力参数敏感性分析

针对目前有限元计算所得的混凝土防渗墙应力常与工程实测结果出入较大问题,以狮子坪水电站土石坝为例,利用平面有限元法分析应力变形,采用敏感性分析方法研究了土体邓肯-张E-ν模型参数对防渗墙应力影响的敏感性,并分析了覆盖层、高塑性土、残渣单元及接触面Goodman单元四种材料16个参数对防渗墙应力的影响。结果表明,覆盖层地基的参数对防渗墙的应力影响较大,接触面参数的影响不容忽视,其他因素均对防渗墙应力整体影响较小。     

复合桩墙锚支护技术在深基坑中的应用

针对传统的支护结构土压力计算存在的缺陷,介绍了一种新型复合桩墙支护技术和特点,当基境支护深度较大或需对基坑及周围环境变形进行严格控制时,可对桩墙顶部采用预应力斜锚、桩墙中部采用锚杆、预应力锚杆等技术配合支护,具有止水挡土双重作用,介于刚性重力式档墙和柔性悬壁桩墙间的一种属半刚性、半柔性支护结构.实例结果表明,该支扩经济实用,有较高的推广应用价值.     

西龙池面板堆石坝应力变形三维有限元分析

分别采用邓肯E-B模型和沈珠江双屈服面模型模拟堆石坝体、利用线弹性模型模拟沥青混凝土面板进行有限元变形及应力计算分析,并对两种不同模型在竣工期和蓄水期坝体堆石和面板的应力变形规律进行了比较.结果表明,对外凸反拱曲线型面板堆石坝,邓肯模型计算的面板拉应力较大与实测不符,而弹塑性模型的计算结果则较合理.     

老虎嘴水电站左岸深防渗墙变形和应力有限元分析

根据渗流分析确定了老虎嘴水电站左岸防渗墙上下游的水压力荷载,应用非线性有限元计算得到了施工期、蓄水期以及地震情况下的坝基沉降和防渗墙位移、应力等,论证了该方案在技术上是合理可行的。采用渗流分析所得的防渗墙上下游水压力作为结构分析的荷载,计算结果能更准确地反映防渗墙的实际受力情况。     

组合式活塞的一种实体有限元模型与分析

提出一种组合式活塞的实体有限元模型，采用自由度耦合方法处理裙部与活塞头之间的接触联结问题。并分析了计算了一新设计的内燃机车活塞的温度场，以及气体压力，往复惯性力和热载荷共同作用下的活塞综合变形与应力。计算结果表明，活塞的综合变形与应力并不呈轴对称分布，活塞顶部存在较大的局部弯曲机械应力。     

水电站厂坝连接形式及平缝灌浆高程静力分析研究

针对某水电站厂坝连接方式及平缝灌浆高程问题,采用接触问题有限元混合法建立了三维有限元模型,分别计算了10个灌浆高程下坝体、厂坝连接处、厂房的变形及应力变化,据此分析出采用平缝连接、且平缝灌浆到进水管底高程就可确保坝体及厂房的稳定。     

基于挤压边墙技术的面板堆石坝应力变形研究

为研究挤压边墙对面板堆石坝应力变形的影响,以某面板堆石坝为例,采用非线性有限元法建立二维、三维几何模型,对比有、无挤压边墙施工方法坝体的应力和变形规律,并分析了挤压边墙混凝土参数 、面板与挤压边墙接触填料参数的敏感性。结果表明,采用挤压边墙技术的该面板堆石坝坝体及面板应力变形均在合理范围内,并获得了挤压边墙混凝土参数取值、面板与挤压边墙接触填料参数取值及坝体与面板应力变形的规律。     

考虑齿圈柔性的风电行星轮系动态啮合特性研究

针对集中参数法难以考虑齿圈柔性而有限元法计算量大的问题,以风电行星轮系为研究对象在集中参数/有限元混合法基础上提出一种揭示内啮合齿轮副延长啮合现象的分析方法。首先采用集中参数法建立风电行星轮系的动力学模型,并求解获得动态啮合力;随后,运用有限元法建立行星轮系内啮合齿轮副的有限元模型,并开展静态接触分析从而获得内啮合齿轮副各啮合位置发生多齿啮合时的变形阈值;最后,将集中参数模型获得的动态啮合力施加在内齿圈有限元模型上计算出内齿圈的动态响应,并结合发生多齿啮合时的变形阈值,从而揭示在不同负载和支撑数量下内齿圈上多齿啮合的分布区域,获得接触应力和齿根应力,分析啮合齿对数量改变前后对应力的影响。结果表明：考虑齿轮柔性后,内啮合齿轮副会出现除理论啮合齿对外其他齿对相接触的现象;随着负载扭矩的增大,内齿圈上三齿啮合首先发生在支撑两侧,随后三齿啮合发生区域不断增加;当行星轮与内齿圈间的啮合由理论两齿啮合变为三齿啮合时,其齿面接触应力和齿根应力小于其在相同时刻只计入两齿啮合时的应力值。     

Dynamic behavior of liquid water transport in a tapered channel of a proton exchange membrane fuel cell cathode

A numerical model of a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) cathode with a tapered channel design has been developed in order to examine the dynamic behavior of liquid water transport. Three-dimensional, transient simulations employing the level-set method (available in COMSOL 3.5a, a commercial finite element method software) have been used to explicitly track the liquid-gas interface. A liquid water droplet suspended in the center of the channel, 2 mm from the channel entrance, is subjected to airflow in the bulk of the channel. Three different cases have been studied: 1) hydrophobic bottom wall representing the gas diffusion layer and hydrophilic channel top and side walls, 2) all walls are partially wetted i.e. having a contact angle of 90°, 3) a hydrophilic bottom wall and hydrophobic top and side walls. The results show that tapering the channel downstream helps in water exhaust due to increased airflow velocity. A bottom wall, although hydrophilic, results in fast removal of water droplet as compared to partially wetted and hydrophobic bottom surfaces.     

Numerical simulations of the equilibrium shape of liquid droplets on gradient surfaces

The equilibrium shape of liquid droplets on horizontal and inclined plates that have a surface energy gradient is simulated numerically by applying a finite element method based on the principle of energy minimum in the present study. The numerical results show that the liquid droplet shape changes with locations under the influence of the unbalanced surface tension created by the gradient surface. It is shown that the contact angle reaches the maximum value at the one end of the droplet (2D), but it becomes minimum at the other end; the triple-phase contact line deforms toward the region with a smaller contact angle. It is further shown that the length of the liquid droplet increases with an increase in the surface energy gradient on the surface. More interestingly, an inflexion point appears when the droplet length varies with the center contact angle of the droplet, where the liquid droplet just locates at the transition region from the hydrophilic side to the hydrophobic side. It shifts to the hydrophilic side with the increase in the surface energy gradient. On the inclined gradient surface, the gravity induces a significant deformation of the equilibrium droplet shape towards the bottom of the surface. And the surface energy gradient further enhances the deformation when the unbalanced surface tension is directed to the bottom of the surface. However, the droplet shrinks back when the unbalanced surface tension is opposite to the component of gravity.     

大溪水库溢洪闸静动力三维有限元分析

主要介绍了应用大型通用有限元软件对大溪水库溢洪闸进行三维有限元静、动力分析的方法,采用更为合理的接触分析模型模拟侧向土压力作用下闸室底板与基岩的张开效应,研究探讨了闸室结构在各种工况下的变形及应力分布规律,进而了解闸室结构在设计条件下的工作形态,评价结构的安全性能,并根据三维有限元静动力分析成果优化了闸室的结构设计,使结构布置更为合理,在实际工程中取得了良好的效果。