拓扑优化在重力坝设计中的应用研究

文章以ANSYS10.0为平台,利用APDL和UIDL语言,对重力坝非溢流坝段进行拓扑优化.探讨了不同初始拓扑尺寸和下游面形状对坝体计算结果的影响.结果表明,对重力坝非溢流坝段进行拓扑优化是可行和有效的.     

拓扑优化理论在二维平面闸门设计中的应用

拓扑优化又称为结构布局优化,其主要目的是致力于寻求优化结构的某些性能或减轻结构重量的途径。随着形状优化和尺寸优化设计的不断成熟与完善,拓扑优化逐渐成为结构优化设计的研究热点与难点问题。利用连续体结构拓扑优化理论,对结构复杂的水工平面闸门进行研究,并通过对优化结果进行拟合,进行结构变形分析与应力校核。结果表明结构应力分布均匀,能够更好地发挥各部位材料的最佳性能,验证了拓扑优化理论在水工闸门中应用的可行性与优越性。     

MathCAD在水工结构设计中的应用

利用MathCAD具有记录复杂计算过程及文档编辑的特性,通过一挡土墙设计案例给出了MathCAD在水工结构设计中的模板设计方法,应用该方法在完成水工结构计算书模板的编制后只需输入该结构相关设计参数即可自动计算得出所需评价指标,并快速生成计算书。计算过程直观、修改便捷,便于对设计结果校核与管理,可有效提高工作效率。所给应用方法对其它工程结构设计具有借鉴意义。     

拓扑优化理论在平面闸门优化设计中的应用

所谓拓扑优化就是寻找设计空间中结构刚度最好的分布方式;或是结构最佳的传输途径,这样就可以对结构中的许多性能进行优化,帮助降低结构的质量。在形状以及尺寸方面,设计的方式都在不断完善,不断成熟,这种拓扑优化成为了优化设计中比较热门的话题。在对平面闸门结构进行优化的时将这种拓扑优化引入其中,再对优化之后的成果进行了重点探讨,验证在水工闸门中运用这种拓扑优化的理论是可行的。     

聚脲弹性体在水工建筑物止水中的应用

喷涂聚脲弹性体具有优异的综合力学性能、较高的抗冲磨能力、良好的防渗效果、耐腐蚀性强等特点,与混凝土、钢材、沥青等都具有良好的附着力。将聚脲弹性体表面止水系统应用于宝泉电站水库进出水口,结果表明:聚脲弹性体伸长率较高,可以适应结构缝的变形。     

拓扑优化在大型弧形钢闸门优化布置中的应用

采用拓扑优化理论进行水工钢闸门的布置优化，得出了大型钢闸门的合理结构形式：横向框架悬臂段长度为横向主梁长度的0．22倍；纵向框架悬臂段长度为纵向主梁长度的0．39倍。为水工钢闸门的设计提供了一种理性且实用的优化布置方法。     

水工建筑物结构设计关键问题初探

水利工程是为了防洪和水调度利用而建设的,对于提高防洪保障和改善城市水环境具有不可替代的作用,而水工建筑物的设计一直是水利工程研究的重点之一,随着我国社会发展的需求越来越受到重视。水工建筑物具有施工工艺难度大、工作条件复杂、受自然条件约束多等特点,因而在设计上要多从结构方面进行研究。文章将探讨水工建筑物结构设计中存在的各项问题,并针对这些问题来进行合理的设计。     

基于Optistruct的重力坝拓扑优化应用研究

基于Optistruct的变密度法,结合应变能优化准则对实体重力坝非溢流坝段进行拓扑优化.优化结果表明,坝体的应力、安全系数等指标均满足规范要求,证明了拓扑优化在重力坝剖面优化中的可行性和有效性.并进一步对优化结果进行数据拟合,分别对传统直线断面、三次曲线断面和折线断面进行了静力分析,发现折线断面在满足规范要求的情况下,坝趾竖向压应力更小,更符合应用要求.     

潜水泵在水工建筑物防冰中的应用

潜水泵在水工建筑物防冰中的应用张德举（北京市密云水库管理处）水工建筑物所受外界荷载是多方面的，如我国北方大部分地区，冬季在水工建筑物周围或前沿（挡水面）所受的冰荷载是常见的外界荷载之一，并由此引发的建筑物破坏也不乏例证。因此，水利工程管理单位在工程运...     

基于变密度法的实体重力坝拓扑优化

以ABAQUS为优化平台,基于变密度法,采用SIMP插值和RAMP插值2种模型对实体重力坝进行断面优化,结果表明应用SIMP插值模型优化的坝体断面出现大量空洞且迭代次数多为50;RAMP插值模型优化的坝体断面符合实体重力坝坝形且迭代次数较少,证明RAMP插值模型更适用于实体重力坝优化。进一步对最优模型的下游进行直线和曲线拟合,并进行静力分析,结果表明优化模型符合实体重力坝的各项应力和稳定性指标,且坝体下游设计为曲线形比直线形更能缓和应力集中区,在实际应用中更优。     

长江科学院水工岩石力学与工程应用研究进展

结合长江科学院岩石力学专业10余年来已有研究成果,综述了长江科学院在水工岩石力学与工程应用研究的新进展,包括基础理论与数值方法、岩石力学试验方法与技术、岩体地应力测量技术与地应力场、岩体地球物理与超前探测技术、岩体及结构锚固与加固技术以及在岩体工程中应用与实践等方面。叙述了在认识岩体、利用岩体和加固岩体过程中,水工岩石力学未来面临的持续挑战。最后指出未来研究的核心问题,包括岩石力学的非线性属性问题、连续-非连续介质力学问题、跨尺度力学特性评价问题、多场耦合问题以及高地震烈度动力条件岩石力学研究等。     

生态水工学的工程理念

水是生态系统的重要组成部分，河流、湖泊中的水与生物群落（包括动物、植物、微生物）共存，通过气候系统、水文循环、食物链、养分循环及能量交换相互交织在一起。水是生物群落生命的载体，又是能量流动和物质循环的介质。水体与生物群落相互依存，相互作用，形成了江河湖泊的自净能力，水利工程学应吸收，融合生态学的理论，建立和发展生态水工学。在满足人们对水的各种不同需求的同时，水利工程还应满足水域生态系统完整性，依存性的要求，恢复与建设洁净的水环境，实现人与自然的和谐。     

水利工程建设质量管理体系优化

水利工程承载防洪减灾、农业灌溉、河流治理等诸多公益性社会功能,在国民经济和社会发展中占有重要地位。未来十年,我国将有4万亿元资金投入到水利工程建设。长期以来,由于体制和机制原因导致水利工程建设质量状况堪忧。将系统理论中的协同学原理应用于水利工程建设质量管理,在现行质量监督体系和建设主体质量保证体系组成的二元结构体系基础上,引入社会质量信用评价体系,通过对建设主体质量保证子体系的完善治理、政府质量监督子体系的重构以及社会质量信用评价子体系的构建,建立了由这三个子体系构成的三元结构的协同质量管理体系,从而有效保证水利工程建设质量。     

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。     

环形拓扑快速追踪优化算法

针对电气网络中的环形拓扑，提出了一种新的优化追踪算法。在环形网络结构基础上，以有效功率方向为引导，进行拓扑分解与组合。通过串接式拓扑和桥形交叉式拓扑构造子图的讨论，揭示了拓扑死锁效应是因相互依赖关系造成的，因而引入分量交叉的优化追踪思想，并研究了追踪效率与追踪次序的相关性。利用子图监视哨实现了跳跃式追踪的算法流程。对某实际供电系统算例进行拓扑测试，表明优化追踪法比普通的全网追踪算法节省了234 ms，效率提高了74.76%。中小规模系统算例和中大规模系统算例结果表明了所述方法的高效性。     

基于粒子群算法的水利类试算问题求解

基于粒子群算法,提出水利工程试算问题的求解方法,与传统的迭代算法相比,此方法可以避免一些非线性复杂问题迭代公式的推算.最后应用该方法对实例进行了分析,结果证明了这种方法可以提高试算问题解的精度及求解效率,由于具有通用性,编制相关计算程序后,只需要更换其中的目标函数,即可完成复杂试算问题的求解,故具有良好的推广应用前景.     

江垭大坝水工模型水力学试验研究

1999年江垭大坝三中孔首次泄洪发现,在216m库水位,水舌出挑坎后,向二侧扩散,部分水体落到岸坡,引起局部冲刷。根据泄洪调度的要求,在库水位216m以上,仍存在中孔单孔单独泄流工况,而随库水位升高,水流扩散落入岸坡的范围可能增大。为了大坝安全泄洪,有必要进行局部体型优化,避免大坝下泄水流因扩散过度造成对岸坡的冲刷。另外,根据1998年洪水条件及新的城市防洪标准,经有关部门批准,江垭水利枢纽将大坝抬高3m。虽然泄洪建筑物体型不作较大修改,但泄洪调度方式需根据抬高水位条件重新调整。根据试验成果,大坝边表孔两侧边墙收缩角由8°增至11.314,°末端延长3m,边墙末端顶高程由160m加至165m,这样基本不改变原设计体型,水舌基本不冲刷岸坡,综合水力特性较佳。     

塔带机工作平台多载荷拓扑优化设计

以塔带机工作平台多载荷作用下的整体柔度最小为优化目标,基于实体各向同性材料惩罚函数插值方法,构建多载荷拓扑优化数学模型,利用HyperWorks/Optistruct求解优化模型,得到工作平台的拓扑形式。根据拓扑形式重构几何模型,并对原结构模型和重构模型进行静力分析比较,结果表明,工作平台结构经拓扑优化后,在减轻结构质量的同时,提高了结构刚度,减小了应力分布,比优化前更加安全、可靠。