大型矩型水工渡槽三维流固耦合动力分析

建立了流固耦合(FSI)系统的位移一压力(ui,p)有限元格式,给出流固耦合系统的动力特性方程;并基于FSI系统的(ui,P)格式建立槽体-水体-槽墩-基础-地基系统的力学模型,采用非对称模态提取法求解了4种水深下渡槽的动力特性,计算了4种水深、2种强震作用下大型渡槽的动力响应,得到了不同水深、不同激励下渡槽结构动力特性和动力响应的变化规律.计算结果表明,基于FSI的(ui,p)格式,考虑了槽体与水体的相互作用,简化了计算模型,提高了计算精度.     

梵净山红云金顶形成演化流固耦合数值模拟分析

根据红云金顶的地质背景,采用三维有限差分软件对其形成演化进行两组对比分析:一组只受应力场作用,另一组受渗流场和应力场耦合作用,通过开挖命令来模拟不同构造时期对研究区形成演化的影响。结果表明,考虑岩土体内部流固耦合作用能更好实现对红云金顶形成演化较真实的还原,可为类似地貌的形成演化研究提供参考。     

浅谈大沙河口桩基防洪墙稳定复核

防洪墙是主要承受水平荷载的结构,通常采用混凝土或者浆砌石重力式结构、混凝土悬臂式、混凝土扶臂式等结构。一般要求结构不能产生水平向变形。而桩基础的水平承载力恰恰需要水平变形,才能发挥出水平承载力。文章首次从桩基础防洪墙现状存在的渗漏、变形等现象出发,找出地基防渗和水平承载力不满足要求等问题。分析上部重力式结构与基础桩基如何协调工作。对于承台基土的水平承载力,除规范规定的不应计取的情况外,笔者还提出了自己的观点。     

基于ALE方法的渡槽流固耦合数值模拟

地震作用下渡槽动力响应研究是渡槽抗震设计的关键环节。基于ALE理论,选用显式动力分析软件LS-DYNA,研究了地震作用下水体晃动产生的动水压力对渡槽槽身位移和应力的影响。结果表明:槽体结构的横向位移及应力随渡槽槽内水深的增加而增大;在横向地震波的激励下,槽身上部横向位移大于下部;在水体的晃动效应下,槽身底部应力较大。     

不同开度时弧形闸门流固耦合数值模拟

为研究弧形闸门局部开启时受力情况,采用单向流固耦合的方法,结合Realizable k-ε湍流模型和VOF方法,利用ANSYS、Fluent软件建立了水流流场和闸门三维模型,对不同开度下闸门受力情况进行数值模拟,获得了过闸流量和闸门变形、应力变化的规律,通过与理论计算过闸流量对比,验证了数值模拟结果的准确性。结果表明:随着闸门开度的增大,闸门动水压力逐渐减小,最大应力区域发生了变化,应依据不同的工作环境进行闸门设计和加固。     

基于Fluent的南水北调闸门流固耦合数值模拟研究

水工钢闸门在南水北调中线工程中应用较为普遍,对工程的安全及有效输水起着较重要的作用。利用现场闸门检测结果,验证了所建数值模型的合理性,采用CFD(Computational Fluid Dynamics)方法,利用RNG k-ε湍流模型,基于流固耦合理论,结合ANSYS Workbench平台内的Fluent分析模块及Static Structural分析模块,对闸门在不同开度下进行数值模拟分析,得出流场的水流压强和闸门的Mises应力及位移,探寻在不同开度时流场压强及闸门受力规律。结果表明：随着闸门开度的不断减小,闸门底缘附近的压强不断增大,同时闸门面板及主横梁的Mises应力及位移均是不断增大的,尤其当闸门开度小于0.40后,闸门附近处压强有明显增大趋势,面板和横梁的应力及位移有明显增大现象。     

移动式防洪墙系统的三维有限元模拟

基于大型有限元分析软件ABAQUS,对不同跨度的移动式防洪墙系统在静水荷载作用下的不同的工况进行了三维数值模拟.计算结果表明,本计算型号的移动式防洪墙系统在跨度不超过3m时,系统的最大应力及最大挠度均在安全范围之内,且该型号移动式防洪墙系统的跨度不宜超过3m.     

前坪水库砂砾石黏土心墙坝三维流固耦合分析

针对前坪水库工程砂砾石黏土心墙坝的特点,结合地质、设计和相关试验资料,采用南水双屈服面本构模型,开展三维流固耦合计算分析,计算考虑施工、蓄水时间效应以及运行期长期变形时间效应等,模拟前坪水库工程坝体的填筑过程、施工后至蓄水前、蓄水过程以及运行期的坝体应力变形分布规律和工作性态。研究发现:考虑流固耦合作用时,砂砾石黏土心墙坝最大应力、应变都较耦合前大;坝体在施工期最大沉降率为1.25%,运行期累计最大沉降率为1.36%;施工期最大水平位移为17.7 cm,运行期累计最大水平位移为35.2 cm。     

岩体单裂隙流固热化学耦合作用数值模拟研究

为全面研究渗流、应力、化学、温度影响下岩体裂隙的变化,建立了岩体单裂隙的流-固-热-化四场全耦合数学模型,并以Comsol Multiphysics软件为基础,将该数学模型转化为一个统一的偏微分方程组,实现了四场全耦合数值求解。该模型给出了更接近真实物理过程的数值解答,避免用松散耦合法求解多场耦合问题带来的误差。同时通过对两个实例的计算模拟,分析了在渗流、压应力、水化学溶蚀和温度等多因素耦合作用下,岩体单裂隙渗透特性的变化规律,得出了裂隙岩体渗透特性的影响机理和关键影响因素。     

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。     

黄河大堤丁坝流固耦合分析研究

将黄河大堤丁坝概化为三维地质模型,考虑坝体建成后水位保持施工期水位和坝体建成后水位升至设计水位2种工况,对坝体和渗流的相互作用进行了耦合分析。结果表明：在第一种工况下丁坝最大沉降量为5.2 cm,在第二种工况下丁坝最大沉降量为2.14 cm;丁坝内部应力以压应力为主,在丁坝裹石台阶边缘存在拉应力,在台阶内侧存在应力集中现象。     

基于ADINA的混流式水轮机流固耦合分析

以连续方程、动量方程、Reynolds应力方程和RANG湍流k-ε模型为控制方程,采用流固耦合理论追踪耦合界面,建立了混流式水轮机数值模型。通过ADINA软件平台,采用流固耦合模块,实现了转轮叶片与内部流场耦合的模拟,得到了转轮结构的应力应变、流场的压力、流速和k-ε分布。     

饱和砂土流固耦合细观数值模型及其在液化分析中的应用

在饱和砂土连续力学模型的基础上,建立了一个饱和砂土固相颗粒和液相流体耦合的细观力学模型,固相颗粒采用离散元的颗粒流理论模拟,液相流体通过求解平均Navier-stokes方程的计算流体动力学技术计算。该细观模型用二维渗流问题进行了验证,并将其应用于饱和砂土的液化分析。数值模拟结果显示,采用的模型可以描述从低雷诺流到高雷诺流范围很大的流体运动。液化分析表明：液化首先在试样的表层产生,接着向深部发展;而超孔隙水压力则从底部开始消散,然后逐渐向上发展,直至完全消散。砂土液化过程中土体孔隙率不断变化,渗透系数也随之改变。     

防汛墙桩基内力分析

结合某防渗墙内力分析实例阐述了防汛墙及桩基的受力特点、常规计算方法和存在问题，提出了考虑墙、桩及其与土相互作用的非线性有限元分析方法，并给出了根据有限元结果直接计算防汛墙桩内力的计算公式，克服了结构设计中需用内力配筋、而常规有限元法只能给出应力的缺点。     

高填土软土桩基堤防加固的三维数值分析

为明确高填土软土桩基堤防变位机理,提出合适的加固方案,以梧州河东堤西江段为背景,对堤防及其基础进行数值分析。考虑超孔隙水压力,运用防洪堤-桩-地基三维流固耦合数值法,对参数进行敏感性分析和反演,发现堤防小变位时其变位由变形模量主导,大变位时由抗剪强度主导;地基参数建议值存在一定的富余;洪水漫顶时,堤防主体结构仍安全,但存在大应变区;各排桩受力存在较大差异;根据大应变区分布,提出充填灌浆加固方案;在设计洪水位时,加固后堤防变位减小显著,结构强度满足规范要求,表明加固方案有效可行。研究表明,数值分析是复杂堤防变位分析的有效手段,分析方法和加固方案可为类似工程提供参考。     

排架式渡槽流 固耦合动力特性分析

本文分析了排架式渡槽横向流 固耦合动力特性，计算结果表明：排架式渡槽流 固耦合系统的模态可分为两类：一类为“流体振荡模态”，以流体的晃动为主，反映了流体固有晃动模态在耦合系统中的影响；另一类为“结构振荡模态”，以结构的振动为主，反映了结构固有振动模态在耦合系统中的影响。提出了两种特征值问题的计算方法，将其应用于实例计算，讨论了两种方法的优缺点。     

平面钢闸门流固耦合分析与优化设计

针对潜孔平面钢闸门在启闭过程中,受水流脉动压力荷载作用可能引起强烈振动而容易发生 破坏的问题,以某引水工程取水口工作闸门为例,运用有限元软件,采用流固耦合法,对平面钢闸门进行 了流固耦合分析,得到闸门的自振频率;通过对闸门进行水动力学模型试验分析,得到作用在闸门底缘 上的脉动压力能量主要集中在20Ｈｚ以内,并以此预测出闸门有产生共振的风险。为防止闸门在运行中 产生共振,对闸门进行优化设计。结果表明,通过提高闸门的自振频率,使闸门的自振频率远离脉动水 流高能区,能够有效预防闸门产生共振的风险。     

长岗坡渡槽流固耦合特性分析

以广东长岗坡渡槽为研究对象,考虑运行期水体与槽体间的耦合作用,运用ANSYS有限元软件建立渡槽流固耦合模型,采用Unsymmetric法提取有水和无水两种工况的模态结果,获得前5阶频率和主振型。结果表明:渡槽结构的基频为1.034 Hz;渡槽结构的主振型以横向振型和整体振型为主;运行水位工况的各阶频率均小于无水工况,水体的存在削减了结构自振,因此在结构抗震设计和安全评价时应考虑流固耦合作用。     

弧形钢闸门流固耦合自振特性分析

为了使设计的闸门自振频率远离水流的高能脉动主频率段,以保证闸门的安全,采用三维有限元的数值方法,考虑流固耦合作用,得出了弧形钢闸门在不同开度下的自振频率和振型模态特性。计算结果表明:水体对闸门的影响总趋势是使其自振频率降低、振动模态发生变化;闸门的自振频率随着开度非线性变化。