基于扩展有限元的非对称四点梁复合型开裂分析

针对裂纹在三维实体中沿曲线或曲折路径扩展问题,应用三维扩展有限元的基本原理,结合ABAQUS有限元分析软件和粘聚裂缝模型,对混凝土梁在荷载作用下的复合型开裂过程进行了数值模拟分析。模拟结果与试验资料对比分析结果表明,基于扩展有限元法的三维模型对裂纹路径具有较高的预测精度,能有效分析实际工程中的复杂断裂失效问题。     

基于扩展有限元法的重力坝水力劈裂分析

利用扩展有限元法模拟裂纹扩展的优势,考虑裂纹面上水压力的作用,给出了重力坝裂纹水力劈裂问题的有限元实现方法,对重力坝裂纹水力劈裂进行数值模拟分析。计算结果表明,考虑水力劈裂作用的裂纹尖端周围应力集中更加明显,且不考虑水力劈裂作用的最大裂宽、坝顶最大位移及坝踵位移均小于考虑水力劈裂作用的相应位移。     

强震区碾压混凝土重力坝非线性地震响应分析

针对传统的线弹性模型不能准确模拟强震区碾压混凝土重力坝的地震响应问题,介绍了考虑坝体材料非线性的损伤模型和考虑接触非线性的缝接触模型,并将这两种模型应用于鲁地拉重力坝非线性地震响应分析中,以坝头部的裂缝贯穿为"破坏"准则,计算裂缝贯穿前坝体所能承受的最大地震作用。结果表明,在该准则下,材料非线性模型和接触非线性模型分别算出最大荷载作用为1.6倍设计地震和1.5倍设计地震,计算结果十分接近,均可用来评价碾压混凝土重力坝的极限抗震能力。     

考虑无限元边界的混凝土重力坝动力损伤分析

针对无限元边界模拟地基可解决使用截断地基时地震波在地基中的能量无法逸散的问题,以观音岩重力坝为例,采用混凝土塑性损伤模型和无限元人工边界,计算了重力坝在不同地震荷载作用下的动力时程响应,验证了无限元边界对地震波能量的逸散作用,比较了材料损伤引起的材料刚度降低对坝体响应的影响,获得了不同地震荷载下坝体损伤的发展规律。     

基于损伤塑性本构模型的混凝土拉伸裂纹扩展数值模拟

基于ABAQUS损伤塑性本构模型,采用粘塑性归一化方法和控制位移增量法,对三维混凝土模型在竖向拉伸应变分别为7×10-5、8×10-5和10-4三种情况下的损伤与断裂过程进行数值模拟。结果表明,基于ABAQUS的损伤塑性本构模型能较好地模拟混凝土试件在不同拉伸应变下裂纹萌生、扩展到宏观裂纹形成的破坏过程,且与物理试验结果基本吻合。     

基于扩展有限元法的混凝土重力坝裂纹扩展研究

针对混凝土重力坝裂纹开裂扩展问题,基于扩展有限元(XFEM)理论,以Koyna大坝为例,分别建立基于附加质量法和无质量地基法的传统抗震分析模型和基于流固耦合法和粘弹性边界法的新型抗震分析模型,并针对两种模型进行线性时程分析和非线性裂纹扩展模拟分析。结果表明,以流固耦合法和粘弹性边界法建立的坝体-地基-库水抗震分析模型的动力峰值响应整体减小了约30%;传统模型的裂缝张开位移有一定程度的夸大,基于流固耦合法和粘弹性边界法建立的坝体-地基-库水抗震分析模型的裂纹扩展路径与实际振动台试验结果更接近。     

MCE地震作用下全坝段三维碾压混凝土重力坝动位移分析

碾压混凝土重力坝切割式横缝接触面存在一定初始强度,忽略该强度与坝体实际运行状态差异较大。对此,基于ABAQUS有限元分析软件,考虑各相邻坝段间的相互作用力和切割式横缝接触面初始强度,对全坝段三维光照碾压混凝土重力坝—地基—库水体系进行有限元数值模拟,分析了碾压混凝土重力坝在最大可信地震作用下的动位移响应。结果表明,忽略碾压混凝土重力坝切割式横缝接触面初始强度会降低坝体动位移响应程度,且三维数值模型相对于二维更能反映重力坝各相邻坝段间相互作用行为,对高碾压混凝土坝非线性动力响应理论研究有一定参考价值。     

基于ADINA的重力坝地震响应分析

针对云南阿海重力坝,利用大型有限元软件ADINA分别基于流固耦合理论和Westergaard附加质量方法建立了动力数值分析模型,并进行了自振特性和地震响应计算.结果表明,两种模型的自振频率较接近,附加质量模型的地震响应大于流固耦合模型.在重力坝抗震研究中,利用ADINA的流固耦合模型考虑水体的影响更接近实际工程.     

粘弹性边界在流固耦合系统动力分析中的应用

将粘弹性人工边界应用于重力坝—地基—库水系统的地震反应分析中,分析了系统在水平地震荷载作用下的响应,并与传统的无质量地基模型和无限地基模型进行比较,粘弹性边界模型所得结果与无限地基模型非常接近,而无质量地基模型的计算结果偏大。通过比较不同地基范围下粘弹性边界对坝面加速度和动水压力分布的影响,得出了在采用粘弹性边界时地基范围取1.5H坝高即可满足要求。尽管考虑库水可压缩性增大了坝面动水压力,但却减小了坝面加速度响应。     

混凝土重力坝抗震破坏等级及安全评价方法

为有效地评价混凝土重力坝的抗震性能,考虑迎水面破坏、不同裂缝倾入坝体的程度、灌浆帷幕破坏程度和损伤区域的位置对重力坝整体结构的影响,基于混凝土塑性损伤力学本构模型定义大坝整体损伤指标,并以整体损伤指标划分重力坝地震破坏等级,建立混凝土重力坝抗震破坏评价模型。采用该方法对某混凝土重力坝的抗震安全进行评价,得到强震作用下大坝的破坏模式及抗震性能,结果表明该大坝在设计地震下发生的破坏为可修复性破坏,在校核地震下会发生严重破坏,坝头可能会发生断裂,建议强震发生时及时降低库水位以确保下游安全。     

基于线弹性断裂力学的裂缝稳定性分析

对线弹性断裂力学中的两种计算应力强度因子的方法：外推法和奇异单元法进行了比较研究，并以某重力拱坝下游部位的裂缝为例，用外推法分析了荷载作用下裂缝的稳定性，建立了裂缝的预报模型。     

非线性阻尼模型对重力坝地震响应的影响

阻尼对结构的振动反应有重要影响,目前重力坝设计阶段通常取阻尼比为常数,但不能真实反映结构的阻尼机理。为此,基于大型通用有限元软件ABAQUS,利用混凝土损伤塑性模型分析了重力坝在地震荷载作用下的损伤发展和能量耗散,提出了重力坝结构非线性阻尼模型的表达式,分别采用非线性阻尼模型和常阻尼模型计算了重力坝在三向地震波作用下的响应,并对结果进行了对比。结果表明,采用非线性阻尼模型计算的结构响应较大,因此采用常阻尼比模型进行结构地震响应分析可能产生不安全的结果。     

基于锥体理论的三维拱坝无限地基SBFEM模型

基于锥体动力学理论,提出一种合理的三维拱坝无限地基SBFEM模型,利用具有马鞍面为表面的半无限空间代替拱坝无限地基。经算例验证,该模型精度可靠,能够方便高效地解决拱坝—无限地基的相互作用问题,从而拓展了SBFEM的应用范围。     

地震作用下重力坝转折坝段群动力响应分析及碰撞研究

重力坝转折坝段群由于自身结构特点需要专门评价抗震安全性能,其全时间历程的动力响应和碰撞分析是抗震安全评价的重要内容。采用无质量地基基底输入三向地震动的方式,对大型重力坝转折坝段群的动力特性进行整体模拟和时间历程分析,并通过无厚度动接触力学模型分析了地震过程中由地震空间效应引起的坝段碰撞等相互作用。算例分析表明,重力坝转折坝段群的坝顶部位在地震过程中发生碰撞的可能性较大,坝段间张合距离等空间相对关系必须考虑转折角度的影响。这为类似工程转折坝段群的抗震安全评价提供了有益的参考。     

曲线重力坝的动力特性和地震反应分析

以某典型混凝土曲线重力坝为例,充分考虑坝体、推力墩、溢流墩和岩基的相互作用,采用空间组合有限元直接滤频法求解地基—坝体系统的自振频率、周期和振型,按振型分解反应谱法计算地基—坝体系统的地震反应。结果表明,地基—坝体系统前6阶振型的振动主要是坝体的整体振动,而后面的高阶振动则主要是以坝顶或下游表面溢流墩的局部振动为主,地基的振动量很小;正常水位下地震时坝体的最大动位移发生在坝顶的顺河流向,最大值为22.1 mm,地基的位移很小;正常水位下地震时坝体的最大动应力分量发生在靠右岸2/3高程附近的横河流向,最大值为2.78 MPa。