高拱坝抗震理论分析进展

从高拱坝的抗震设防标准及动力稳定安全判定准则出发，对现有的高拱坝计算方法，如刚体极限平衡方法、刚体极限平衡与有限元结合方法、非连续变形分析（DDA）法、数值流形方法、界面元法、有限元-边界元-无限边界元耦合方法、随机有限元、人工透射边界和显式有限元法、并行算法，以及模型试验等进行了归纳．同时，还介绍了各种方法的优缺点．     

用耦合元方法计算二维物体的波浪荷载

本文中采用边界积分方程和有限元耦合的数值方法,计算了二维波浪绕射和辐射问题。给出圆形和长方形浮体、潜体在波场中的水动力系数和所受的波浪力,并详细讨论了计算方法。耦合元方法是近年提出的,用于无限区域中波浪的绕射和辐射问题时单元少,计算方便,经济可行,在海洋工程和波能利用的计算流体中有一定的推广意义。该方法也可用于三维问题。     

重力坝-基岩相互作用系统人工边界动力分析

以大型有限元软件ANSYS为平台集中比较了目前工程中广泛应用的几种人工边界条件,详细分析了半无限地基在各种人工边界以及不同频率的输入荷载作用下的动力分析结果的精确性和稳定性,对重力坝-基岩系统地震响应进行了数值分析。结果表明,人工边界的模拟精度与输入荷载的动力特性以及介质的弹性波速存在紧密的关系,当荷载激励频率较高时,相对较高的弹性波速才能保证人工边界的稳定性;黏弹性人工边界简单实用,能更好地模拟人工边界外半无限介质的弹性恢复性能和能量辐射作用。     

无限元在地基基础-坝体体系数值分析中的应用

为考虑坝体-地基共同作用,建立了有限元-无限元耦合模型.阐述了有限元与无限元耦合模式的基本原理.运用ABAQUS软件对一具有精确解的平面问题分别进行了有限元、有限元-无限元耦合分析,验证了引入无限元模拟无限域或半无限域问题的正确性和精确性.利用其对亭子口升船机坝段做了静动力分析,并与常规有限元法进行了比较.结果表明,采...     

强震作用下循环水泵房结构地震动力破坏机理分析

无限域地基精准的数值模拟是解决结构动力学问题的重要方法之一。为研究地震动力持时过程中泵房结构在边界效应下的动力破坏机理及损伤发展规律,以某循环水泵房为例,应用黏弹性边界、动力无限元边界分别进行抗震时域分析,引入混凝土塑性损伤本构,验证无限元边界效应对波动能量的吸收效果。结果表明,位移响应规律中,无限元边界对波的远域能量逸散效果与黏弹性边界分析结果二者接近,并且无限元边界施加形式更为简单,建模效率高;强震响应下蜗壳环向、肘形流道弯管段底部及扩散段两侧容易出现损伤破坏现象,以上这些部位在泵房结构抗震设计中应加以着重考虑。     

映射无限元在无限域问题中的模拟应用

通过对有限元和无限元原理的叙述,说明了在无限域问题的模拟中,映射无限元可以达到减少工作量,提高计算精度和经济性.通过具体的工程实例,进一步验证了映射无限元在无限域问题中模拟应用的可靠性.     

拱坝地震输入模型中黏弹性边界与黏性边界的比较

本文首先介绍了动力分析中无限地基数值模拟采用的各种方法，包括无穷元方法、边界元方法、无穷边界元方法。无限边界处理有叠加边界、黏性边界、黏弹性边界和人工透射边界。介绍了拱坝地震自由场输入模型。通过算例和实际工程计算，验证了黏性边界和黏弹性边界均有较好的吸能效果，且两种边界条件下，所得计算结果几乎一致。黏性边界或黏弹性边界均可作为拱坝地震自由场输入模型中的吸能边界。     

平面SV波斜入射下重力坝动力响应分析

为了研究地震动斜入射情况对重力坝的影响,在考虑无限地基辐射阻尼效应的前提下,基于隐式有限元结合应力型黏弹性人工边界的方法,通过大型有限元软件ANSYS APDL实现地震波等效荷载的转换,并从无限地基中截取三维地基验证了地震波等效输入的正确性,建立了重力坝-库水-地基-黏弹性人工边界的有限元动力分析模型,重点研究了平面SV波斜入射对重力坝坝体地震反应的影响。结果表明:随着平面SV波斜入射角度的增大,坝体关键部位的竖直向位移呈现出逐渐增加的趋势,顺河向位移呈现出逐渐降低的趋势,其中坝顶竖直向位移最大增加幅度达到52%,最大降低幅度达到34.9%;坝体关键部位的应力对平面SV波入射角度的改变敏感程度不太一致,其中坝踵处第一主应力呈现出逐渐降低的趋势,入射角度为30°时第一主应力最小值达到2.045 27 MPa,坝趾处的第三主应力呈现出逐渐增加的趋势,入射角度为30°时第三主应力最大值达到8.228 54 MPa,在同类工程设计中应重点关注。     

不同地基模型对拱坝动力响应的影响

在粘弹性人工边界理论基础上,结合波场分解法的地震动输入方法,应用ANSYS软件的参数化语言APDL,编制了模拟粘弹性人工边界和地震荷载输入的程序。针对某碾压混凝土拱坝建立了"库水-拱坝-地基"联合作用的有限元模型,采用施加粘弹性边界并输入相应地震动,讨论了无限地基辐射阻尼的影响,并与无质量地基模型的计算结果进行比较分析。研究结果表明,只有考虑辐射阻尼效应才会得到符合实际情况的坝体地震响应结果,因此实际工程抗震分析时对地基的模拟应该合理选取。     

基于黏弹性人工边界的拱坝动力响应分析

无限地基的辐射阻尼是影响拱坝地震反应的一个重要因素,无限边界的处理方法很多,其中黏弹性人工边界具有较高的计算精度和计算效率、较好的稳定性,同时程序容易实现。基于黏弹性人工边界的基本原理,以Ansys为计算平台,采用声学流体单元fluid30模拟库水,在坝基截断边界添加弹簧-阻尼单元以考虑无限地基的辐射阻尼影响;并以锦屏一级高拱坝在El Centro地震波作用下的动力响应分析为例,对不考虑坝基辐射阻尼与采用黏弹性人工边界两种计算方法的计算结果进行比较。结果表明,采用黏弹性人工边界条件后的动力响应(动水压力、位移、主应力)均有所降低,坝顶拱冠处的应力分布更为合理,动力响应时程滞后;验证了该边界条件的吸能效果。该方法计算效率高、稳定性好,克服了透射边界与有限元相结合的方法存在高频失稳问题的缺陷。     

拉格朗日元法中无限域问题的求解

近年来,拉格朗日元法在岩土工程中得到了广泛的 应用。但它对岩土工程中大量存在着的无限和半无限域问题并没有进行有针对性的处理,仍 然不得不采用截断边界的办法。在对拉格朗日元和无限元的数值格式进行深入研究的基础上 ,将无限元引入拉格朗日元中,提出了二者的耦合方案：在中心计算区域采用拉格朗日元, 而边界则采用无限元来处理;在求解时,对无限元边界也采用显式格式,无需形成整体刚度 矩阵;算法的收敛性问题也得到了较好的解决。数值算例表明,所提出的算法能显著地降低 截断边界对计算结果的影响。     

基于ABAQUS无限元的静-动力统一人工边界研究

对于强震作用下的大变形和非线性问题,叠加原理不能被用来计算结构的静-动力综合效应,这就涉及到静、动力边界转换或静-动力边界统一的问题。静-动力边界转换法较为繁琐,且如果不施加由静力边界条件引起的节点约束反力,模型存在不平衡力或不平衡力矩,造成计算结果失真。黏弹性静-动力统一人工边界在结构受切向静力作用时数值解精度不够理想。为了既方便又精确地计算结构的静-动力综合效应,提出了利用无限元建立静-动力统一人工边界,推导出适用于外源波动输入的等效节点力计算公式;基于Python语言,编写了等效节点力计算与施加为一体的程序。这种边界不需要进行静力、动力边界转换、应力场的导入以及边界节点约束反力的施加。无限元静-动力统一人工边界实现相对简单,且数值解精度高于静、动力人工边界转换法和黏弹性静-动力统一人工边界,特别是在切向静力的作用下。     

有限元/边界元法求解多连通域声辐射问题

本文用混合有限元／边界元法求解浸没在无限流域中任意形状结构物的声辐射问题。求解多连通域声辐射问题时，采用有限元构建内流域和结构域，边界元构建外流域，应用流体结构域交界面法向速度连续性条件耦合声流域和结构间的相互作用。对球形结构的数值计算同其理论结果的比较表明其有效性。对环肋双层柱形结构分别对考虑和不考虑腔间进水做了计算，计算结果表明了考虑腔间进水的必要性。     

无限元法在无限深透水坝基渗流计算中的应用

针对无限深透水坝基的渗流问题,在传统有限元数值模拟的基础上引入无限单元法,通过数学推导,建立有限元和无限元的耦合模型,即在传统有限元法基础上增加无限单元来模拟无限域渗流问题。以西北干旱区某大坝及坝基为例,对恒定水头作用下半无限深透水坝基进行常规有限元分析及有限元与无限元耦合分析,并将两者的计算结果进行比较,结果表明:两种方法的计算结果相差不大,但有限元和无限元耦合法计算精度可提高15%,更加接近实际情况,并且耦合法计算剖分单元会大大减少,大幅度节省计算时间。     

基于ABAQUS的三维地震动人工输入研究

选择合理的人工边界是模拟荷载作用下结构-地基相互作用的关键,在地震动作用下,无限地基的阻尼效应是影响结构-地基相互作用的重要因素。基于波动理论及ABAQUS有限元软件中的弹簧-阻尼单元,实现了基于粘弹性人工边界模拟地震动的输入,通与理论解的对比,证明该方法具有较高的求解精度。     

无限单元法在坝体混凝土温度场分析中的应用

通过在温度场分析中引入无限单元法,以有限元与无限元耦合的方式分析大坝及其基础的温度场,可以有效地考虑坝基的影响,以较少的计算量,得到与常规有限元相近的精度.还对无限单元模型中衰减函数的衰减系数、衰减中心位置的选取以及无限单元在无限方向上的计算点位置进行了探讨.算例研究表明,无限元温度场分析模型计算精度良好,无限元方法用于计算大体积混凝土温度场在节约计算时间、提高运算效率方面的效果十分显著.在所建议的较广的取值范围内,该法均可取得较好的计算结果,具有良好的数值稳定性.     

固体-液固两相饱和介质耦合动力有限元分析

基于固体介质和液固两相饱和介质动力学方程,采用有限元方法模拟脉冲荷载作用下介质耦合对结构动力响应的影响,并采用黏弹性人工边界模拟地震波的远域能量逸散效应。计算结果表明:介质耦合对地震波的传播有一定的影响;黏弹性人工边界可以削弱地震波在固定边界处产生的反射现象,较固定边界计算结果更符合实际情况。     

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Kon...     

粘弹性边界及地震动输入在ABAQUS中的实现

ABAQUS有限元软件在水利工程中应用广泛,人工粘弹性边界和等效节点荷载法是水工构筑物地震动力响应分析的常用方法。基于ABAQUS计算内核,采用Python计算机语言编写了二次开发程序,实现了人工边界处各节点的弹簧、阻尼器及等效节点荷载自动设置的功能,并具体阐述了程序编译流程和关键要素。建立的典型SV波底面入射模型对程序的适用性进行了验证,结果表明地震波的传递及反射规律与理论解一致,程序合理可行。     

粘弹性人工边界理论及其在重力坝模态分析中的运用

研究了在结构—地基动力相互作用问题中,人工边界理论的发展过程,重点分析粘弹性人工边界的理论价值和可行性。通过使用有限元分析软件ANSYS,设置combin14单元的参数属性,实现了对粘弹性人工边界的模拟并验证其性能的准确性。对重力坝在考虑结构—地基相互作用的情况下进行了模态分析,并和不考虑相互作用、假定地基为刚性条件下的情况进行比较。