流固耦合系统位移-压力有限元格式在渡槽动力分析中的应用

考虑FSI的边界条件,采用变分原理建立了流固耦合(FSI)系统的位移-压力(ui,p)有限元格式,给出流固耦合系统的动力特性方程。建立了矩型和U形渡槽的动力学分析的FSI模型,以非对称特征值求解法求解了大型渡槽的动力特性,并用隐式-显式积分算法计算了强震作用下大型渡槽的动力响应,计算结果表明,基于(ui,p)格式的流固耦合系统有限元分析格式,考虑了槽体与水体的相互作用,简化了计算模型,提高了计算效率和精度,同时也得出不同过水量下两种渡槽结构动力特性和响应的变化规律等结论,可为大型渡槽及同类工程动力设计提供参考。     

RPC200塑性与各向异性损伤耦合本构建模研究

针对活性粉末混凝土 (RPC200:Reactive Powder Concrete 200MPa)的非线性行为,将连续损伤力学和塑性力学结合起来,建立了RPC200的弹塑性各向异性损伤耦合本构。在有效应力空间内,采用非关联流动法则和非均匀等向强化法则建立了RPC200的塑性本构。基于损伤能释放率建立了损伤准则,并由正交法则给出损伤演化法则,同时采用两个不同的损伤硬化法则来描述拉、压性能不同的损伤硬化。证明了该文所建模型与热动力学基本原理的相容性。最后,给出了RPC弹塑性各向异性损伤耦合本构模型数值计算流程,并以简单例证证明了所建模型的预测能力。     

地震作用下大型渡槽动力响应分析研究

针对大型渡槽在地震作用下的结构响应问题,基于水工标准谱人工合成符合频谱关系的地震动,以豪斯纳尔(HOUNSER)理论简化槽内水体与槽壁的流固耦合作用,建立了大型渡槽流固耦合动力学分析模型,并以人工地震动和按比例法调整的ELCentro波作为输入,采用三维有限元及时程分析技术,对不同过水量下结构的动应力及动位移进行了计算分析.结果表明,人工地震动引起的响应比ELCentro波引起的大,同时得出不同过水量下槽体结构动应力及动位移的变化规律,为同类工程设计提供理论依据和参考.     

U型薄壳渡槽施工及运营阶段受力仿真分析

对某渡槽在施工及正常运营阶段采用了单元生和死的技术及“时程”分析的方法进行了动态跟踪分析,得出了预应力U型薄壳渡槽在张拉纵、环向预应力锚索、装配横杆、造槽机移位过跨、载水运营以及在运营过程中遇到偶然荷载这一系列受载过程中,槽身混凝土的力学行为变化规律以及预应力钢绞线和混凝土这两种主要材料在不同受力阶段的力学行为变化的相互规律,为类似渡槽的设计和施工提供了理论依据。     

进水口渐变段钢衬结构的分析及设计准则

水电站进水口渐变段钢衬结构在外水压力作用下,往往会发生大的变形屈曲破坏。为此,对某水电站进水口渐变段钢衬结构,进行了在外水压力作用下结构刚度及强度的分析,提出了渐变段钢衬结构分析的刚度及强度设计准则。同时指出,渐变段钢衬结构分析问题不属于结构稳定性问题,而属于结构刚度和强度问题。     

圆孔方形倒虹吸施工期温控防裂措施研究

圆孔方形倒虹吸较其它结构类型的倒虹吸有着更为优越的水力特性和受力性能,故在调水工程中具有很大的应用潜力。但该类型倒虹吸是典型的空腔薄壁大体积混凝土结构,施工期的温控防裂成为其推广应用的瓶颈。本研究基于此现实问题,以滇中引水工程下庄倒虹吸为研究对象,考虑了混凝土的水化热及早期力学性能、环境温度变化和温控防裂措施等因素,采用单元"生死"技术和"时程分析"方法,计算了下庄倒虹吸采用温控防裂措施和未采用温控防裂措施两种工况下的管体瞬态温度场,分析了这两种工况下管体温度场和温度应力场的变化规律。采用了混凝土的弹塑性本构关系和改进的Wliiiam Warnke五参数破坏面开裂准则,给出了两种工况下下庄倒虹吸管体混凝土的裂缝演化规律,证明了圆孔方形倒虹吸在不采取温控防裂措施的工况下,管体会因温度应力而开裂。同时,在计算分析的基础上,提出了下庄倒虹吸施工期的温控防裂措施,并验证了所采取防裂措施的有效性,以期为下庄倒虹吸及类似工程的应用提供施工依据。     

沙河渡槽槽身结构优化设计

以遗传算法为全局搜索方法,以混合离散变量的直接搜索与查点法为局部搜索方法,对遗传算法改进而形成了混合遗传算法。研制开发了基于混合遗传算法的渡槽结构优化设计程序。对于沙河渡槽进行了优化设计,得到了U形断面4槽、2槽和矩形断面4槽、2槽共4种槽型方案。从中确定U形断面4槽方案为最优方案,并被设计单位采用。优化结果表明：U形渡槽的经济性和安全性优越于矩形渡槽;遗传算法是一个很有推广应用价值的优化设计方法。     

大型U形薄壳渡槽动力分析

针对大型U形渡槽的动力特性和动力响应问题,建立了适于U形渡槽流固耦合(FSI)系统的位移压力(μi,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(μi,p)格式建立渡槽槽体--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,并用隐式--显式积分算法计算了4种水深、2种强震作用下大型渡槽的动力响应.计算结果表明,基于FSI的(μi,p)格式,考虑到槽体与水体的相互作用,简化了计算模型,提高了计算精度,同时也得出不同水深、不同激励下渡槽结构动力特性和动力响应的变化规律等结论,可为大型渡槽及同类工程动力设计提供参考.     

基于人工地震动的大型渡槽动力响应分析研究

基于水工规范谱合成符合频谱关系的人工地震动,以豪斯纳尔理论简化槽内水体与槽壁的流固耦合作用,建立大型渡槽流固耦合动力学分析模型,并以人工地震动和按比例法调整的EL-centro波作为输入,采用三维有限元及时程分析技术,对不同过水量下渡槽结构的动应力及动位移进行了计算分析,结果表明人工地震动引起的响应比EL-centro波引起的大.     

水电站引水压力管道受力分析与结构设计研究

针对水电站引水压力管道的受力和结构设计问题,以龙开口水电站引水压力管道为研究实践对象,采用三维有限元技术,考虑施工、运营,校核、取消厂坝伸缩节等因素的影响,建立引水压力管道的整体力学分析模型,对引水压力管道各段的受力特性进行了计算分析研究,给出了龙开口水电站引水压力管道结构设计要点,并就进水口渐变段结构设计及取消厂坝之间伸缩节后垫层钢管结构设计给出一些提议,供同类水电站引水压力管道结构设计参考.