坝体-库水-地基流固耦合有限元分析的地基模拟

为研究地基特性对坝体—库水—地基流固耦合的影响,以印度柯依那(Koyna)重力坝为例,采用ANSYS中的声学流体单元模拟库水,分别计算了地基为弹性、刚性时坝体在KOBE地震波作用下,典型时刻内库坝面上动水压力分布规律,以及坝顶上游侧水平和竖直位移的时程曲线,进行了模态分析并提取了前7阶频率。结果表明,地基特性对坝体—库水—地基流固耦合的影响非常大,不能简单地将地基视为刚性进行抗震设计。     

考虑库水可压缩性的高拱坝动力特性分析

结合实际工程给出了考虑库水可压缩性时高拱坝动力特性的数值求解方案.计算结果表明,库水的可压缩性对坝体的自振频率、振型参与系数和振型等动力特性均有较大的影响.考虑库水可压缩性之后,计算坝体动力特性时计算量略有增大,建议采用可压缩库水模型求解高拱坝的动力特性.     

拱坝—库水动力流固耦合作用的有限元数值研究

针对库水在拱坝结构动力响应分析中的重要影响,采用大型有限元分析软件ADINA验证了势流体单元模拟坝体—库水间耦合分析方法的正确性,并以西南某高拱坝为例,分析了考虑库水压缩性及库水位高度等条件下的坝体动力特性,获得了库水对拱坝动力特性的影响规律,可为拱坝抗震设计提供参考。     

考虑库水可压缩性的重力坝地震响应分析

以丰满重力坝重建工程为例,采用ANSYS-FSI流固耦合方法,考虑库水可压缩性对重力坝动力特性的影响,建立了丰满重力坝代表性坝段的坝体—库水—地基模型,分析了丰满重力坝的自振特性及其在地震作用下的动力时程响应。结果表明,考虑库水可压缩性能显著影响重力坝坝体的自振频率,与空库时相比坝体基频降低约16%,且随自振阶数增加,自振频率相对降低越多;与附加质量模型相比,该模型在设计地震荷载作用下能得到更加合理的坝体位移和应力,为丰满重力坝的抗震性能安全评价提供了有限元分析参考。     

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。     

三峡水库香溪河库湾水温结构及其对水动力影响的数值模拟

利用Delft3D数值模拟软件,建立三峡水库香溪河库湾z坐标系下三维水动力-水温耦合数学模型,根据2009年实测资料,通过数值模拟分析了库湾在各月的垂向和水平温度分布特征,研究了水温结构对库湾水动力的影响。结果表明,香溪河上游在枯水期垂向水温存在弱分层现象;而库湾水体在4~5月和汛期(6~8月),在距离河口18~30km范围内始终保持稳定分层,但在蓄水期(9~10月)和枯水期(11月~次年2月)仅在库湾底部存在水温分层,并给出了香溪河库湾及河口全年分层异向流动的演变过程,研究结果可为香溪河库湾水生态环境保护提供参考。     

考虑流固耦合的大型渡槽动力分析

针对渡槽动力性能对大型水利工程安全运行的影响问题,基于南水北调工程中某大型（三槽）渡槽工程构造型式,利用大型有限元分析软件建立了三维有限元模型,并对槽中无水及送水工况进行了动力特性和地震动力时程相应分析。结果表明,在动力反应中,槽内水体有明显的震荡,不同工况下渡槽的动力特性及动力响应都有明显的区别;渡槽侧墙是结构的抗震薄弱部位,在地震作用时正常运行工况下侧墙高度能够保证槽内水体不溢出。     

深厚覆盖层地基溢洪道应力变形有限元分析

受地形、地质条件限制,金佛山水利枢纽溢洪道将建立在第四系覆盖层地基上,为了解覆盖层地基的变形对溢洪道结构安全的影响,采用邓肯E-v非线性模型和线弹性模型,对不同工况下溢洪道的应力变形进行了有限元分析,研究了溢洪道在垫层竣工、结构竣工和泄水运行期时的地基变形、结构应力分布及伸缩缝变形。结果表明,地基变形、溢洪道结构应力分布与伸缩缝变形等分布符合一般规律,其中地基最终沉降量绝大部分发生在溢洪道垫层施工和结构施工期间,均在覆盖层厚度大处沉降量大,故建议对覆盖层天然地基进行处理,以减小施工期间地基的沉降变形。     

台上水体对水下振动台反力基础动力响应的影响

水下振动台是振动台型式的一种改进,即在传统振动台系统上增建台上水池系统,反力基础仍是水下振动台系统中的重要组成部分。为研究水池系统对振动台反力基础动力响应的影响,针对河海大学水下振动台的反力基础设计方案,采用有限元动力时程法,对比分析有水、无水工况各反力基础设计方案下的动力响应,并对反力基础周边隔振措施的有效性进行分析。结果表明,台上水体会略微增大反力基础的动力响应;反力基础周围设置隔振带可有效降低反力基础外围地面的加速度响应。研究成果可为水下振动台反力基础设计提供参考。     

流固耦合和地基辐射阻尼对乌东德拱坝地震响应的影响

在对乌东德拱坝进行动力时程分析过程中,考虑了坝体—库水—地基的动力相互作用和地基法向边界面上采用粘-弹性人工边界条件两方面的影响,与常规无质量地基模型的计算结果对比,流固耦合和地基辐射阻尼能使坝体的动力响应值分别降低20%和15%左右,地基辐射阻尼对乌东德拱坝动力响应的影响不显著。     

水工地下隧洞在地震荷载作用下的动力特性分析

应用土与结构动力相互作用理论,基于ANSYS软件建立了围岩-水工地下隧洞结构非线性动力相互作用的有限元分析模型,采用整体有限元分析方法对隧洞衬砌结构进行了地震时程反应的数值分析.分析了衬砌弹模、围岩类别以及地震波频率对洞室位移和应力响应的影响.     

拱坝拱梁分载法与位移协调耦合法的应用

针对拱梁分载法无法较真实模拟地基的不足,提出了一种简单的拱梁分载法与有限元地基耦合分析法,并推导了拱梁单元节点位移和转角与坝基实体单元节点的协调关系,较好地解决了在建基面坝体和地基节点的自由度不协调问题。实例结果表明,建模简便灵活、方法正确有效。     

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。     

塔背回填对混凝土进水塔结构静动力响应影响分析

为分析某枢纽工程中混凝土进水塔结构在塔背回填条件下的静动力响应,根据已知条件和合理计算假定建立三维有限元计算模型;对塔体在不同工况条件下采取振型分解反应谱法进行静力和动力计算,分析塔体混凝土结构变形与应力的大小和规律;并对塔体在塔背有无回填两种情况下进行静动力特性比较,以此来研究塔背回填对塔体静动力响应的影响程度。结果表明,良好的塔背回填可以对进水塔塔背形成有效的约束,对增加结构整体的稳定、减少变形和增强抗震性能有重要作用。     

桩—土—渡槽—水相互作用动力特性分析

目前,对渡槽抗震性能的研究多集中在槽身与水体的流固耦合问题上,对桩土间的动力相互作用则研究较少,然而桩土相互作用会影响渡槽结构对动荷载尤其是地震荷载的反应。为探究桩土相互作用对渡槽结构动力特性的影响,采用大型有限元软件ABAQUS对南水北调中线工程双洎河渡槽建立了同时考虑流固耦合和桩土相互作用的桩—土—渡槽—水三维仿真力学模型,并进行了不同工况下的自振频率及振动模态分析。结果表明,与固结模型相比,考虑桩土相互作用的渡槽结构在地震荷载作用下自振频率减小,桩土相互作用改变了渡槽结构动力特性。     

ALGOR FEAS及其在结构分析中的应用

介绍了ＡＬＧＯＲ ＦＥＡＳ软件的分析功能及其以结构分析中的应用。图３。     

国产某600MW汽轮发电机组基础动力学特性有限元分析

在分析国产600MW汽轮发电机组基础特点的基础上,运用Solidworks三维建模软件建立了基础的实体模型,采用有限元分析软件ALGOR对基础模型划分网格,进行纯框架式基础有无底板的模态分析与加载机组静载荷模态分析,找到了基础底板对基础框架的动力学特性影响规律,以及机组的设备质量对基础动力特性的定量影响。研究结论对改进此类机组的基础设计提供了理论依据。     

小型风力发电机组的动态设计与计算

对小型风力发电系统的振动频率采用解析法计算和有限元动态计算,得到塔架和叶片的固有频率的理论计算值、并用动态信号分析仪FOCUSⅡ进行了验证。根据机组的运行激励,分析了塔架和叶片的共振特性,找出它们结构上的薄弱环节,进而对结构进行动力修改方案的探讨。     

高寒区深覆盖层土石坝非线性动力分析

西藏高原地区存在大范围的冻土区域,因而研究该区域冻土对土石坝结构抗震安全性能的影响尤为必要。根据高寒区深覆盖层西藏旁多土石坝工程结构参数建立三维仿真分析模型,采用无限元法模拟无限地基辐射阻尼效应,通过渗流场和温度场分析确定出坝体-坝基冻土所在区域。采用等效线性方法计算分析不同工况下考虑冻土、不考虑冻土的结构动力特性和抗震性能,结果表明冻土的存在对土石坝结构动力特性和抗震性能均产生了一定的影响。