彭水水电站船闸高边坡开挖过程的有限元仿真分析
船闸闸首分期施工有限元仿真分析系统研究的开题报告
船闸闸首分期施工有限元仿真分析系统研究的开题报告一、选题背景和意义船闸是在河流、运河等水系中，由拦水坝和泄水渠、船闸室及尾水池等构成，起到防洪保护、调节水位、通航运输等作用。
而船闸中的闸门起到控制水流的作用，是船闸中最关键的部件之一。
在闸门的分期施工中，需要保证每个分期施工的闸门都具有足够的强度和稳定性，避免闸门损坏或断裂等不良后果。
因此，建立一种有限元仿真分析系统，对闸门分期施工进行分析和评估，不仅能够为船闸闸门分期施工提供可靠的理论依据，还能为相关工程设计提供科学依据和技术支持，具有重要的实用和推广价值。
二、研究内容和方案本研究旨在建立一种基于有限元仿真的船闸闸门分期施工分析系统，通过对闸门结构的建模和仿真分析，模拟并评估各个施工阶段的闸门强度和稳定性，为工程设计和决策提供科学依据。
具体研究内容包括：1. 船闸闸门的结构特点和施工过程的分析和研究；2. 建立闸门的有限元模型，并考虑材料的非线性和剪切变形等因素；3. 设计并编程实现基于有限元仿真的分期施工分析系统，实现闸门结构的动态仿真和分析；4. 对不同施工阶段的闸门进行模拟和评估，分析闸门的强度和稳定性等性能指标；5. 对结果进行分析和总结，提出建议和改进措施，完善分期施工分析系统。
三、预期成果和创新点本研究的预期成果包括：1. 建立基于有限元仿真的船闸闸门分期施工分析系统，实现闸门结构的动态仿真和分析；2. 对不同施工阶段的闸门进行模拟和评估，得出闸门的强度和稳定性等性能指标；3. 对结果进行分析和总结，提出建议和改进措施，完善分期施工分析系统。
创新点：1. 建立基于有限元的分期施工分析系统，能够全面、准确地评估闸门的强度和稳定性；2. 基于材料的非线性和剪切变形等因素，更准确地模拟分期施工过程中的实际情况；3. 对分期施工过程进行细致分析，指导工程设计和决策。
四、研究计划及进度安排本研究的具体计划和进度安排如下：1. 第一阶段（一个月）：搜集相关文献和资料，深入了解船闸闸门的结构特点和分期施工过程的实际情况；2. 第二阶段（两个月）：建立闸门的有限元模型，并考虑材料的非线性和剪切变形等因素；3. 第三阶段（三个月）：设计并编程实现基于有限元仿真的分期施工分析系统，实现闸门结构的动态仿真和分析；4. 第四阶段（两个月）：对不同施工阶段的闸门进行模拟和评估，分析闸门的强度和稳定性等性能指标；5. 第五阶段（一个月）：对结果进行分析和总结，提出建议和改进措施，完善分期施工分析系统；6. 第六阶段（一个月）：完成论文撰写和答辩准备工作。
有限元法在船闸闸首结构设计中的应用
有限元法在船闸闸首结构设计中的应用在船闸闸首结构设计中，有限元法是一种常用的分析和设计工具。
该方法可以帮助工程师预测结构的受力情况、变形和破坏状态，从而优化结构的设计和材料选型，提高结构的可靠性和安全性。
以下是有限元法在船闸闸首结构设计中的应用。
首先，有限元法可以使用计算机模拟结构的受力情况。
通过构建结构的三维模型，将其分解成一系列小的有限元单元，并计算每个单元在不同荷载下的应力和变形。
通过这种方法，可以确定结构的最大应力和变形情况，以及局部应力集中的位置，从而找出设计中的缺陷和破坏风险，并采取相应的措施进行改进。
其次，有限元法还可以帮助工程师进行结构优化设计。
通过模拟不同设计方案的应力及变形情况，可以比较不同设计方案的性能，从而找出最优的设计方案。
例如，工程师可以通过模拟不同的材料参数、几何结构和连接方式等，来寻找最经济、最安全的设计方案。
这种方法不仅可以提高结构的可靠性和安全性，还可以节省成本、时间和资源。
另外，有限元法还可以帮助工程师预测结构在不同荷载下的破坏状态。
通过将结构在不同荷载下的应力和变形情况与材料强度和破坏准则进行比较，可以预测结构在不同荷载下的破坏状态，从而判断结构的安全性和可靠性。
例如，通过模拟船闸闸口在不同水位和船舶重量下的受力情况，在最大荷载下预测其破坏状态，可以为结构的设计和维护提供重要的参考意见。
最后，有限元法还可以用于结构的动态分析。
例如，当船舶通过船闸时，闸首结构会受到船舶作用力的影响，从而产生动态响应。
通过有限元法可以预测结构在不同船舶作用力下的动态响应，如振动和变形，并进行合理的设计和加固。
有限元法在船闸闸首结构设计中的应用
有限元法在船闸闸首结构设计中的应用有限元法是一种利用计算机对实际工程问题进行数值分析的方法。
通过将结构离散化为有限个小单元，在每个小单元内分别进行受力分析和位移计算，最终得出整个结构的受力和位移情况。
这种方法可以较为准确地模拟结构的受力情况，对于复杂的结构尤为适用。
在船闸闸首结构设计中，由于闸首结构本身通常比较复杂，采用有限元法进行分析可以更好地了解结构的受力情况，为设计提供科学依据。
船闸闸首结构设计中，有限元法可以用于以下几个方面的分析和设计：1. 结构的受力分析：通过有限元法可以分析闸首结构在不同水位、不同船舶通过时的受力情况，包括受力大小、受力分布以及可能存在的应力集中区域。
这可以帮助工程师们更准确地评估结构的安全性，设计出更加合理的结构形式。
2. 结构的振动分析：船闸闸首结构在实际运行中会受到水流和船舶通过等外部作用力的影响，可能会产生振动。
有限元法可以用于分析结构的动力响应，评估结构在外部作用下的振动情况，为结构的振动抑制与控制提供设计依据。
3. 材料的选择和构件的优化：有限元法分析可以帮助工程师们评估不同材料对于结构受力性能的影响，根据实际需要选择合适的材料。
结合优化算法，可以通过有限元法对结构的构件进行形状和尺寸的优化设计，使结构在保证安全的前提下尽可能减少结构材料的使用，提高结构的经济性。
以上几点只是有限元法在船闸闸首结构设计中的一些应用，实际上有限元法在船闸工程中还有很多其他方面的应用。
通过有限元法的分析，工程师们可以更加全面地了解结构的受力情况，提高设计方案的可行性和合理性。
有限元法在船闸闸首结构设计中也存在一些局限性。
有限元法的准确性受到建模时的约束条件和假设的限制，对结构和材料的特性要求高，需要进行大量的实验验证。
有限元法对计算机硬件和软件的要求较高，分析所需的计算时间和资源较多。
有限元法虽然可以模拟结构在不同情况下的受力情况，但对于结构的疲劳寿命和长期稳定性等方面的分析有一定局限性。
三峡永久船闸开挖边坡岩体力学参数反分析
收稿日期:19972072073国家自然科学基金专题( 2425)及院科学技术基金资助项目(96210)作者简介:李端有 男 长江科学院大坝安全监测研究所 高级工程师 主要从事大坝安全监测研究工作三峡永久船闸开挖边坡岩体力学参数反分析3李端有 李 迪 马水山(大坝安全监测研究所)摘 要 采用基于人工神经网络的边坡位移反分析方法,取得了三峡永久船闸开挖边坡多介质岩体的宏观等效弹性模量,并利用各层等效弹性模量进行了有限元正分析计算,预测了三峡永久船闸开挖边坡下一开挖阶段的应力及变形发展趋势。
关键词 三峡工程 永久船闸 开挖边坡 位移反分析 神经网络 均匀设计0 概 述由于岩体的不连续性、不均匀性和明显的尺度效应,以及工程区域岩体的地应力及岩体力学参数也伴随着岩体的开挖而发生改变,因此人们研究利用岩体现场量测信息来确定各类力学数值计算模型的参数[1～3]。
必须指出,反分析所取得的力学参数,是岩体的宏观等效参数。
1 力学参数反分析样本的设计1.1 船闸布置及工程地质条件三峡永久船闸为双线连续五级船闸,布置于枢纽左岸坛子岭左侧一带山体中,船闸中心线方向为SE 110°58′08″,与轴线夹角为67.42°。
船闸线路总长6442m ,主体结构段长1607m ,每闸室平面有效尺寸为280m ×34m 。
两组船闸中心线相距94m ,中间保留60m 宽的中隔墩。
船闸闸室是在山体中开挖深槽形成,从上游至下游呈阶梯状,两侧开挖边坡高度一般为70～120m ,最高达170m 。
其中闸室段墙顶以下垂直边坡高为50～70m 。
船闸座落在坚硬的闪云斜长花岗岩上,岩性在总体上比较完整,整体强度高,断层、裂隙以陡倾角为主,主要断层、岩脉走向与边坡走向间的夹角多大于30°,断层以长50～100m 、宽小于1m 的陡倾角 级结构面为主,以走向NNW 、倾向S W 、倾角65～75°断层最发育,走向N EE 次之。
ANSYS有限元数值模拟在某开挖高边坡稳定性分析中的应用
ANSYS有限元数值模拟在某开挖高边坡稳定性分析中的应用作者：许容王辉来源：《西部交通科技》2020年第09期摘要：ANSYS有限元数值可以很好地模拟岩土体的力学性能，甚至通过选取适当的输入参数和计算模型，也能模拟出节理裂隙、软弱夹层、活动性断裂等地质情形。
文章结合某开挖高边坡工程实例，利用ANSYS有限元软件，通过应力、变形以及能量计算分析边坡的稳定性。
关键词：ANSYS有限元;数值模拟;稳定性0 引言边坡稳定分析方法很多，常用的方法主要是通过应力、变形以及能量计算分析边坡稳定性。
其采用矩阵分析模式，更加方便编程分析。
应当注意的是岩土工程在做有限元分析时，不应当过度注重其具体量值的大小，应更加注重应力应变的分布情况与相对的变化情况。
1 边坡工程地质概况该边坡位于云南省境內，构造主要受北西向和近南北向构造控制，区域地质构造背景十分复杂。
该边坡区2#倾倒蠕变岩体在边坡冲沟下游侧1 570～1 840 m高程处发育。
变形体表层覆盖有块石、碎石混粉土的坡积层;倾倒岩体主要为板岩（J2h）;下伏基岩为变质火山角砾岩夹片理化变质凝灰岩（T3xd）。
2 模型建立及数值模拟2.1 有限元模型建立选取开挖边坡横剖面，该剖面位于正面开挖边坡中段，剖面线总长535 m，前缘高程1 540 m，后缘高程1 960 m。
右岸边坡开挖至缆机平台，高程为1 678 m（见下页图1）。
本文通过将剖面的二维极限平衡的渗流场通过插值的方式赋予网格中的各个节点，具体步骤如下：首先将对各个工况下的渗流场进行模拟，得出某个时刻的孔隙水应力图（见下页图2）。
提取图中各个坐标和孔隙水压力值，通过插值的方法将坐标输入ANSYS FLUENT模块中，使用TB、PM命令制定的渗透系数和BIOT系数定义孔隙介质属性。
然后，通过fluent输出.cdb 格式文件，最后再导入ANSYS中。
ANSYS有由顶向下和由底向上两种建模方式。
本论文主要使用由底向上方式建立边坡的主体模型：首先提取坝址区CAD地质图中的等高线数据，存为XYZ坐标文件，然后导入到Surfer，选取建模区域内的坐标，通过克里格插值法将这些不规则高程点离散为均匀的网格点，导出这些网格数据为文本，最后在Excel中处理为ANSYS可以识别的APDL格式文件。
有限元法在船闸闸首结构设计中的应用
有限元法在船闸闸首结构设计中的应用船闸是内河航运与河流通行交通的关键设施，其结构设计致力于实现高效、安全和可靠的水位调节，以保障航运和沿岸开发。
在船闸中，闸首作为水闸的进出口部位，是最容易受到流体动力载荷和水波荷载影响的结构之一。
由于闸首结构具有复杂的几何形状和载荷工况，因此需要采用有效的结构分析方法来评估其受力性能和设计优化。
本文将介绍有限元法在船闸闸首结构设计中的应用。
有限元法是一种广泛应用于结构力学领域的数值分析方法。
在有限元法中，结构被分割成有限数量的单元，并在每个单元内建立局部的数学模型，以计算它们之间的相互作用和整体变形情况。
由于闸首结构具有各向异性和非线性的物理特性，因此需要使用合适的有限元模型进行分析。
目前，在船闸闸首结构分析中，常用的有限元方法包括线性静力学方法、非线性静力学方法和动力学方法。
线性静力学方法在闸首结构设计中的应用相对简单，通常适用于计算轻载荷下的结构受力情况。
在这种情况下，可以将闸首结构视为弹性杆件体系，使用一维或二维梁单元模拟闸座、柱墩和梁的受力情况。
然而，由于闸首受到水压力、涌浪和流体动力载荷等复杂环境载荷的作用，线性静力学方法已不能满足设计要求。
非线性静力学方法是基于材料本构关系和几何非线性理论的有限元法，可以用于模拟复杂动力载荷下的结构受力情况。
在闸首结构设计中，非线性静力学方法可以模拟闸首受压拱效应、裂缝扩展和塑性变形等非线性特性。
该方法通常使用三维实体元或壳单元模拟闸首结构的三维几何和复杂荷载情况。
然而，由于该方法需要考虑材料的非线性本构关系和结构的几何非线性，计算量较大，因此计算精度和时间效率需要综合考虑。
动力学方法是一种仿真结构在时间和空间上随机变化的数值模拟方法，广泛应用于机械振动、风荷载和地震分析等领域。
在船闸闸首结构设计中，动力学方法可以用于模拟结构在涌浪和流体动力载荷下的受力情况。
该方法通常使用一维或二维梁单元、壳单元或体单元模拟闸首结构的几何形状和频响特性。
边坡的有限元分析及ANSYS软件对边坡开挖的模拟
1 概 述
在水电站的兴建过程中 ,边坡的稳定问题十分 重要 ,边坡开挖前后的稳定状况直接关系着工程的 施工安全 、施工进度和经费预算等 ,因此有必要对边 坡的稳定性进行定性定量的综合分析 。边坡开挖前 后的应力场和位移场的变化规律是边坡稳定性评价 的基础 ,准确评价和预测边坡的稳定状况和发展趋 势 ,将为边坡的处理措施提供可靠的依据 。
ANSYS 软件包是一个多用途的有限元法计算 机设计程序 ,此套软件具有如下功能 : ①基于工程学 的理论以及许多数值分析的理论及技术 ; ②可解决 大部分工程上的问题 ; ③使用相当有效的解题技术 ; ④以使用者为导向 ,易于定义问题 ; ⑤完全由问题的 定义推得结果 ; ⑥有完整且高度技巧的图形表示能 力 ; ⑦有完整的文件帮助并有完整的例题且经过许 多的验证 。
ANSYS 软件主要包括三个部分 : ①前处理模块 提供了一个强大的实体建模及网格划分工具 ,用户 可以方便地构造有限元模型 ; ②分析计算模块包括 结构分析 (可进行线性分析 、非线性分析和高度非线 性分析) ,流体动力学分析 ,多物理场的耦合分析 ,可 模拟多种物理介质的相互作用 ,并具有灵敏度分析 及优化分析能力 ; ③后处理模块可将计算结果以彩
用 EALIVE 命令来激活单元时 ,程序并不是将 单元加入到模型中 ,而是在/ PREP7 中生成并先杀死 它 ,然后在需要的荷载步中重新激活它 。当一个单 元重新激活时 ,其刚度 、质量 、单元荷载等将恢复原 始的数值 。
4 ANSYS 的初应力输入功能
在进行结构分析时 ,ANSYS 可以使用输入文件 来把初应力指定为一种荷载 。初应力荷载只能用于 静态或完全瞬态分析 ,对线性和非线性都适应 。初 应力只能在分析的第一个荷载步中施加 。ANSYS 用 ISFILE 命令来读入初应力 。ISPILE 命令的选项 LOC 可以指定初应力的位置 ,如施加在单元的中心 或积分点处 。
高边坡条件下混合式船闸闸室墙有限元模拟及结构优化研究
高边坡条件下混合式船闸闸室墙有限元模拟及结构优化研究船闸作为水路运输中通航建筑物的主要形式,由于类型多样、形式复杂,结构的受力状态各有不同。
闸墙作为船闸结构的主要组成部分,在目前的工程设计中主要是以解析法为主,而有限元法作为可以精确求解闸墙受力及变形的一种方法,在船闸的设计及受力变形的研究中应用较少。
本文以老挝湄公河萨拉康船闸闸墙为工程实例,针对传统混合式闸室墙结构计算的局限性,建立高边坡条件下混合式船闸闸室结构的有限元模型。
在充分考虑到船闸闸室与周围土体(岩土)之间的相互作用、闸室中水位不同时的水压力、墙后土压力、底部锚杆的作用力等荷载的作用情况下,模拟几种主要工况下墙体本身以及其与岩基之间的接触应力。
分析边坡的稳定性及改变闸墙锚杆分布后对闸墙稳定性的影响,得到混合式船闸闸室墙的应力应变特征,为高边坡混合式船闸闸室墙的结构优化设计提供参考,研究结论可用于指导工程实践。
主要研究内容如下:1)运用传统解析法,计算并分析不同工况下船闸闸室墙的受力及抗滑、抗倾稳定性;2)建立混合式船闸闸室结构有限元模型,研究分析不同工况下船闸闸室墙不同部位的应力应变大小及分布情况;3)对解析法计算结果和有限元模拟结果进行对比分析,并运用强度折减法对边坡的稳定性进行分析;4)计算分析改变锚杆的间距、杆径、夹角时闸墙受力及变形的变化,找出变化规律并将其应用于船闸闸室结构的优化设计。
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彭水水电站船闸高边坡开挖过程的有限元仿真分析
刘先行;廖柏华;张小妹;杜丽惠;刘宁
【期刊名称】《水力发电》
【年(卷),期】2005(031)007
【摘要】彭水水电站船闸开挖段地形地质条件较复杂,断层分布较多,为此应用弹塑性有限元分析方法,采用接触力学的直接约束法模拟断层的滑移和脱开等不连续行为,对高边坡开挖过程进行了数值仿真.通过研究对比开挖过程中岩体的变形、应力以及塑性区的大小和分布,来评价开挖过程中边坡的稳定性和支护措施的有效性,为高边坡开挖方案的优化和选定提供指导.
【总页数】3页(P39-41)
【作者】刘先行;廖柏华;张小妹;杜丽惠;刘宁
【作者单位】清华大学,北京,100084;清华大学,北京,100084;清华大学,北
京,100084;清华大学,北京,100084;水利部,北京,100053
【正文语种】中文
【中图分类】O241.82;TV223.31(2719)
【相关文献】
1.彭水水电站船闸人字门安装工艺研究 [J], 陈永伟
2.乌江彭水水电站船闸监控系统应用 [J], 张茂林;;
3.彭水水电站船闸第6跨渡槽箱梁大型承重排架施工法综述 [J], 杨荣先
4.黄土高边坡开挖过程中的稳定性分析 [J], 付江
5.多级超高边坡开挖过程变形监测与工况模拟研究 [J], 曹蕾
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