论文题目: 有缺陷压力钢管稳定性问题仿真分析研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 水工结构工程
作者: 孟闻远
导师: 卓家寿
关键词: 几何缺陷,加肋压力管道,几何非线性,失稳机理分析,新计算模型,改进的无单元法,仿真性实验,理论及数值分析
文献来源: 河海大学
发表年度: 2005
论文摘要: 大型水电站及高水头大容量抽水蓄能电站的兴建,使水电站压力钢管的建设规模日趋大型化、巨型化。由于高性能钢材的应用,使水电站压力钢管建造越来越柔薄,因此压力钢管稳定性成了压力管道设计的控制性因素。但目前压力管道设计的理论与方法缺乏相应的研究成果,国内外一直在沿用传统的解析法或半经验公式,但这些公式的计算模型有很大的局限性,所以国内、外时常有水电站压力管道失稳破坏的事故发生。有限元方法是一个很好的数值方法,但用一般壳体理论,需要较多的参数进行几何描述,构造既满足协调性又满足刚体位移及常应变要求的单元来求解常常带有缺陷的加肋薄壳稳定性问题非常复杂。 鉴于以上情况,本文开拓性地将无单元数值方法及实验仿真分析技术应用于压力管道外压稳定性问题的研究。 首先,本文对无单元法发展状况及压力管道外压稳定性分析理论与方法进行了系统地分析与研究,建立了具有初始几何缺陷的、几何非线性加肋薄壳外压稳定性分析计算的新模型,同时,还创造性地将混凝土与钢管间的缝隙转化成薄壳的初始几何缺陷,使过去对此类缺陷的研究更加科学化。 其次,本文改进与发展了新兴的无单元法。提出了构造无单元法场函数的新方法,该方法继承了无单元法及有限元法构造场函数的合理内核,保持了无单元法构造场函数的“局部性”、“移动性”及“高阶完备性”等特点,也保持了有限元法构造场函数的“直接性”及“插值性”,克服了无单元Galerkin法隐性求场函数的大量求逆运算以及场函数不过点拟合形成本质边界不易处理而影响无单元法发展的两大“瓶颈”问题;针对非凸区边界(如裂纹尖端、尖锐凹角等)处的高梯度场计算,不可避免会遇到影响区计算受到边界阻断的情况,无单元法目前对此处理的几个公式(准则),有关几何量难以计算,而此处的影响域计算很重要,本文提出了新的计算准则——弦弧准则,新准则既简便又有效;另外,还对不规则边界区域在高斯积分网格内的高精度积分技术进行了研究。 再者,本文还用张量分析的工具导出了厚曲梁的一般几何方程,用微分几何、矢量分析的工具导出了具有任意初始几何缺陷薄壳的非线性几何方程,该几何方程可以很方便的退化到完善壳、线性壳及其它特殊壳体,如柱壳及球壳等旋转壳。本文将加肋壳体看成壳与厚曲梁的组合结构,改变了传统解析法的物理模型,新
论文目录:
第一章 绪论
1．1 问题的提出
1．2 压力管道研究历史与现状
1．2．1 国内外压力管道一般问题研究概况
1．2．2 国内外压力管道稳定问题的研究状况
1．3 一般薄壳稳定性理论及其计算方法
1．3．1 稳定性理论
1．3．2 稳定性理论进展状况
1．3．3 一般薄壳稳定性问题的计算方法
1．4 无单元法的产生与最新进展
1．4．1 无单元法的发展状况
1．4．2 国内无单元法发展概况
1．5 无单元法的评述
1．6 本文研究的主要内容、技术路线及创新点
1．6．1 本文研究的主要内容
1．6．2 技术路线及创新点
第二章 压力管道稳定性理论的继承与发展
2．1 水电站压力管道分类
2．1．1 明管
2．1．2 地下、坝内埋管
2．2 目前压力管道外压稳定性分析方法
2．2．1 露天明管的外压稳定性计算
2．2．2 埋藏式钢管外压稳定性计算
2．3 目前压力管道稳定性计算模型与计算方法存在的缺陷
2．4 本文物理模型、数学模型和计算方法的特点及创新
2．5 本章小结
第三章 无单元 Galerkin技术的更新及实施技术
3．1 无单元的产生及其基本形式的分类
3．2 各种无网格方法的基本原理、特点及其评价
3．2．1 积分核近似类有 SPH，RKPM，MLSRKM
3．2．2 移动最小二乘逼近方法(MLSM)
3．2．3 单位分解函数类(PUM)
3．3 各种无网格方法的成果归纳及展望
3．4 无单元伽辽金法及其关键技术
3．4．1 EFG场函数的实现及其局限性
3．4．2 影响域大小的确定及权函数的选择
3．4．3 非连续域的处理
3．4．4 背景网格的处理
3．4．5 EFG控制方程
3．4．6 边界条件的处理
3．5 MLS方法的继承及新形函数构建方法
3．5．1 MLS方法的局限性
3．5．2 移动插值技术的继承
3．5．3 新形函数构建
3．6 非凸边界处影响域的界定
3．7 背景网格积分与误差的处理
3．8 权函数
3．9 考题验证
3．10 本章小结
第四章 带缺陷加肋柱壳组合体基本方程
4．1 带缺陷环向加肋柱壳组合体的分析模型
4．2 加肋柱壳应变状态分析
4．2．1 肋的应变状态分析
4．2．2 具有初始几何缺陷薄壳的非线性几何方程
4．3 肋壳物理方程
4．4 柱壳应变状态分析
4．5 新位移模式的建立
4．6 离散方程的实现
4．7 本章小结
第五章 压力管道稳定问题控制方程的建立与求解
5．1 Galerkin变分原理及其应用
5．2 剪切与薄膜“闭锁”及传统有限元方法的局限性
5．3 控制方程的实现
5．4 非线性特征值问题的解法
5．5 计算程序
5．5．1 计算方案
5．5．2 计算内容
5．5．3 程序设计步骤
5．5．4 方法考证及工程应用
5．6 本章小结
第六章 地下埋管抗外压稳定性实验
6．1 国内外压力管道外压实验研究概况
6．2 实验内容
6．2．1 实验目的
6．2．2 实验设备和材料
6．2．3 加载设备应满足的基本要求
6．2．4 对量测仪表的基本要求
6．2．5 实验设备和材料说明
6．2．6 实验装置图
6．2．7 试件受力模拟
6．2．8 测量设备
6．3 实验方法与步骤
6．3．1 试件制备
6．3．2 实验操作
6．3．3 实验时应注意的问题
6．4 实验实景及观测记录
6．4．1 实验实景记录
6．4．2 实验现象观察与结果分析
6．5 防止外压失稳的工程措施
6．6 本章小结
第七章 总结与展望
7．1 总结
7．2 展望
参考文献
附录
致谢
发布时间: 2006-01-16
参考文献
- [1].巨型压力钢管取消伸缩节研究及厂房结构静动力分析[D]. 赵德海.大连理工大学2001
相关论文
- [1].巨型压力钢管取消伸缩节研究及厂房结构静动力分析[D]. 赵德海.大连理工大学2001
- [2].钢衬钢筋混凝土压力管道施工期、运行期性能及其改性研究[D]. 秦杰.大连理工大学2002
- [3].预应力混凝土压力管道受力性能与计算方法的研究[D]. 李晓克.大连理工大学2003
- [4].抽水蓄能电站水力过渡过程调节控制研究[D]. 王林锁.河海大学2005
- [5].水力机组非线性控制策略及其工程应用研究[D]. 方红庆.河海大学2005
- [6].钢骨—方钢管自密实高强混凝土柱力学性能研究[D]. 朱美春.大连理工大学2006
- [7].钢管自应力免振混凝土轴压柱设计理论研究[D]. 徐磊.大连理工大学2006
- [8].双层压力管道及其在线安全监控技术研究[D]. 刘富君.浙江大学2005
- [9].水电站水机电系统振动特性和稳定性研究[D]. 周建旭.河海大学2006
- [10].三维含缺陷压力管道的极限与安定分析[D]. 杨彬.清华大学2001
标签：几何缺陷论文; 加肋压力管道论文; 几何非线性论文; 失稳机理分析论文; 新计算模型论文; 改进的无单元法论文; 仿真性实验论文; 理论及数值分析论文;