基于ANSYS的乐化水库渗流场与应力场的耦合分析研究

论文摘要

在已建成的各类水库当中,绝大多数都是以土石坝为主,由于勘察设计、施工、管理等不当因素的影响,使得许多堤段以及水库存在着不同程度的安全隐患,为了使工程效益得到充分的发挥,防止垮坝决堤等严重事故的发生,我们就必须对导致坝体失稳的一些重要因素进行分析研究,其中,渗流是最重要的原因之一。通过对渗流场的计算分析,确定其浸润线与逸出点的位置,为除险加固工程提供一定的依据。但实际上土坝并不只是受到渗流场某一个单场的影响,多场之间的耦合已成为关注的焦点。本文通过ANSYS软件分析计算土坝的渗流场、应力场以及渗流与应力的耦合场,利用软件的单元生死技术编制出简单且有效的渗流场分析命令流,得到比较准确的浸润线以及渗流逸出点；然后对修改前后的应力场进行应力、应变的结果云图对比,并得出一定的规律；接着对耦合前后的应力场分析的应力、应变的结果云图进行对比分析,得出耦合前后应力应变的变化规律。并且利用软件的参数化语言进行二次开发,编制出适合非线性分析的邓肯-张命令流,以及有效可行的耦合场的命令流。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 国内外渗流研究现状
• 1.1.1 渗流计算的意义
• 1.1.2 渗流发展现状
• 1.1.3 有限元的发展
• 1.2 本构模型研究现状
• 1.2.1 本构模型的分类
• 1.2.2 几种经典的本构模型
• 1.2.3 邓肯-张模型及其修改
• 1.3 应力场和渗流场耦合现状
• 1.4 本文研究主要内容
• 第二章 渗流计算模型的建立
• 2.1 渗流的基本原理
• 2.1.1 达西定律
• 2.1.2 连续性方程
• 2.2 渗流计算数学模型的建立
• 2.2.1 数学模型
• 2.2.2 定解条件
• 2.3 渗流计算的有限元法的原理
• 2.3.1 有限单元分析与计算公式
• 2.3.2 有限元法的具体步骤
• 2.4 各种土坝的渗流计算原理与方法
• 2.5 渗透变形的形式
• 第三章 渗流场的计算与分析
• 3.1 ANSYS软件的应用及生死单元法的应用介绍
• 3.1.1 ANSYS10.0使用环境
• 3.1.2 ANSYS程序功能
• 3.1.3 单元生死功能
• 3.1.4 ANSYS的参数化言语设计及二次开发
• 3.2 计算机模拟分析计算
• 3.3 求解自由面与渗出点的有限元方法
• 3.4 渗流场的计算分析结果
• 3.5 本章小结
• 第四章 土坝应力场的非线性分析
• 4.1 本构模型的选取和分析方法
• 4.1.1 平面问题的基本理论
• 4.2 基于ANSYS的应力场的计算原理与方法
• 4.3 研究对象基本资料
• 4.4 应力场计算分析与结果
• 4.5 本章小节
• 第五章 应力场与渗流场的耦合分析
• 5.1 耦合的基本原理
• 5.2 耦合场的的作用原理
• 5.2.1 渗流场对应力场影响的作用原理
• 5.2.2 应力场对渗流场影响的作用原理
• 5.2.3 两场耦合的数学模型及作用原理
• 5.2.4 渗流场与应力场耦合分析的方法
• 5.3 两场耦合的分析
• 5.3.1 在ANSYS中实现两场耦合的过程
• 5.3.2 间接耦合成果分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 附录A
• 参考文献
• 攻读硕士期间研究成果
• 致谢