重力坝应力自适应分析的能量误差限研究

论文摘要

近来临界能量误差限被频繁地引用在水工建筑物,特别是重力坝和拱坝的有限元应力分析中。研究人员正试图通过临界能量误差限概念的引入来解决有限单元法对于解决水工结构计算存在的坝踵应力计算失真和网格剖分标准不统一等问题。本文对重力坝自适应有限元应力分析的临界能量误差限问题进行了回顾,针对目前该问题的发展现状,确定了本文的研究内容,即:应用h-型自适应有限元法,应用ANSYS自适应有限元模块,对重力坝应力的临界能量误差限进行更深入、广泛的研究。为了使所得结论具有统一性,本论文应用同一计算方法首先对现有的关于重力坝临界能量误差限的结论进行了验证。验证结果如下:（1）杨强结论验证结果:在距坝踵0.02倍坝宽以外的区域取得稳定的应力分布,存在一个全局误差限;（2）李留强重力坝结论验证结果:在距坝踵0.03倍坝宽或0.024倍坝高以外的区域,取得稳定应力分布的能量误差限是2。由于以上算例坝体形状单一,结论不具有通用性。在本文中,针对不同坝高,不同上游、下游坡比等多种形状重力坝坝体进行了自适应有限元应力分析,得到如下结果:（1）不同坝高、不同下游坡比结果:相同坝高情况,下游坡比越大,能量误差限的取值要减小;相同坡比情况下,随着坝高加大,能量误差限的取值要减小;（2）不同坝高、不同上游坡比结果:相同坝高情况,上游坡比变化,能量误差限取值略有波动,区别不大;相同坡比情况下,随着坝高加大,能量误差限的取值要减小。通过对多种重力坝方案的计算分析,得到如下结论:（1）在重力坝应力分析过程中存在临界能量误差限;（2）误差限对不同坝体形状会有小幅变化,可以统一取2做为临界能量误差限。本文结果将会有助于重力坝坝体有限元应力分析和建立重力坝有限元分析标准。

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摘要

Abstract

1 绪论

1.1 论文背景

1.2 重力坝应力分析的研究方法

1.2.1 材料力学法

1.2.2 弹性理论解析法

1.2.3 有限单元法

1.3 自适应有限元法的发展现状

1.4 有限元法应力分析的应力集中问题

1.5 本文的主要内容

2 有限单元法应力分析的重要工具—ANSYS

2.1 ANSYS简介

2.2 基于ANSYS的自适应有限元应力分析

2.2.1 网格自适应

2.2.2 ANSYS自适应理论

2.2.3 ANSYS自适应策略

2.2.4 ANSYS自适应的实现

2.3 小结

3 基于能量误差限的验证

3.1 杨强研究结论的验证

3.2 李留强研究结论的验证

3.2.1 L型钢板的算例

3.2.2 重力坝的算例

3.3 小结

4 重力坝各种方案的能量误差限研究

4.1 引言

4.2 不同坝高、不同下游坡比的能量误差限

4.3 不同坝高、不同上游坡比的能量误差限

4.3.1 坝体上游面整体倾斜

4.3.2 坝体上游面局部倾斜

4.4 工程实例

4.5 小结

结论

参考文献

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致谢

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