基于流固耦合的灯泡贯流式水电站大坝安全性分析

发布时间：2020-05-19 21:26

【摘要】：水电站大坝的安全是在水电站运行期间关注的重点,尤其在汛期,水电站大坝的安全更是关乎下游人民的生命财产安全。贯流式水电站虽然水头较低,但距离城市较近,一旦发生溃坝,直接威胁着整个城市的安全,因此,对于贯流式水电站的大坝安全问题正在引起越来越多学者的关注。大坝的变形分析涉及的学科较多,其分析方法的选择直接关系着对大坝安全的判断及预测,正确和适当的分析方法能够了解大坝的安全现状,同时能预测大坝在遭遇极端洪水工况时各建筑物的可靠性。本文选取黄河干流某典型贯流式水电站作为研究对象,采用数值模拟的方法,分析大坝结构在不同泄流工况下的变形特性。首先,根据研究对象的相关设计图纸、参数,建立出大坝主要结构的三维模型。通过改变闸门开度和机组启闭情况得到校核、设计洪水工况的大坝模型,对校核、设计洪水工况进行数值模拟计算得到相应的泄流流态、流速,并将计算结果与水工模型试验结果对比,验证了数值计算方法及模型的正确性和可靠性。其次,通过改变闸门开度和机组启闭情况得到由水工模型试验确定的在库水位为1551m的5种运行工况泄流方案的大坝模型,对各泄流方案进行数值模拟计算,得到不同泄流方案的大坝结构变形特性,通过对5种泄流方案大坝变形特性进行分析,选出仅考虑流固耦合对变形影响时的最优泄流方案。最后,改变最优泄流方案中的机组启闭情况,对不同机组启闭情况进行数值模拟计算,得到各机组启闭方案中大坝的变形特性。研究结果表明:在库水位为1551m的运行工况下,大坝的主要变形发生在泄洪闸闸墩和闸门上,5种泄流方案中,2、4号闸门开8.2m的泄流方案(三)闸墩及闸门变形量最小,在仅考虑流固耦合对变形影响时是最优的泄流方案,不同机组启闭方式对大坝的变形影响较小,不作为大坝变形的主要影响因素。
【图文】：

有限单元,空间,应变分量,弹性物体

图 2.1 空间有限单元Fig. 2.1 Space finite element.3)看出：从 ( , j,m)kN k = i仅是坐标 x ,y （空间问题是 ξ , η ,ζ )的函分量是形函数的函数。因此，相邻单元的位移是连续的。点单元(如平面问题的四边形4个结点和8个结点，空间问题的六点，超单元的 32 个结点，五面体的 6、9、10 个结点)的形函数线性函数。力学基本方程力作用下而产生应力，应力会引发应变产生，而弹性物体当作用大小也会随之改变，因此弹性物体变形涉及到弹性变形的范畴，面上的应变，一个点的应变有 6 个应变分量，这些应变分量共同。那么物体某点上的应变分量的表述对于我们研究物体的变形是们可以用正应变分量xxε ，yyε ，zzε 和切应变分量xyε ，xzε ，yzε 这一步阐述。

几何形状,四面体单元,刚度矩阵

( e) ( e) ( e)K d=f~)Trruv 。阵进行叠加即可求出物体总的刚度矩阵K 2k的刚度矩阵，，将全部节点所受到或产生维的向量 f 和d ，那么整个结构的计算表达k d=f行求解就能求出物体内任一小单元的节点元几何形状是空间四面体，小单元内节点的中的位移场如下式：
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TV698.1

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