基于多边形比例边界有限元的重力坝地震断裂问题研究

发布时间：2017-06-10 19:05

  本文关键词：基于多边形比例边界有限元的重力坝地震断裂问题研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：混凝土重力坝具有结构简单和地质条件适应性好等特点,是世界水电建设中的主要坝型。由于坝体的温度变化、地基的不均匀变形等原因,大坝通常是带裂缝工作的。当遭受地震等极端荷载时,裂纹是否稳定成为影响大坝安全的重要因素。本文基于多边形比例边界有限元法(Polygon SBFEM)提出了一种重力坝在地震荷载下开裂过程模拟的数值模型。具体内容如下：(1) SBFEM有降维和半解析求解的特点,此方法在应力强度因子求解问题上的适用性及优越性,早有学者对其进行了验证。但网格重剖分技术在裂纹扩展问题研究中还存在一些问题。本文引入的多边形单元可对不规则结构进行较快且精确地网格剖分,大大降低了对复杂结构的网格重剖分难度。同时,本文引入的局部网格重剖分技术只对裂纹扩展路径上的局部区域进行重剖分,大大降低了计算工作量。多边形单元和局部重剖分策略可使裂缝扩展过程的模拟非常灵活、便捷。(2)为验证此模型的有效性和高效性,本文模拟了Koyna大坝在超载水头作用下的裂纹扩展过程,并对网格密度、裂缝扩展步长等因素作了敏感性分析。模拟所得裂缝扩展路径和荷载位移曲线与现有文献结果一致。同时,本模型仅用粗网格即获得了满意的精度,且计算结果对裂缝扩展步长及网格密度不敏感。说明此模型适用于实际大坝工程的断裂分析。(3)在动态裂纹扩展过程模拟中,不仅荷载随时间变化,断裂韧度也随裂纹扩展速度变化。以三点弯曲试件为例,模拟了其在受冲击荷载作用下的动态裂纹扩展过程,并与其它方法进行了比较。目前,混凝土材料的动态断裂韧度尚未有统一的变化规律。鉴于此,在对Koyna重力坝进行地震断裂过程模拟时,动态断裂韧度取为常数。文中给出了大坝的裂纹扩展路径、应力强度因子和位移等的时程变化规律。
【关键词】：比例边界有限元 多边形单元 重力坝 裂纹扩展
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV642.3;TV313
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-22
• 1.1 选题背景及意义8-10
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势10-21
• 1.2.1 国内外断裂力学研究现状10-12
• 1.2.2 国内外断裂力学新进展12-14
• 1.2.3 动态断裂理论及其在混凝土坝中的应用14-16
• 1.2.4 重力坝地震断裂数值模拟研究现状16-19
• 1.2.5 多边形比例边界有限元的发展现状19-21
• 1.3 本文主要工作21-22
• 2 多边形比例边界有限元及其在断裂问题中的应用22-38
• 2.1 多边形比例边界有限元基本原理22-30
• 2.1.1 多边形单元的生成22-23
• 2.1.2 多边形比例边界有限单元23-24
• 2.1.3 多边形比例边界有限元法基本方程24-30
• 2.2 应力强度因子的求解30-33
• 2.2.1 应力强度因子的定义30
• 2.2.2 基于位移、应力插值的应力强度因子求解30-32
• 2.2.3 广义应力强度因子32-33
• 2.3 裂纹扩展准则33-35
• 2.3.1 最大环向应力准则34
• 2.3.2 最大能量释放率准则34-35
• 2.3.3 最小应变能密度准则35
• 2.4 局部网格重剖分技术35-36
• 2.5 本章小结36-38
• 3 重力坝静态裂纹扩展过程模拟38-48
• 3.1 大坝响应求解过程38-40
• 3.2 Koyna大坝静态裂纹扩展模拟40-47
• 3.2.1 模型40-41
• 3.2.2 网格密度敏感性分析41-43
• 3.2.3 裂纹扩展步长敏感性分析43-44
• 3.2.4 与文献结果的比较44-47
• 3.3 本章小结47-48
• 4 动态裂纹扩展过程模拟48-63
• 4.1 动态应力强度因子的求解48-49
• 4.2 三点弯曲试件动态裂纹扩展过程模拟49-52
• 4.2.1 模型49-50
• 4.2.2 动态应力强度因子时程分析50-51
• 4.2.3 冲击荷载作用下的位移分布51-52
• 4.3 重力坝地震裂纹扩展问题研究52-62
• 4.3.1 多边形比例边界有限元法在地震断裂模拟中的应用53-54
• 4.3.2 Koyna重力坝工程概况及计算模型54-56
• 4.3.3 坝顶响应时程分析56-58
• 4.3.4 应力强度因子时程分析58
• 4.3.5 裂纹扩展路径模拟58-62
• 4.4 本章小结62-63
• 5 结论与展望63-66
• 5.1 本文结论63-64
• 5.2 研究展望64-66
• 参考文献66-72
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况72-73
• 致谢73-74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

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本文编号：439539