基于ANSYS的双曲拱坝体形优化设计研究

发布时间：2017-06-15 22:07

  本文关键词：基于ANSYS的双曲拱坝体形优化设计研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：水能作为一种清洁能源,不仅环保,还具有可再生性,其开发利用具有重要意义。水能的开发离不开大坝的建设,而拱坝就是其中一种很重要的坝型,以结构合理、体形优美而著称。近年来,拱坝受到广大大坝设计者们的重视,其应用越来越广泛。拱坝的体形关系到坝体的安全、造价和施工等方面,对其有重要的影响。在给定地形、地质及荷载组合的条件下,对拱坝进行体形优化设计,寻找最经济合理的体形,具有很现实的工程意义。我国是地震多发地区,考虑地震对大坝可能带来的灾难性后果,所以对大坝进行抗震验算是十分必要的。本文基于有限单元法和ANSYS软件,对抛物线型双曲拱坝进行了静力分析,得到了拱坝在静力荷载下应力和位移的分布情况。然后本文以坝体体积和大坝应力为目标函数,分别采用ANSYS有限元自带的零阶优化和一阶优化方法实现拱坝的体形优化。本文通过参数化设计语言APDL,编制ANSYS命令流文件,实现了自动读入参数、自动建立模型和自动执行最优化分析等操作过程,使得在以往设计过程中由于不断重复操作而消耗的时间大大减少,操作过程简便快捷。最后,考虑地震对大坝可能造成的破坏,对优化后的拱坝进行抗震验算。采用ANSYS结构分析软件,同样通过APDL编制相应的命令流文件,求出结构的自震特性和水平地震作用下的动力反应,实现了拱坝的抗震性能分析。本文通过工程实例,证明了利用ANSYS自带的零阶优化和一阶优化方法进行拱坝体形优化设计是可行且合理的。同时利用ANSYS有限元实现了拱坝的抗震性能分析。事实证明,该程序可靠性强、效率高、收敛性稳定,而且过程简单,智能化程度高。
【关键词】：双曲拱坝 体形优化 抗震性能分析 ANSYS 参数设计语言APDL
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV642.42
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 拱坝的发展及研究意义10-11
• 1.2 拱坝应力分析方法11-12
• 1.3 拱坝体形优化的发展现状12-13
• 1.4 拱坝抗震计算动力分析方法13-14
• 1.5 本文研究的主要工作14-16
• 第2章 拱坝有限元计算原理16-27
• 2.1 有限单元法的基本原理及其计算步骤16-20
• 2.1.1 有限单元法的基本原理16-18
• 2.1.2 有限单元法的基本步骤18-20
• 2.2 有限元等效应力及其计算方法20-24
• 2.2.1 截面内力的计算20-21
• 2.2.2 坝体上下游坝面应力的计算21-24
• 2.3 拱坝抗震计算理论与方法24-26
• 2.3.1 模态分析的基本原理24-25
• 2.3.3 反应谱计算分析25-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第3章 拱坝优化的数学模型和方法27-37
• 3.1 拱坝的几何模型27-30
• 3.1.1 拱冠梁的几何描述27-28
• 3.1.2 水平拱圈的几何描述28-30
• 3.2 拱坝体形优化的数学模型30-32
• 3.2.1 设计变量30
• 3.2.2 目标函数30-31
• 3.2.3 约束条件31-32
• 3.3 拱坝体形优化的方法32-33
• 3.3.1 直接优化法32-33
• 3.3.2 间接优化法33
• 3.4 序列二次规划法33-36
• 3.4.1 非线性规划向二次规划的转化33-34
• 3.4.2 二次规划的求解问题34-36
• 3.5 本章小结36-37
• 第4章 基于ANSYS的拱坝参数化分析37-45
• 4.1 ANSYS与APDL参数化设计语言37-38
• 4.1.1 ANSYS简介37
• 4.1.2 APDL语言简介37-38
• 4.2 基于APDL语言的拱坝建模38-41
• 4.2.1 坐标系的选择38
• 4.2.2 几何模型的建立38-39
• 4.2.3 有限元模型的建立与求解39-40
• 4.2.4 坝体等效应力的计算40-41
• 4.3 基于ANSYS的拱坝体形优化的过程41-43
• 4.3.1 结构分析41
• 4.3.2 优化分析41-43
• 4.4 基于ANSYS的拱坝抗震分析过程43-44
• 4.5 本章小结44-45
• 第5章 工程算例分析45-75
• 5.1 工程概况45
• 5.2 基本资料45-46
• 5.2.1 拱坝体形参数45
• 5.2.2 拱坝材料参数45-46
• 5.2.3 气温资料46
• 5.2.4 荷载组合46
• 5.3 拱坝结构分析46-53
• 5.3.1 拱坝有限元计算模型46-47
• 5.3.2 坝体位移与应力计算结果47-53
• 5.4 以体积为目标的拱坝体形优化53-59
• 5.4.1 拱坝优化模型53-54
• 5.4.2 拱坝体形优化后结果与分析54-59
• 5.5 以应力为目标的拱坝体形优化59-69
• 5.5.1 以最大主拉应力为目标59-64
• 5.5.2 以最大主压应力为目标的体形优化64-69
• 5.6 拱坝抗震性能分析69-73
• 5.6.1 拱坝计算模型和计算参数69-70
• 5.6.2 计算结果分析70-73
• 5.7 本章小结73-75
• 第6章 结论与展望75-77
• 6.1 结论75-76
• 6.2 研究展望76-77
• 参考文献77-82
• 在校期间发表的学术论文及其它成果82-83
• 致谢83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 丁陆军;;国内外拱坝体型优化研究现状及发展[J];长江科学院院报;2013年03期

2 王敏;武永新;;碾压混凝土拱坝三维有限元等效应力分析[J];低温建筑技术;2014年01期

3 厉易生;双目标优化的有效点集及拱坝双目标优化[J];水力发电;1998年11期

4 ;Nonlinear dynamic analysis of the Three Gorge Project powerhouse excited by pressure fluctuation[J];Journal of Zhejiang University(Science A:An International Applied Physics & Engineering Journal);2009年09期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 王钰睫;拱梁分载法的改进与ANSYS程序实现[D];大连理工大学;2009年

  本文关键词：基于ANSYS的双曲拱坝体形优化设计研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：453606