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白江河电站拱坝优化设计

发布时间:2017-08-01 14:00

  本文关键词:白江河电站拱坝优化设计


  更多相关文章: 拱坝 优化 寒区 ISIGHT CATIA ABAQUS


【摘要】:近年来,随着水工筑坝技术、设计水平、优化算法以及计算机技术的快速发展,拱坝优化作为节省工程投资的重要手段之一,得到了坝工设计者的重视。其中,白江河电站作为靖宇县电力发展计划中的重要结点性工程,继初步设计阶段后急需进行优化设计。首先,进行算法比选,为白江河电站拱坝优化设计选择合适的优化算法。本文分别从求解精度、收敛速度、初值敏感性以及局部性等方面进行算法比选,为本次优化任务选择优化算法,确定将多岛遗传算法(MIGA)与改进序列二次规划法(NLPQL)相结合,即在优化过程第一步中使用MIGA计算,第二步采用NLPQL在第一步的计算结果中进行择优。算例结果表明,该算法具备较高精度,并能在尽量少的计算量中获取全局最优解,是理想的拱坝优化算法。其次,选定拱坝优化目标函数和约束条件。本次优化任务以坝体筑坝方量为优化目标,以坝顶水平拱圈中心线半径、坝顶宽度、拱冠梁底部宽度以及拱冠梁上游面几何参数特征值为优化设计变量,考虑应力约束、稳定约束与几何约束条件。鉴于白江河坝址处于严寒地区,气温年度变幅较大,工程设计上采用坝体上下游面均喷涂5cm厚聚氨酯泡沫塑料作为坝体保温措施,计算温度应力考虑了保温层效果。最后,应用多参数优化集成分析软件(ISIGHT)、ABAQUS有限元分析软件与CATIA(计算机图形辅助三维交互应用软件)集成开发,完成白江河拱坝优化设计工作。该集成方式充分发挥了CATIA参数化建模、ABAQUS有限元非线性分析和ISIGHT集成优化的优势,并用MATLAB进行有限元等效应力的计算。与常规坝体的设计方案相比,在满足约束条件的前提下,白江河电站拱坝优化后,于体形特征方面,不改变坝顶宽度,减小拱冠梁底部宽度3m,降低上下游面倒悬度,整体坝形变薄,厚高比降低22.6%,拱顶中心角增加8.76°,优化后坝体筑坝方量降低20.5%,经济效果显著。
【关键词】:拱坝 优化 寒区 ISIGHT CATIA ABAQUS
【学位授予单位】:长春工程学院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TV642.4
【目录】:
  • 摘要3-4
  • Abstract4-8
  • 主要符号表8-9
  • 第1章 绪论9-18
  • 1.1 国内外拱坝优化概况9-15
  • 1.1.1 国内外拱坝优化历程9-12
  • 1.1.2 国内外拱坝优化现状12-15
  • 1.2 研究的目的及意义15-16
  • 1.3 研究的主要内容及技术路线16-18
  • 第2章 算法比选18-27
  • 2.1 算法概述18-19
  • 2.2 算法原理19-22
  • 2.2.1 序列二次规划算法(SQP)19-20
  • 2.2.2 遗传算法(GA)20-21
  • 2.2.3 模拟退火算法(SA)21-22
  • 2.2.4 MIGA-NLPQL算法22
  • 2.3 算例测试22-26
  • 2.4 小结26-27
  • 第3章 白江河电站拱坝优化设计27-61
  • 3.1 工程背景27-29
  • 3.1.1 水文概况27-28
  • 3.1.2 地质条件28
  • 3.1.3 工程任务和规模28-29
  • 3.2 工程基本资料29-33
  • 3.2.1 坝轴线半径计算29-31
  • 3.2.2 坝顶宽度选定31
  • 3.2.3 拱冠梁剖面设计31-33
  • 3.3 白江河电站拱坝优化任务33-35
  • 3.3.1 数学模型33
  • 3.3.2 优化目标33
  • 3.3.3 设计变量33
  • 3.3.4 约束条件33-34
  • 3.3.5 优化算法34
  • 3.3.6 ISIGHT优化流程34-35
  • 3.4 CATIA几何模型的建立35-39
  • 3.4.1 坐标系的选择36
  • 3.4.2 CATIA参数化建模的实现36-38
  • 3.4.3 CATIA集成设置38-39
  • 3.5 ABAQUS有限元应力分析39-52
  • 3.5.1 ABAQUS相关约定与假设39
  • 3.5.2 材料参数39-42
  • 3.5.3 计算工况与荷载42-49
  • 3.5.4 有限元等效应力49-51
  • 3.5.5 ABAQUS集成设置51-52
  • 3.6 ISIGHT软件的集成设置52-55
  • 3.7 优化成果55-58
  • 3.7.1 白江河电站拱坝优化后坝体体形参数55
  • 3.7.2 有限元计算结果55-58
  • 3.8 小结58-61
  • 第4章 结论与展望61-63
  • 4.1 结论61-62
  • 4.2 展望62-63
  • 参考文献63-67
  • 在学期间发表的学术论文及其他成果67-68
  • 在学期间参加的专业实践及工程项目研究工作68-69
  • 致谢69

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本文编号:604551

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