变密度法在实体重力坝抗震优化设计中的应用研究

发布时间：2017-08-14 08:26

  本文关键词：变密度法在实体重力坝抗震优化设计中的应用研究

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【摘要】：实体重力坝的比例在我国在建的混凝土坝体中是最大的,而近年来大地震的频繁发生,使得许多实体重力坝受到了不同程度的破损,因此如何提高重力坝结构的抗震性能是目前研究的热点。通过对比实体重力坝优化设计在国内外的研究和实际应用,拓扑优化法中的变密度法,相比其他优化方法有收敛快速,优化结果更加符合实际,应用广泛等特点。本文首先对实体重力坝的应力分析方法中的材料力学法和有限元法进行了研究对比,然后通过有限元法对不同底宽的坝体在静力荷载工况下进行了分析,得出坝体的受力和变形特点。通过对结构抗震分析方法的深入研究,对实体重力坝底部加载加速度地震波进行抗震时程分析,总结出实体重力坝在地震动荷载作用下的应力应变特性,得出实体重力坝受地震荷载容易受破坏的区域。再通过大型有限元软件Abaqus作为优化平台,应用变密度法对实体重力坝进行优化设计,总结了应用变密度法对实体重力坝进行优化的理论基础和一般方法,在此基础上对坝体结构优化进行探讨研究,对坝体上下游折坡点的连接方式进行改变,以达到增加坝体抗震性能的目的。以此为基础,本文应用变密度法对实体重力坝进行优化设计,并进一步研究了坝体的抗震性能和抗震优化途径,为今后实体重力坝的优化设计提供了一种新的研究途径和方法。
【关键词】：实体重力坝 有限元法 变密度法 抗震优化 Abaqus
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV642.3;TV312
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 引言8-9
• 1 绪论9-14
• 1.1 目的及意义9
• 1.2 国内外发展现状9-13
• 1.2.1 实体重力坝研究现状9-10
• 1.2.2 重力坝抗震分析现状10-11
• 1.2.3 重力坝抗震优化分析现状11-12
• 1.2.4 变密度法的研究现状12-13
• 1.3 Abaqus分析软件在结构分析中的应用介绍13
• 1.4 本文主要研究内容13-14
• 2 实体重力坝优化基础14-20
• 2.1 结构优化设计14
• 2.2 结构优化的数学模型14-15
• 2.2.1 设计变量14
• 2.2.2 目标函数14
• 2.2.3 约束条件14-15
• 2.2.4 优化设计基本术语15
• 2.2.5 最优化的数学模型15
• 2.3 连续体结构拓扑优化15-18
• 2.3.1 均匀化方法16-17
• 2.3.2 变密度法17
• 2.3.3 渐进结构优化法17-18
• 2.4 结构优化算法18
• 2.5 重力坝优化设计18-20
• 3 实体重力坝应力应变分析20-44
• 3.1 材料力学法20-21
• 3.2 有限单元法21-23
• 3.2.1 有限单元法的理论基础21-22
• 3.2.2 有限单元法的计算步骤22-23
• 3.2.3 重力坝的有限单元法网格划分原则23
• 3.3 基于Abaqus的重力坝有限元分析23-24
• 3.4 重力坝静力分析24-34
• 3.4.1 重力坝模型建立24-26
• 3.4.2 重力坝静力分析的位移分析比较26-30
• 3.4.3 重力坝静力分析的应力对比分析30-34
• 3.5 重力坝动力分析34-44
• 3.5.1 重力坝抗震分析方法34-39
• 3.5.2 基于Abaqus的重力坝时程分析法39-44
• 4 实体重力坝结构优化44-56
• 4.1 变密度法基本理论44
• 4.2 变密度法的数学模型44-46
• 4.2.1 SIMP密度刚度插值模型44-45
• 4.2.2 RAMP密度刚度插值模型45-46
• 4.3 结构优化求解算法46
• 4.4 基于Abaqus的结构优化46-47
• 4.5 SIMP插值法和RAMP插值法的对比分析47-50
• 4.5.1 基于SIMP密度刚度插值法的重力坝优化47-49
• 4.5.2 基于RAMP密度刚度插值法的重力坝优化49-50
• 4.6 优化实例50-56
• 5 重力坝抗震优化56-76
• 5.1 坝体拓扑优化后模型的动力分析56-62
• 5.2 下游坝坡对坝体抗震性能的影响62-71
• 5.3 对坝体进一步优化71-76
• 6 结论与展望76-78
• 6.1 结论76-77
• 6.2 展望77-78
• 参考文献78-81
• 攻读硕士学位期间发表论文及科研成果81-82
• 致谢82-83

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