| 题名 | 重力坝的三维有限元分析以及断面优化设计 |
| 作者 | 徐娜娜 |
| 答辩日期 | 2019 |
| 导师 | 赵廷红 |
| 关键词 | 重力坝 优化设计 ANSYS Workbench 应力分析 位移分析 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 英文摘要 | 混凝土重力坝是我国目前用的比较多的一种坝型,它主要是用于水利工程中的挡水与泄水,在水利水电工程中起着非常重要的作用。混凝土重力坝具有设计施工技术相对简单、对地形与地基的适应性比较强、安全可靠、便于施工导流等优点,但同时它自身也有一些缺点,即坝体体积比较大,所以修建大坝材料用量就比较多,对于大体积混凝土重力坝来说,在满足安全、强度的情况下,减小一部分的断面尺寸,就可以减少很多材料用量,从而减小工程量,所以重力坝断面的设计是重力坝设计中的一项重要内容。重力坝断面设计的内容是在满足安全稳定强度的情况下,设计出使面积相对最小并符合设计构造要求的坝体断面尺寸。本文主要用三维有限元软件ANSYS Workbench对重力坝进行应力分析和位移分析,然后对其坝体断面进行优化设计,得到一个满足稳定可靠等要求的重力坝优化断面尺寸,也对以后重力坝的优化设计提供一些可靠的指导。通过对非溢流混凝土重力坝的分析与优化设计,得出以下主要结论:(1)根据大坝的基本情况,运用CAD和NX10.0软件画出重力坝的二维和三维计算模型。采用ANSYS Workbench对某典型非溢流混凝土重力坝进行了三维有限元应力分析与位移分析,并对其进行了抗滑稳定分析,从应力分析中可知,重力坝坝体内部的应力比较低,大坝的应力场分布规律是从坝顶向坝底处增加。从位移分析可知,坝体整体位移分布规律从坝顶向坝底处减小的趋势,在坝顶处达到最大,校核洪水位工况下的坝顶位移最大为8.47 mm。从稳定分析可知,其抗滑稳定安全系数K?均满足规范要求。(2)根据大坝实际运行要求及工程布置情况,建立重力坝坝体优化的数学模型。在建立重力坝坝体优化数学模型的过程中,首先设定了重力坝优化的基本断面的五个设计变量,这些变量共同决定着重力坝基本断面的大小,然后确定几何与性态约束条件,对设计变量进行约束,最后,根据基本断面写出目标函数,优化设计就是使目标函数值最小。(3)在满足安全稳定的条件下,运行MATLAB软件,采用遗传算法对大坝断面进行优化设计,首先根据目标函数、设计变量以及约束条件编写相应的程序,然后运行该程序得到一系列解集,选择其中一组最优的解,即可以得到一个满足强度安全经济要求的最佳的断面,然后建立优化后的大坝的坝体二维和三维计算模型,运用ANSYS Workbench对优化后的大坝进行三维有限元分析,并且对其进行了稳定分析,分析可知大坝所受最大应力小于混凝土最大允许应力,抗滑稳定安全系数也满足规范要求,所以表明大坝是安全稳定可靠的,并且优化后的大坝坝体断面面积为4602.71 m~2,而初始设计的断面面积为5737.356 m~2,相比之下面积减少了大约1134.646 m~2,所以降低率为19.78%,对于该大坝来说,此优化设计减少了材料用量以及工程量,并且节省了投资。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 58 |
| URL标识 | 查看原文 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.lut.edu.cn/handle/2XXMBERH/95473]  |
| 专题 | 兰州理工大学 |
| 作者单位 | 兰州理工大学 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 徐娜娜. 重力坝的三维有限元分析以及断面优化设计[D]. 2019. |
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