第5章ANSYS水利工程应用实例分析
62页1、第5章ANSYS水利工程应用实例分析本章重点水利工程ANSYS重力坝抗震性能分析步骤ANSYS重力坝抗震性能用实例分析本章典型效果图第5章ANSYS水利工程应用实例分析5.1 水利工程概述虽然我国水利资源非常丰富,但河流在地区和时间分配上很不均衡,许 多地区在枯水季节容易出现干早,而在洪水季节又往往由于水量过多而形成 洪涝灾害。 为了解决这一矛盾, 人们修建了许多水利工程来达到防洪、 灌溉、 发电、供水、航运等目的,促进国民经济建设的发展。水利工程中各种建筑物按其在水利枢纽中所起的作用,可以分为以下几 类:(1) 挡水建筑物用以拦截河流,形成水库,如各种坝和水闸以与抵御洪水 所用的堤防等。(2) 泄水建筑物用以宣泄水库 或渠道 )在洪水期间或其它情况下的多余水 量,以保证坝 (或渠道 )的安全,如各种溢流坝、溢流道、泄洪隧道和泄洪涵 管等。(3) 输水建筑物为灌溉、发电或供水,从水库 (或河道)向库外(或下游 )输水 用的建筑物,如引水隧道、引水涵管、渠道和渡槽等。(4) 取水建筑物是输水建筑物的首部建筑,如为灌溉、发电、供水而建的 进水闸、扬水站等。(5) 整治建筑物用以调整水流与河
2、床、河岸的相互作用以与防护水库、湖 泊中的波浪和水流对岸坡的冲刷,如丁坝、顺坝、导流堤、护底和护岸等。由于破坏后果的灾难性,大型水利工程建设的首要目标是安全可靠,其 次才是经济合理。所以说研究大坝等水工建筑物的安全分析、评价和监控, 是工程技术人员需要解决的课题,正确分析大坝性态已经成为当务之急。当前对各种水利工程评价主要采用有限元分析方法,借助各种有限元软 件对这些水利工程建筑物进行安全评价,其中应用比较广泛的是 ANSYS 软 件。目前, ANSYS 软件在水利工程中主要应用以下几个方面:(1) 应用各种坝体工程的设计和施工利用ANS YS软件,模拟各种坝体施工过程以与坝体在使用阶段受到各种 载荷(如水位变化对坝体的压力、 地震荷载等) 下结构的安全性能进行评价, 模拟坝体的温度场和应力场, 借助模拟结果修改设计或对坝体采取加固措施。(2) 应用于各种引水隧道、引水涵管等设计和施工利用ANS YS软件,模拟这些工程幵挖、支护、浇注、回填过程,分析结 构在载荷作用下的变形情况、 结构的安全可靠度, 以与衬砌支护结构在水压、温度发生变化后产生的变形情况和结构内力,依靠ANS YS模拟结
3、果对结构安全性进行评价。(3) 应用于各种水库闸门的设计和施工 水库闸门在上游水作用下将发生弯曲、扭转、剪切和拉压等组合变形,利用ANSYS中的SHELL63单元来模拟闸门,利用大型结构有限元分析程序 ANSYS,对闸门结构进行三维有限元分析,根据分析结果进行强度校核。5.2 ANSYS 重力坝抗震性能分析步骤重力坝是一种古老而重要的坝型,主要依靠坝体自身重力来维持坝身的 稳定。岩基上重力坝的基本剖面呈三角形,上游面通常是垂直的或者稍倾向 下游的三角形断面。重力坝的具有很多优点:(1) 安全可靠。但剖面尺寸较大,抵抗水的渗漏,洪水漫顶,地震或战争 破坏的能力都比较强,因而失事率较低。(2) 对地形、地质条件适应性强,坝体作用于地基面上的压应力不高,所 以对地质条件的要求也较低,低坝甚至可修建在土基上。(3) 枢纽泄洪容易解决,便于枢纽布置。(4) 施工方便,便于机械化施工。(5) 结构作用明确,应力计算和稳定计算比较简单。鉴于重力坝有如此多优点,所以它得到了广泛应用。但是许多大坝都是建在地震多发和高烈度地区,并且坝还要承受重力、 水压力等长期载荷的作用,为确保工程和人民生命财产在偶发地
4、震载荷作用 下的安全,需对大坝做抗震安全分析。重力坝抗震性能分析一般分以下五个步骤:1、创建物理环境2、建立模型和划分网格3、施加边界条件和载荷(地震荷载)4、求解5、后处理(查看计算结果)5.2.1 创建物理环境在定义坝体抗震性能分析问题的物理环境时, 进入 ANSYS 前处理器, 建 立这个坝体抗震性能分析的数学仿真模型。按照以下几个步骤来建立物理环 境:1、设置 GUT 菜单过滤如果你希望通过GUI路径来运行ANSYS ,当ANSYS被激活后第一件要 做的事情就是选择菜单路径: Main MenuPreferences ,执行上述命令后, 弹出一个如图 5-1 所示的对话框出现后,选择 Structural 。这样 ANSYS 会 根据你所选择的参数来对 GUI 图形界面进行过滤, 选择 Structural 以便在进 行坝体抗震性能分析时过滤掉一些不必要的菜单与相应图形界面。2、定义分析标题( TITLE)在进行分析前,可以给你所要进行的分析起一个能够代表所分析内容的 标题,比如“ Dam stability Analysis ”,以便能够从标题上与其他相似物理 几何模型区别。
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