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1、首届全国水工抗震防灾学术会议论文集在水利工程中的应用葛孝月王学超北京技术部北京摘要本文首先全面介绍了大型通用有限元软件的非线性及多物理场分析功能,总结了工,,在水利土木工程分析中的特点和优势结合工程实例以及工的求解技术给出了在工程结果。水利工程计算中的部分关键词多物理场水利工程应用实例一四一,一,一,,一最早出现于年,最初作为公共代码在世界范围内传播,经过几十年的发展,无论在前后处理还是在求解功能上都有了巨大的发展,专注求解线性、非线性、动力学及流。,,固藕合等复杂问题一直以来在计算理论和求解问题的广泛性方面处于全球领先
2、的地位尤其在结构非线性、动力学、流固藕合等复杂问题的分析上具有强大优势,被业内人士认为是非线。,。性有限元发展方向的代表至今已被广泛应用于各个行业的工程计算与分析的分析功能工可以求解线性、非线性、动力学、流固藕合、渗流分析、混凝土浇注分析等多方面的工程问题,特别是在非线性、动力学及流固祸合分析等方面具有明显的优势。线性分析功能线性静力分析是最简单的一种分析类型,分析在线弹性假定下各种土木结构在一定边界条件和载荷作用下的应力、变形等的分布。在中用户可以根据需要施加各种载荷,荷载可以随时间和空间位置的变化而变化,即载荷可以是
3、时间和空间的函数如静水压力,波浪力。可以根据实际清况考虑任意荷载工况和荷载工。等况组合非线性分析功能工能够有效地考虑各种非线性效应,包括几何非线性、材料非线性、接。由于,,,触非线性等土木结构方面的材料非常复杂包括混凝土材料钢筋混凝土材料岩石材料及各种土体材料,因此一般都需要进行材料非线性分析,提供了多种材料模式,除了通用的线弹性、弹塑性、粘弹、粘塑、蠕变等材料模式外,工还提供多种专用于土木方面的材料模式一材料、一材料一材料粘土地基、曲线描述的粘土材料输人试验曲线、混凝土材料带钢筋单元、徐变模型岩土、混凝土长期徐变专用模
4、型、多孔介质材料固结沉降、渗流、专用渗流材料、随时间变化材料混凝土材首届全国水工抗震防灾学术会议论文集料配制研究,考虑浇注后的硬化、弹粘塑性模型用于模拟岩土的流变特性、即考。一一虑徐变的混凝土材料模型以及土石坝分析中国内广泛应用的材料模型丰富的材料模式及其高效可靠的非线性求解功能使得在各种工程问题中得到广泛应用,例如土体的固结沉降分析、堤坝开挖及回填对土体的扰动问题、混凝土坝的渗流分析、钢筋混凝土结构徐变分析、坝体的强度及稳定性分析等等。提供的材料模式能够完好真实的模拟土体等材料,例如其中的混凝土材料模式不仅可以模拟混凝
5、土,也适用于模拟岩石材料。该材料模式可以描述材料非线性应力应变关系,同时可以考虑材料软化、模拟滞回特性、模拟材料失效后的性能包括材料开裂后性能、压碎后性能、应变软化性能以及考虑温度作用的影响等。另外,虽然混凝土的泊松比通常为常量,但根据试验结果表明混凝土的应力超过最大应力的以后,材料泊松比会发生变化,因此,程序中允许分析中材料性能发生变化。动力分析包括瞬态动力学分析、模态分析、谐波响应分析、响应谱分析、随机振动分析。在瞬态动力学方面,提供了隐式和显式求解技术,用于求解结构在动态载荷作用下的响应,如地震作用下结构的反应,波
6、浪冲击对坝体的影响等。对于模态分析,确定结构固有频率及振形,分析中可以考虑多种载荷条件和边界条件,例如完全自由、重力作用、阻尼等多种情况可以分析固液藕合体的特征模态和频率例如考虑水的附加质。量对坝体振动频率及振型的影响工谐响应分析可以分析结构在各种周期荷载作用下的响应,计算载荷频率对结构的影响。响应谱分析方面,可以分析结构在反应谱的作用下的响应,可以考虑单点反应谱输人和多点反。,,,应谱输人例如一般结构反应谱分析中由于场地比较小可以考虑采用单点反应谱输人而对于大跨度的桥梁、渡槽等结构,可以采用多点输人的反应谱进行分析以反
7、应地震时的实际情况。另外,随机振动分析也是一种谱分析,用于研究结构对随机激励的响应。,温度应力分析主要用于结构由于温度场的变化产生温度应力的计算分析在土木行业中应用,、,相当广泛例如大体积混凝土各种水坝箱筏基础浇注施工过程中为防止水化热引起的温度变化在结构中产生过大温度应力,需要进行温度分析以合理安排施工浇注的顺序模拟水坝等大型重要结构随日照变化而产生的不均匀温度应力模拟大跨度钢筋混凝土结构在由于温度的变化引起的附加应力和变形,以及在冻土施工中模拟冻土随温度变化材料特性发生变化等。流固藕合分析一是全球领先的流固藕合求解器
8、,可将结构和流体的功能完全融合在一起,而且计算速度很快。在的流固藕合分析中,流体和结构的网格独立划分,界面上的网格不需要一致可考虑自由液面运动、移动壁面问题当流体区域发生变化。,时可进行网格重划分强大而快速的求解能力使其在土木行业中具有相当广泛的应用例如分析桥梁的风振抖颤问题桥墩与波浪相互作用问题,地震作用下水坝与水