基于Monte Carlo抽样的响应面法零件结构可靠性分析

通过综合分析Monte Carlo法和响应面法的特点,运用ANSYS建立零部件的结构参数化可靠性模型,选择了经过简单Monte Carlo抽样的样本点作为响应面的拟合样本点,拟合出零件结构可靠性的响应面。最后以此响应面替代有限元模型进行大量Monte Carlo抽样得到零件可靠度,达到了更方便高效的对零件进行可靠性分析的目的。文中最后以汽车转向直拉杆作为分析实例,为现代机械零件可靠性分析提供了一种高效途径。     

蓄水对航电枢纽库区长防洪堤渗流场影响的数值模拟

为了评价某航电枢纽工程蓄水对库区右岸地下水渗流运动的影响,采用三维有限元渗流分析方法,对库区长防洪堤在天然工况与工程蓄水工况下的渗流场进行了计算与分析。计算结果表明,该防洪堤采取混凝土面板截断强透水覆盖层的防渗措施,具有良好的防渗效应,大幅减少了蓄水对堤防背水侧地下水抬升的影响。计算分析方法与成果可为其他涉水工程渗流问题分析提供参考。     

沥青混凝土心墙抗水力劈裂可靠度

沥青混凝土心墙抗水力劈裂是高心墙堆石坝的关键技术问题，其可靠度计算在国内尚属空白，本文提出了非线性有限元与响应面法、JC法相结合的可靠度分析方法，构建了沥青混凝土心墙抗水力劈裂的功能函数，以目前亚洲最高的沥青混凝土心墙堆石坝——冶勒为例，根据非线性有限元对各随机变量波动的计算结果，并应用 JC 法计算了其结构可靠度指标。结果表明，沥青混凝土心墙β值为 5～7，总体水平满足规范要求，β低值区主要分布在沥青混凝土心墙中下部，其成果与传统方法计算出的安全系数以及沥青混凝土心墙温度监测分析结果一致，心墙无破坏。该方法计算效率高，实用性强，成果合理、可信，具有借鉴推广应用价值。     

防洪堤工程系统可靠度分析

运用串并联系统的可靠度理论，将堤防工程系统分为整体稳定子系统、渗透变形子系统、沉降变形子系统。采用界限估计法计算堤防的各主要失事模式的失事概率，在此基础上综合评估得到防洪体系的系统失事率。结合杭州市钱塘江南岸南沙支堤工程实例，得出工程段的界限组合失稳概率为0.15%，为堤防工程的优化设计提供了一种思路。     

锈蚀箍筋混凝土简支梁抗剪承载力模型及有限元分析

基于锈蚀钢筋混凝土梁斜截面抗剪机理,分析箍筋锈蚀对混凝土抗剪能力和箍筋抗剪能力的影响,建立了箍筋锈蚀率与锈蚀箍筋混凝土简支梁抗剪承载力降低系数的拟合关系,考虑混凝土与箍筋的抗剪作用相互影响,提出了锈蚀箍筋混凝土简支梁抗剪承栽力计算模型,该模型计算值与试验数据及ANSYS有限元分析值吻合较好;并借助Matlab软件编制了Monte Carlo计算程序,对锈蚀箍筋混凝土简支梁斜截面抗剪承载力进行可靠度评估,可为工程应用提供参考.     

基于有限元方法的重力坝稳定可靠

借助于混合模拟法（HSM），通过响应面法拟合一个响应面来代替未知的真实状态曲面，再进行Monte Carlo随机抽样从而对重力坝进行稳定可靠度分析。计算中考虑上游水深、上游泥沙高度、抗剪断摩擦系数、抗剪断凝聚力、扬压力折减系数，作为随机输入变量。进一步的研究随机输入变量对抗滑可靠指标的敏感性以及材料的变异系数对抗滑可靠指标的影响，得到了一些重要的结论。指出了影响抗滑可靠度指标的最敏感因子，及提高抗滑可靠度指标的途径。算例表明HSM法计算大型非线性复杂结构的可靠度简便可行，计算结果能达到所需的精度要求。     

沥青混凝土心墙抗水力劈裂可靠度分析

沥青混凝土心墙抗水力劈裂是高心墙堆石坝的关键技术问题,其可靠度计算在国内尚属空白,本文提出了非线性有限元与响应面法、JC法相结合的可靠度分析方法,构建了沥青混凝土心墙抗水力劈裂的功能函数,以目前亚洲最高的沥青混凝土心墙堆石坝--冶勒为例,根据非线性有限元对各随机变量波动的计算结果,并应用JC法计算了其结构可靠度指标.结果表明,沥青混凝土心墙β值为5～7,总体水平满足规范要求β低值区主要分布在沥青混凝土心墙中下部,其成果与传统方法计算出的安全系数以及沥青混凝土心墙温度监测分析结果一致,心墙无破坏.该方法计算效率高,实用性强,成果合理、可信,具有借鉴推广应用价值.     

军塘110kV线塔工程对水阳江堤防渗流影响分析

宣城军塘—双塔110kV输变电工程的建设,会引起工程位置堤防的近岸水位壅高和流速增加,在一定程度上会对两岸堤防及岸坡产生了一定影响,根据建设跨河、穿河、穿堤、临河的桥梁、码头、道路、渡口、管道、缆线、取水、排水等工程设施,应当符合防洪标准、岸线规划、航运要求和其他技术要求,在水阳江洪水影响评价分析的基础上,建立了基于有限元计算的堤防渗流分析模型,不同工况条件下模拟了线塔工程近堤防处工程兴建前后、工程措施后堤坡的渗流稳定性,提出了工程后防洪影响及综合评价意见。     

深层搅拌桩在堤防修复中的应用及效果评价

介绍了深层搅拌桩在堤防修复工程中的应用。根据工程地质和水文地质条件,建立处理区域的三维有限元模型,分析其渗流性态和稳定特性。结果表明,深层搅拌桩应用于堤防修复中满足工程要求。     

高混凝土面堆石坝周边缝止水失效渗流性态仿真分析

以某枢纽工程面板砂砾石坝为研究对象,采用三维有限元分析技术,建立计算网格模型、给定计算条件以及设置工况,研究该工程在正常运行以及周边缝止水失效情形的三维渗流性态,分析其水头分布、各部位渗透坡降以及不同区域渗流量等渗流要素及变化情况,指导工程施工。结果表明,正常运行下,设计渗控措施能够有效阻断渗流,确保大坝渗流安全,但周边缝止水失效时坝体渗流量急剧增加,面板后的垫层渗透坡降大幅增大,影响大坝的正常运行,并易导致坝体破坏。     

加宽堤防渗流与变形特征数值分析

为了解堤防加宽后渗流和变形特性,以典型加宽堤防为例,将黏性土和砂性土分别作为旧堤和新填筑堤身的材料类型,运用数值分析软件对常水位作用下的加宽堤防进行渗流和变形数值计算。结果表明,新旧堤身交界面处含水率等值线不连续,总水头等值线被交界面所排斥,含水率和总水头出现急剧降低;渗透坡降在交界面处和加宽堤防坡脚处出现显著变化;交界面处含水率、总水头和渗透坡降的变化率随着堤身高度的增加而增加;堤身最大沉降出现在新堤堤肩处,沉降量与临水侧水位高度有关系,堤基的竖向变形呈马鞍形,加宽堤防的横向变形呈现出旧堤和新堤分别向外侧移动的趋势。渗流场的变化是在河流水渗流作用下,由于加宽堤防新、旧填料性质差异所造成的;变形是在新填堤防的自重作用下,渗流场影响应力场而造成的。     

等壳碾压混凝土重力坝层间抗滑稳定可靠度分析

针对以有限元为基础分析碾压混凝土重力坝层间可靠度其功能函数不能显式表达的特点,采用响应面法、JC法、窄界限法原理相结合的可靠度计算方法。由三维非线性有限元对等壳水电站碾压混凝土重力坝各随机变量分位点值的计算结果,采用抗剪断公式构建该电站非溢流坝段层面的功能函数,求得响应面方程,并应用JC法和窄界限法计算层间单元可靠度指标及层间体系可靠度指标,进一步分析材料的变异系数对体系可靠度的影响。结果表明,φ是影响体系可靠度指标的最敏感因子,碾压各层β值一般为4.16～5.70,层间体系可靠度β'为4.12,满足工程要求。该方法计算效率高,实用性强,用于碾压混凝土重力坝层间抗滑稳定可靠度分析是可行的,值得推广。     

格子玻尔兹曼方法在土石坝渗流计算中的应用

渗流计算对土石坝安全问题研究具有重要作用,传统的坝体渗流计算多是采用基于宏观模型的有限差分法、有限元法等。本文将基于介观模型的格子玻尔兹曼方法(LBM)应用于坝体渗流计算中,通过矩形坝体和梯形坝体两个模型,对坝体内浸润线和渗透压力等进行了模拟,计算结果与传统的有限元方法相一致,证明了LBM在坝体渗流计算中的可行性、可靠性,而LBM方法编程简单,边界条件处理简单,且具有天然的并行特性,因此在大型渗流计算中具有优越性。     

长距离调水工程渠道裂隙岩质边坡渗流模拟

长距离调水工程选址时不可避免地经过裂隙发育地层，地层中裂隙对边坡渗流场有着重要影响，可能诱发渠道产生渗透破坏。以胶东调水工程莱州段部分渠段为研究对象，以实测裂隙分布情况为样本，基于蒙特卡洛法生成随机分布的裂隙网络，采用COMSOL有限元数值计算软件分别基于孔隙模型和裂隙模型开展不同降雨条件下渠道裂隙岩质边坡渗流分析。结果表明，裂隙模型的湿润峰运移速度比孔隙模型快，孔隙水易提前与地下水接触，造成边坡位置地下水位上涨；相同降雨强度、地下水位条件下，裂隙模型的渠道坡脚处水头值较孔隙模型的大，更易造成渠道衬砌板破坏；相同降雨条件下，裂隙的存在使得衬砌板的破坏时间提前，还会扩大破坏范围，降雨强度越大，破坏面积越大。     

渗流分析中基于Signorini变分不等式结合杆单元法的排水孔模拟

在水利水电工程中,排水孔幕是一项至关重要的渗控措施,而在数值模拟过程中排水孔模拟的准确性对工程的设计与安全有直接影响。利用有限元方法中含自适应罚函数的椭圆形Signorini变分不等式方法,结合在工程实践中运用广泛的杆单元法,对含排水孔的稳定渗流问题进行模拟。并基于若干个简单渗流算例与小湾工程实例,将计算结果进行对比分析。研究表明:排水孔周边均形成降落漏斗,模拟的排水孔均发挥了排水降压的效用;将算例计算结果与空气单元法模拟相同过程的结果进行对比,准确性较好;将小湾工程实例渗流场计算结果与工程监测资料进行对比,偏差较小,进一步证明了所提出方法的准确性与可靠性。为解决含有复杂排水结构的岩土体的三维渗流问题提供了一种可行方案。     

服役堤坝边坡稳定最危险滑动面的

根据结构可靠度基本原理和边坡稳定计算的瑞典法基本概念，不经过分条，直接建立和推广了堤坝边坡任意滑动面的稳定可靠性分析的极限状态方程，并给出了广义抗力和广义荷载效应的显式函数式；对于存在不同渗流情况下的计算，利用边坡稳定的确定性分析中替代容重概念，建立了考虑渗流作用下的边坡可靠度计算模型；利用蒙特卡罗模拟法编制了寻找最危险滑动面的程序，可计算分析服役堤坝的边坡稳定最大失效概率。计算例题表明，这种计算方法可行，而且可以方便地寻找到最危险滑动面以及对应的稳定可靠度分析中的最大失效概率，为服役堤坝的稳定可靠度计算提供了一种较简便和实用的方法。     

长江干堤双透水堤基渗流稳定有限

利用饱和稳定渗流理论，对长江干堤典型的双透水堤基天然状态、采取水平防渗措施、采取垂直防渗措施的渗流场进行了有限元数值模拟，根据各计算工况下的总压力水头、渗透流速和水力梯度等值线图的对比分析，研究了这种工程地质条件下的堤坝渗流稳定性，研究发现单一渗流控制措施很难彻底解决所有渗流稳定问题，并最终确定垂直防渗措施为单一防渗措施条件下控制效果最好的方法。在此基础上，设计了综合防渗措施，并用数值方法检验了其合理性，经分析其渗流场，发现采取垂直措施、堤后戗台和沙壤土堤后盖重等措施所有渗流不稳定的因素都得到了有效控制。     

基于J法的水工钢闸门可靠度分析

基于结构可靠度理论，通过对影响水工钢闸门可靠度的主要随机变量的统计分析，在用三维有限元计算闸门强度控制点的基础上，利用应力系数法，获得闸门在失效模式下的极限状态方程。对某工程闸门在三种不同水位作用下，采用JC法分别计算了该闸门初始运行期和工作30年后的结构可靠指标，最终对闸门的可靠度进行了初步的安全评估，为水工金属结构的安全评估工作提供一种新的途径和方法。     

土体强度参数统计特性对土石坝边坡可靠性的影响分析

针对传统边坡稳定安全系数设计法的不足,将抗剪强度参数c、φ作为随机变量,建立安全系数FS的极限状态方程,通过可靠度原理的验算点法建立土石坝边坡可靠度分析模型,编制C＋＋程序,并结合河南省某水库续建工程大坝边坡稳定可靠度分析,探讨了参数变异性、相关性对边坡稳定可靠度的影响,论证了采用可靠度方法分析计算边坡稳定的实用性。     

砌石坝综合加固措施的渗流分析

针对铜鼓县大塅水库运行期存在的一系列安全问题,以6号非溢流砌石体坝段为研究对象,建立了该坝段除险加固前后的三维有限元模型,基于渗流场与温度场的相似性,利用ANSYS热分析模块,分别对运行工况和正常蓄水位工况下该坝段进行了渗流分析计算。结果表明:运行工况下加固后坝段的压力水头计算值与监测点的实测值吻合较好,数值模拟计算所得渗流场整体上能够较好的反映坝体和基岩的渗流场分布特征;正常蓄水位工况下,加固后的坝体自由面、压力水头和渗透压力均显著降低,坝体和防渗帷幕体的渗透坡降都较小;当设有衔接帷幕时,在坝基主帷幕与坝面防渗面板之间区域内水头值明显小于无衔接帷幕情况下该区域内的水头值。可以认为,新设的衔接帷幕能够将坝体防渗体与坝基防渗体有效连接,形成了一个完整封闭的防渗体系;综合加固措施的实施有效改善了坝体的渗流场状况,在防渗处理上能够取得预期的良好加固效果,同时,研究成果可为同类砌石坝工程渗流控制提供参考。