龙滩水电站左岸拐弯坝段动力结构

基于线弹性三维有限元法，采用振型分解反应谱法，对龙滩水电站左岸拐弯坝段设小机组进水口方案和取消小机组方案分别进行了动力计算分析，研究了该坝段的位移和应力分布规律。结果表明:两种方案下的位移变化规律一致，总位移最大值出现在坝顶的同一位置；坝体主要截面的坝踵处出现了较大的拉应力，坝趾处也出现了不常规的应力集中现象，但拉应力区域都很小；各截面的最大压应力都在混凝土抗压强度之内；该坝段满足抗震要求。     

扎毛水库混凝土面板坝结构非线性有限元分析

基于邓肯E-B模型对扎毛水库混凝土面板堆石坝进行了结构非线性有限元分析,给出了坝体和面板在竣工期、蓄水期的应力变形及分布规律。计算结果表明:坝体的总体变形较小,最大沉降量为44.67cm,约为坝高的0.6%;面板最大拉应力和压应力分别为1.53MPa和2.32MPa,均未超过混凝土的极限抗拉-抗压值;面板的最大挠度为12.4cm,周边缝的变形也不大,均在已建工程实测值范围内。     

考虑热学参数空间变异性的重力坝施工期温度及应力场分析

碾压混凝土坝的温控防裂一直是工程建设中的关键技术问题。由于浇筑仓面大、碾压质量不均匀以及混凝土的非均质性，碾压混凝土坝材料参数具有显著空间变异性。传统混凝土坝温度与应力分析常采用确定性计算，忽略了参数空间变异的影响，导致温度及应力场模拟不够合理。本文基于随机场理论和中心点离散方法，提出了混凝土热学参数空间变异有限元模拟方法。TJ大坝案例分析表明，考虑热学参数空间变异后，最高温度场和最大拉应力场在平均效应上与确定性结果基本一致，热学参数空间变异显著影响大坝混凝土结构的最高温度和最大应力。随机温度应力场下结构部分位置温度及应力超过了允许值，意味着依据传统确定性温度应力分析结果提出的温控措施可能偏危险。提出的随机温度应力分析方法对重力坝施工期温控措施的制定提供了方法支持。     

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。     

鲜兴灌区渠首泄洪闸闸室结构有限元分析

以黑龙江省鲜兴灌区渠首改造工程新建的泄洪闸为研究对象,利用三维有限元软件ANSYS建立了闸室结构与地基的整体模型,通过完建期、灌溉期、校核洪水位以及冻胀工况4种工况对闸室结构进行有限元分析,得到闸室结构的应力和位移值;对比分析了4种工况条件下不同荷载组合的闸室结构应力和位移分布规律.结果表明:该闸室结构的位移变化主要以沉降为主,4种工况沉降量普遍较小,最大、最小竖向位移分别为12.069和1.553 mm,未超过规范允许值,均出现在冻胀工况;最大拉应力为1.21 MPa,最大压应力为1.25 MPa,符合设计要求,分别出现在冻胀工况和校核洪水位工况.冻胀工况时靠边墩上游一侧底板顶部有应力集中的现象,需要对其提高配筋率,增加水闸结构整体稳定性.该泄洪闸结构的工作性态良好,能保证安全稳定运行.     

竹篙滩浆砌石空腹重力坝有限元分析

竹篙滩坝型选用浆砌石空腹重力坝，这对减少坝基扬压力及改善坝基应力有利，也可以减少工程投资；同时将砌渣作为空腹填料处理，可以相对增大坝体重量，对抗滑稳定有利。但空腹重力坝坝体本身应力比较复杂，尤其在空腔周围容易出现拉应力。因此，本文在考虑坝体和坝基接触部位的处理方式影响以及空腹填料和坝体接触部位的模拟等情况的基础上，应用大型有限元软件ANSYS，对溢流坝段的应力状况及抗滑稳定性进行了平面有限元计算分析，为坝型进一步优化提供参考依据。     

大型块基型泵房结构力学响应的三维有限元分析

结合镇江市某抽水站，采用有限元方法对其大型块基型泵房结构进行建模，按照工程结构设计时的各荷载工况，对泵房结构的力学响应进行三维有限元分析。根据泵房的位移、应力的最大值和位置以及典型断面的节点处位移、应力值，对泵房结构的位移、应力情况进行分析，并对该抽水站的整体结构设计进行评价。根据后处理结果得到有限元计算的最大拉应力位置和内力值，通过一些典型断面分析产生较大拉应力的位置及其原因。本文的研究对今后类似大型块基型泵站的结构设计具有一定的参考价值。     

特种水闸门抗震性能分析

建立了核电站水闸门有限元模型,对水闸门整体进行了静力学分析、强度分析。结果表明:水闸门的最大等效应力发生在门的正中间梁与梁的交接形成的方形处,最大的等效应力为345.25MPa,最大位移发生在门的正中间位置,且向四周变形越来越小,最大的位移变形为2.084 5 mm;闭合状态下,地震载荷下水闸门整体结构强度满足ASME规范的要求,在地震作用事故工况下可以保持门的完整性。     

基于振型分解反应谱法的重力坝三维有限元动力分析

重力坝的抗震特性是大坝安全的一个重要指标,在对某重力坝中孔坝段进行三维有限元静力分析的基础上,采用子空间迭代法对大坝进行模态分析,分析其自振特性,获取自振频率、自振周期及结构振型;并采用振型分解反应谱法进行动力计算,分析大坝的地震动力响应及其规律;最后按照"强度最不利应力叠加原则"将静态荷载和动态荷载作用下的反应进行组合,分析了坝体的综合反应。     

基于多工况台架试验载荷的轮毂轴承受力分析

为了分析台架试验载荷工况对轮毂轴承疲劳寿命的影响,建立了轮毂轴承接触分析的三维有限元模型.分析计算在三种台架试验工况(径向、轴向及径向、轴向联合承载)下,轮毂轴承内外圈的最大应力位置与应力分布规律.模拟结果表明,轮毂轴承径向承载的Mises应力水平最高为3392MPa,径向、轴向联合承载应力水平次之为2431MPa,轴向承载应力水平最低为1960MPa;最大接触应力面积都为一小尖角,但不同工况分布位置不同,并随着应力的递减,等值应力面积逐渐增大:在三种工况下风外圈滚道与滚动体接触处的最大接触应力沿周向呈现不同的分布趋势.建模规则和分析结果对轮毂轴承的设计与生产具有一定的参考价值.     

合面狮大坝裂缝成因分析

合面狮大坝为混凝土宽缝重力坝，于1970年动工，是边设计，边施工的工程。2003年8月下旬对大坝进行安全检测时发现：溢流面上有很多沿坝轴线方向的裂缝，裂缝深度大于2m；中墩上均存在铅直贯穿性裂缝。这些裂缝的存在，破坏了大坝的整体性，严重影响着大坝的安全运行。采用大型有限元软件ANSYS，对4#坝段进行分析，探讨溢流面裂缝成因，为大坝加固处理提供依据。     

农用柴油机连杆有限元分析与结构优化

运用ANSYS软件对农用柴油机连杆进行了有限元分析,得到连杆的应力分布、安全系数和疲劳寿命的情况。计算结果表明:在最大压缩工况时,最大应力点位于连杆杆身与小头连接过渡处,其等效应力值为303MPa,安全系数为1.24;在最大拉伸工况时,最大应力点位于杆身与大头过渡的工字型截面处,其等效应力值为118MPa,安全系数为3.19。同时,根据计算结果对连杆结构进行了优化,从而提高了连杆的安全系数和疲劳寿命。     

水轮机顶盖部分螺栓断裂后剩余螺栓的强度分析

针对水轮发电机组由于顶盖连接螺栓断裂而导致水淹厂房等严重事故的问题,建立了某电站实际顶盖及螺栓的模型并进行有限元分析.基于Ansys,采用有限单元法求解静力学基本方程,计算得到各种工况下螺栓的应力分布;研究了某混流式水轮机顶盖全部螺栓正常工作时的强度,对部分螺栓断裂后剩余螺栓的强度进行了分析,对比了螺栓在断裂数量为1,2,4,8根以及断裂位置为90°对称分布、邻近分布、180°分布时的应力情况.计算结果表明:部分螺栓断裂后,由于偏载和突变,其余螺栓的最大应力值都会升高;螺栓断裂个数越多,断裂螺栓的分布位置越邻近,则其余螺栓强度越不足.当断裂螺栓数量为4根且处于邻近分布位置时,剩余螺栓的最大应力为744.03 MPa,十分接近螺栓材料的极限容许应力744 MPa;当断裂螺栓处于邻近分布位置且数量达到8根时,剩余螺栓的最大应力达776.21 MPa,增幅达19.69%,已远远超过材料极限容许应力,威胁电站安全运行.     

6200型柴油机气缸盖强度的有限元分析

利用现代计算技术,建立了6200型柴油机缸盖的实体模型和有限元模型,利用发动机热力仿真软件、CFD软件与有限元软件的交叉计算为气缸盖的强度计算提供了温度场和传热系数分布等边界条件。在此基础上,对该柴油机功率提升前、后的气缸盖在柴油机装配状态下和最大功率工况时拉应力情况进行了计算分析,确定了不同情况下的缸盖产生最大拉应力的位置。对气缸盖的疲劳强度安全系数进行了计算分析,为生产部门提供了参考。1000h的可靠性试验证明了计算结果的合理性。     

垫层蜗壳三维非线性有限元分析

结合某水电站,建立垫层蜗壳三维有限元整体模型,采用ANSYS有限元软件对三维模型进行钢筋混凝土非线性计算,确定有限元计算中利用线弹性计算的拉应力配筋的合理性。并根据钢筋混凝土非线性计算的结果对裂缝宽度进行验算。考虑混凝土开裂的三维非线性有限元计算结果表明设计提出的蜗壳厚度和按线性计算得到的配筋,在结构自重、设备重量及内水压力作用下,其应力均低于钢材的允许应力。通过不同工况下不同垫层厚度的计算对比分析,可以初步认定管道外包混凝土最大裂缝宽度是垫层最小厚度取值的控制因素,根据此控制因素,可初步选定垫层的最优厚度取为3cm。设计采用的蜗壳外包混凝土厚度和机墩尺寸具有足够的刚度,可以满足机组运行稳定的要求。     

基于强度折减的大型水电站坝段抗滑稳定性分析

在水电站大坝计算中,坝基深层抗滑稳定问题是决定工程成败的决定因素之一,对水电站安全运行至关重要。针对某大型水电站典型坝段坝基岩体的正常蓄水位工况,采用强度折减方法进行抗滑稳定性分析。计算结果表明:以弹塑性计算不收敛为失稳判据得到的安全系数为2.70,以塑性区贯通和关键点位移突变作为失稳判据得到的安全系数为2.50;并且,坝踵与坝趾特征点位移计算值均指向下游方向,表明坝体有向下滑动的趋势。综合上述分析结果,该坝段在正常蓄水位工况下的整体安全系数应该为2.50左右,无法满足正常工况下3.0的安全度要求,必须对该坝段进行加固处理。     

基于Kriging模型的重力坝结构优化

为解决优化算法与有限元分析直接结合对坝体结构进行优化带来的计算量大、效率低的问题,以某混凝土重力坝非溢流坝段为分析对象,分别构建坝体安全系数、横断面最大宽度及横断面面积Kriging模型;结合遗传算法,以坝体横断面面积最小为优化目标对坝体进行优化。在此基础上,应用功能梯度材料思想对最优断面材料分区,使坝体关键部位应力分布更加合理。研究结果表明:(1)Kriging模型的计算精度满足工程设计要求,基于Kriging模型的优化算法较原算法大幅度缩短优化时间;(2)优化后坝体断面面积减小14.02%;(3)坝踵处采用弹性模量为14 GPa混凝土,坝趾处采用弹性模量为25.5 GPa混凝土且弹性模量梯度不大于11.5 GPa,有利于坝体应力分布,具有一定的工程应用价值。     

胶凝砂砾石坝极限承载力及超载破坏分析

为了得到胶凝砂砾石坝结构破坏的一般规律,参考重力坝分析思路,基于非线性有限元方法,对胶凝砂砾石坝进行数值模拟;参考地质力学模型破坏试验研究方法,研究其坝体应力、变形、坝体结构破坏过程以及极限承载力,比选出适合模拟胶凝砂砾石坝结构破坏的超载方法,并以那恒水库CSG坝为模型进行超载分析。结果表明,胶凝砂砾石坝在超载后坝踵、坝趾率先出现屈服区,坝踵在拉、压应力相互作用下,较坝趾更容易屈服破坏;相比目前破坏试验主要使用的研究方法,以水荷载超载为主的综合法更适合胶凝砂砾石坝超载破坏研究。     

飞来峡厂房坝段应力与稳定分析

对广东省北江飞来峡水电站厂房坝段在正常蓄水位、设计洪水位、校核洪水位等3种工况下的应力变形状态作了弹性和弹塑性有限元分析计算，得出了大坝特征点的应力值和位移值。对弹性和塑性计算结果以及大坝的工作状态分别进行了分析，结果表明大坝应力满足安全要求，具有较大的安全裕度，为水电站运行管理和防洪调度决策提供了重要参考资料。     

设置软垫层坝后背管结构非线性分

坝下游面钢衬钢筋混凝土管道是近30年来应用最广的压力管道型式之一,其工作机理是允许外包混凝土开裂，但要限制裂缝宽度。以三峡水电站坝后背管为例，借助有限元软件ANSYS建立了设置软垫层坝后背管有限元模型，计算分析了设置软垫层坝后背管结构应力状态，并与结构模型试验对比。结果表明：坝后背管设置垫层能有效减小钢管向外围混凝土传递的内水压力，降低混凝土拉应力峰值，改善外围混凝土结构的应力状态，提高钢管的承载比。随着垫层弹模的降低、厚度的增大，这种效应更加明显。对设置软垫层的范围提出了优化建议。