垫层材料对蜗壳混凝土温度应力的影响研究

以白鹤滩水电站工程垫层蜗壳为例,采用有限元软件ANSYS,考虑混凝土徐变,研究了聚氨酯软木垫层材料厚度、垫层下末端铺设角度、垫层上末端距机坑里衬距离、垫层弹性模量、垫层导热系数等对蜗壳混凝土环向温度应力的影响规律;结果表明垫层材料尺寸与性能对蜗壳外围混凝土环向温度应力均有影响,其中以垫层下末端铺设角度、垫层上末端距机坑里衬距离及垫层导热系数最为敏感。     

摩擦系数对水电站垫层蜗壳结构特性的影响

结合某水电站垫层蜗壳结构,针对蜗壳与垫层、蜗壳与混凝土之间的摩擦系数对蜗壳结构特性的影响进行了三维有限元分析。结果表明,蜗壳与垫层之间的摩擦系数对蜗壳外围混凝土的应力、结构位移的影响很小;蜗壳与混凝土之间的摩擦系数对结构位移影响甚微,但是对蜗壳下半周混凝土的应力和配筋影响较大,尤其在底部位置,当摩擦系数由0.25增大到0.60时,环向应力平均增幅约为14%,配筋面积平均增幅达到30%左右。此前已完成的许多研究中将此摩擦系数取为0.25,根据相关实验研究该值偏小,对蜗壳外围钢筋混凝土结构是偏不安全的。因此,在垫层蜗壳结构的接触非线性计算中,应选择合理的蜗壳与混凝土之间的摩擦系数。     

白鹤滩水电站垫层蜗壳结构设计

根据白鹤滩水电站垫层蜗壳实际情况,针对蜗壳外围混凝土结构、垫层铺设方案、结构变形、混凝土开裂及配筋等方面进行了针对性研究和计算分析,给予工程设计一定的指导。计算分析表明:白鹤滩蜗壳垫层的铺设有利于减小混凝土开裂和损伤,混凝土贯穿性损伤区域不大,并且裂缝宽度可满足《水工混凝土结构设计规范》(DL/T 5057-2009)的要求。考虑混凝土开裂后,发电机基础上抬量及其沿圆周分布的不均匀程度相比于线弹性条件下有所增大,但不会导致机组运行受到不利影响。     

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。     

混凝土受拉软化特性对完全联合承载蜗壳非线性有限元分析的影响研究

完全联合承载蜗壳是一种为解决高HD值蜗壳结构钢衬厚度过大并保证其整体安全性的结构形式,但在我国工程中应用很少.三峡电站完全联合承载蜗壳由于结构尺寸大、HD值高,其工作机理复杂,结构分析难度较大.运用ABAQUS程序对该蜗壳结构进行了非线性有限元分析,比较在不同的混凝土材料软化特性曲线方案下的混凝土结构损伤情况及钢衬和钢筋应力,为结构三维非线性计算采用何种软化曲线计算以及钢筋的合理化配置提供依据.     

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。     

大型水电站厂房蜗壳结构型式研究

以某大型水电站厂房蜗壳结构型式研究为背景分别从静力、动力2个方面论述了不同型式的蜗壳结构对电站结构的影响。得出结论认为不同的蜗壳结构型式对电站厂房结构的影响差别主要集中在静力方面，垫层蜗壳方案下，蜗壳周边应力分布不均，对于蜗壳下部混凝土应力状况改变不大，打压蜗壳更有利于减小蜗壳周边混凝土应力，而各种蜗壳结构型式对厂房整体结构的自振特性与动力响应影响较小。     

充水保压钢蜗壳外围混凝土应力分

采用三维有限元技术，在分析施工过程钢蜗壳充水保压支撑的基础上对简化方法和仿真方法进行综合研究。结果表明，2种方法中，简化算法偏保守。同时，钢蜗壳与外围混凝土的接触状态和施工过程中钢蜗壳的支撑方式对混凝土的应力有着重要的影响。结论对水电站厂房的设计、施工有重要的参考价值。     

重复荷载作用对完全联合承载蜗壳结构的影响研究

完全联合承载蜗壳(又称直埋式蜗壳)具有明显的优势,但在我国工程中应用很少,其中重复加载下蜗壳外围混凝土材料强度退化是此结构设计中最为关心的问题之一。运用ABAQUS程序对三峡水电站完全联合承载蜗壳结构进行了非线性有限元计算,通过计算重复荷载作用下的损伤累积,得到了重复荷载作用后混凝土损伤的发展情况、钢材的应力以及结构位移的变化规律。结果表明:在重复荷载作用下,钢蜗壳和外围混凝土中的钢筋应力可以满足材料抗力的要求,混凝土最大裂缝宽度一般不超过0.25 mm,能够满足规范的限裂要求。     

蜗壳外围混凝土应力分析的简化方法

对水电站蜗壳外围混凝土应力分析进行了评述,提出联合承载结构形式的蜗壳外围混凝土应力分析的简化计算方法,并结合实际算例说明简化计算方法的应用情况,其计算结果与有限分析成果十分接近,能够满足实际工程的需要。     

水电站坝下游面管结构型式比较分

某水电站拟采用坝下游面管的布置形式，为了达到安全、经济和施工方便的目的，对坝下游面明钢管和坝下游面钢衬钢筋混凝土管两种结构型式进行了比较分析。在对坝下游面明管结构研究时，采用三维线弹性有限元方法对明管在正常运行工况下的钢衬应力进行了分析；在对坝下游面钢衬钢筋混凝土管结构研究时，先用解析法对钢衬钢筋混凝土压力管道进行初步设计，确定其钢衬厚度和钢筋配置，再对其进行整体三维非线性有限元分析，重点研究钢衬钢筋混凝土管在正常运行工况下钢衬和钢筋的应力状态以及管周混凝土的开裂特征。最后通过对两种管道型式的比较，为坝下游面管的结构选型提供依据。     

混凝土坝接触面的数值模拟研究

针对混凝土坝的接触问题,建立了三维摩擦接触非线性动接触模型。根据接触面上的非线性特点,把力系分为外荷载和接触面上的接触力,通过假设接触状态,把接触力作为迭代变量,求解满足接触条件和动平衡条件的接触力。首先给出了接触面单元的应力计算公式,推导了非线性动力接触方程,详细说明求解的步骤和迭代的过程。通过例子验证该模型能够模拟混凝土坝接触面的张开、闭合和滑移,实例分析表明,采用该模型有稳定的收敛性和足够精度。     

真实齿面相交干涉误差来源及接触分析

考虑安装误差、支撑条件和齿轮承载变形等因素的影响,研究了基于有限元计算渐开线斜齿轮变速器箱体系统误差的新方法,利用齿轮空间啮合理论,得出各个齿轮副的系统误差及人为误差,给出齿轮综合误差的计算公式。搭建真实渐开线斜齿轮相交干涉齿轮副模型,对标准齿轮和相交干涉齿轮的齿廓应力变化、齿向接触区域分布进行对比分析研究。计算结果表明,考虑齿轮副安装误差时,点接触和线接触的接触应力均有上升,线接触状态只变化了10.8%,而点-线接触的接触应力变化了46.4%,说明斜齿轮点-线接触对齿轮综合误差敏感性大于线接触。      

江坪河溢洪道预应力边墩三维有限

基于三维有限元数值模拟技术,对江坪河水电站溢洪道控制段边墩进行了整体空间应力与变形分析,得到了其典型工况下结构的整体位移、周边缝变形和结构重要部位的应力分布规律。根据有限元计算结果,评价了边墩混凝土结构的预应力效果,并探讨了锚块底部与相应闸墩顶面两种不同接触方式对结果的影响,为结构的设计、施工提供参考依据。     

灯泡贯流式机组流道混凝土分期施工与承载特性研究

结合某灯泡贯流式水电站厂房工程实际,建立了包括基岩在内的地面厂房结构有限元模型,然后模拟实际工程中的分期施工方式,考虑接触非线性分析了厂房流道一、二期混凝土在不同接缝面处理方式下的承载特性。研究表明:流道一、二期混凝土接缝面植入钢筋或采用二期混凝土嵌入一期混凝土的方案均有利于提高一、二期混凝土的整体性,降低流道二期混凝土内拉应力大小和分布范围。因此灯泡贯流式水电站厂房流道一、二期混凝土接缝面处理建议采用二期混凝土嵌入一期混凝土的方案,并考虑接缝面植筋,以充分发挥一期混凝土的承载力,保证机组的安全稳定运行。     

双蜗壳离心泵的流固耦合分析

对一比转数为109的双蜗壳离心泵进行了同时考虑叶轮和蜗壳结构场的双向流固耦合分析,分析了流固耦合作用对泵外特性和内流场分布的影响以及不同时刻泵的结构场的结构变形与等效应力的分布。研究发现,考虑流固耦合作用后数值计算得到的平均扬程预测精度提高了0.7%;流固耦合作用对叶轮的内流场影响小,对蜗壳螺旋段的压力分布和扩散段的速度分布影响较大;不同时刻泵结构场的变形分布有较大差异,但等效应力分布的差异较小;当叶片正对蜗壳隔舌时,结构变形和等效应力都达到了最大值。     

子午线轮胎接触滑移的有限元分析

采用ANSYS软件非线性分析技术,通过三维体单元、层单元和接触单元,建立了60系列的R15型子午线轮胎的三维有限元模型。使用Pilot节点控制刚性目标面,使充气轮胎在不同摩擦系数的情况下进行接触滑移,得到了各种情况下轮胎接触滑移的印痕分布状况及在摩擦力的情况下轮胎各部位的变形和应力情况,为进一步进行子午线轮胎的动态接触分析和优化设计奠定了基础。     

齿轮结合面切向接触刚度分形计算模型研究

在机械结合面切向接触刚度分形模型的基础上,结合两圆柱体接触强度分形模型,建立了齿轮结合面的切向接触刚度分形计算模型。该模型综合考虑齿轮接触面的微观特性和宏观特性,其计算结果与测量仪器的分辨率无关,具有尺度独立性。仿真结果显示：齿轮结合面的切向接触刚度与分形维数、材料的特性参数、齿轮的齿数成正比,与粗糙度幅值成反比。     

角接触球轴承动力学建模与实验

针对轴承装配体结构振动的问题,采用矩阵变换方法分析了双列角接触球轴承接触变形的几何关系,使得分析过程更加简洁和精确,并以此为依据,结合赫兹接触理论和拉格朗日分析力学原理建立了轴承装配体结构5自由度动力学模型;讨论了预紧力、接触角、滚动体位置等对系统固有频率的影响;研制了轴承装配体结构动力学参数测试实验台,实验结果表明,该动力学模型能够较准确地预测结构动态参数,误差在15%以内,满足工程计算的需要。     

粗糙面变形特性对摩擦温度与接触压力的影响

在考虑微凸体间的相互作用及摩擦界面摩擦热流耦合等影响基础上,建立一具有三维分形特性粗糙表面/理想平面接触的热力耦合模型,运用有限元软件ANSYS中的非线性有限元多物理场方法,数值模拟并分析了弹性粗糙实体/理想平面刚性体(E/R)、弹塑性粗糙实体/理想平面刚性体(P/R)的摩擦滑动过程,揭示了粗糙表面不同变形特性下粗糙实体摩擦热、接触压力与接触面积的变化规律。发现在匀速滑动过程中,摩擦表面最高接触温度在波动中缓慢上升,而最大接触压力和接触面积则在一定范围内波动。弹性接触(E/R)中接触压力、摩擦温度比弹塑性接触(P/R)大,而接触面积则小很多。在分析摩擦过程中粗糙实体热、力问题时,考虑粗糙接触体的弹塑性变形对结果有较大的影响。