基于ANSYS的曲線重力壩壩形優(yōu)化設計.pdf

1、重力壩作為壩工設計中廣為應用的一種壩形,它的優(yōu)化設計已成為人們關注和研究的焦點。對重力壩進行優(yōu)化設計,是重力壩設計的關鍵步驟。重力壩斷面優(yōu)化設計的目的是在特定的荷載作用下尋找最優(yōu)的設計方案,通過一系列的分析計算,能夠獲得一個既安全穩(wěn)定又經(jīng)濟合理的設計方案。
　　目前在重力壩設計中,斷面都采用基本三角形斷面,該斷面形式能有效的簡化計算,較易得出壩體的幾何尺寸,但它并非是理論上最優(yōu)的斷面形式。傳統(tǒng)的基本三角形斷面能恰巧滿足壩體建基面上

2、的各項控制條件,但在壩體較高的截面上材料的強度不能充分發(fā)揮,常有所富余,且由于壩體上下游折坡點的存在,壩體在折點處容易產(chǎn)生應力集中現(xiàn)象,所以可以考慮將上下游壩面做成曲面形式,通過數(shù)學規(guī)劃法求解一個能恰巧滿足壩體各截面處控制條件的最優(yōu)斷面。
　　本文首先闡述了重力壩進行優(yōu)化設計的基本理論和方法,以及重力壩應力、穩(wěn)定計算應遵循的計算方法和控制標準;然后采用數(shù)學規(guī)劃法,以曲線壩面的上下游方程系數(shù)為設計變量,以幾何約束、抗滑穩(wěn)定和應力約束

3、為控制條件,以單位壩段斷面面積作為目標函數(shù)建立重力壩的數(shù)學模型;最后通過ANSYS有限元分析軟件進行壩體的優(yōu)化計算模擬,其研究的主要內(nèi)容分述如下:
　　1.采用ANSYS的參數(shù)化語言建立了重力壩曲線斷面模型,并用ANSYS自帶的優(yōu)化分析程序對壩體進行優(yōu)化分析。整個計算分析過程由于是參數(shù)化輸入,所以無論是幾何模型建立、網(wǎng)格劃分、幾何邊界條件以及荷載(壩體自重、靜水壓力、揚壓力和地震作用)施加,還是計算求解、判斷收斂條件是否滿足以及進

4、行相應的優(yōu)化計算,這所有的工作都依靠計算機來完成,其求解效率高,結果較為可靠。
　　2.進行傳統(tǒng)斷面和曲線斷面的對比分析。本文不僅建立了曲線斷面的有限元模型,而且還建立了傳統(tǒng)的基本三角形斷面模型,通過對壩高為30m,材料屬性、壩頂寬度以及荷載全部相同的兩種斷面進行分析研究,發(fā)現(xiàn)曲線斷面既能滿足強度和穩(wěn)定要求,又能使目標函數(shù)更小,滿足我們經(jīng)濟性的要求,這便增加了這種斷面形式的可使用性。
　　3.根據(jù)重力壩的分類標準,對高、中、