混凝土大壩溫度應(yīng)力數(shù)值仿真分析關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、混凝土溫控數(shù)值仿真的影響因素眾多、機理復(fù)雜，目前，仍無法精確地模擬各種多變的因素對裂縫發(fā)生發(fā)展的影響。本文主要針對混凝土的溫度場應(yīng)力場仿真計算模型、熱濕耦合、水管冷卻問題的并行仿真、混凝土溫度參數(shù)并行反演分析以及誘導(dǎo)縫應(yīng)力強度因子計算等混凝土大壩溫度應(yīng)力數(shù)值仿真的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了較為深入的研究，全文主要內(nèi)容如下： (1)在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了考慮自身溫度影響的混凝土非穩(wěn)定溫度場和徐變應(yīng)力場的計算理論；基于水分質(zhì)量守恒和能量守恒原

2、理考慮混凝土溫度場和濕度場的耦合作用，推導(dǎo)了混凝土的變系數(shù)熱濕耦合方程，并建立了相應(yīng)的計算模型；引用嚴(yán)密的水管冷卻混凝土溫度場的計算理論和計算模型，比較了兩種簡化計算方法用于水管冷卻混凝土仿真計算的不足。 (2)為引入有限元的并行計算技術(shù)，架構(gòu)了一個微機機群并行環(huán)境，并詳細(xì)給出了計算環(huán)境配置和使用方法。分析了結(jié)構(gòu)計算有限元求解過程的并行性；介紹了分布式環(huán)境下有限元計算的并行策略。 (3)針對大型水利工程混凝土施工仿真計算

3、對計算規(guī)模和計算精度越來越高的要求，以及計算實時性的需要，在分布式環(huán)境下實現(xiàn)了水管冷卻混凝土溫度場和徐變應(yīng)力場的并行仿真計算，并率先應(yīng)用該技術(shù)對某實際拱壩工程實現(xiàn)了整體三維并行仿真計算。 (4)在溫度仿真計算參數(shù)反分析的遺傳算法的基礎(chǔ)上，提出了改進(jìn)遺傳算法，函數(shù)測試結(jié)果表明，改進(jìn)措施可以有效地解決算法局部搜索能力低及早熟收斂的問題；并針對分布式并行環(huán)境給出了一種粗粒度的并行化方法，函數(shù)測試結(jié)果表明該方法具有很高的并行效率和加速比

4、，適合應(yīng)用于大規(guī)模仿真計算的反問題求解。 (5)介紹了應(yīng)力強度因子的三類求解方法，對有限元數(shù)值計算中的影響因素做了分析；論述了斷裂現(xiàn)象的分形特性，分析了混凝土誘導(dǎo)縫應(yīng)力強度因子和分形維數(shù)的關(guān)系；推導(dǎo)了平面狀態(tài)下混凝土誘導(dǎo)縫裂縫尖端應(yīng)力場和位移場的分形計算表達(dá)式，并在此基礎(chǔ)上建立了Ⅰ型分形裂紋尖端處的應(yīng)力強度因子的分形模型；給出了計算應(yīng)力強度因子分形維數(shù)的方法；對二維平面分維問題，提出了并行化計算辦法；針對通過正法不易求解的事實，