基于有限元法的雙曲拱壩體形優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、拱壩體形優(yōu)化就是在給定的地形、地質(zhì)以及荷載條件下，利用數(shù)學(xué)規(guī)劃方法，尋找最合理的體形。國外這方面的研究始于20世紀(jì)60年代末期，我國起步晚些，從20世紀(jì)70年代末期開始，重點研究基于拱梁分載法的拱壩優(yōu)化設(shè)計方法，經(jīng)過20多年的努力，我國在拱壩優(yōu)化領(lǐng)域的理論研究已經(jīng)處于國際領(lǐng)先地位。隨著研究的深入，拱梁分載法的缺點也愈加明顯，為解決其不足，國內(nèi)外不少學(xué)者在拱壩優(yōu)化方面做了很多工作，其中包括用有限單元法編制各種計算程序用以改進(jìn)優(yōu)化計算方法，

2、但是大多較難應(yīng)用于實際工程。本文研究的目的是豐富、改善拱壩優(yōu)化設(shè)計體系，減少拱壩優(yōu)化設(shè)計頻繁復(fù)雜的工作，實現(xiàn)計算機(jī)智能化和自動化，使拱壩優(yōu)化設(shè)計能夠縮短設(shè)計周期、提高設(shè)計質(zhì)量和設(shè)計水平，從而取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。 本文的混凝土雙曲拱壩優(yōu)化設(shè)計主要是針對工程應(yīng)用研究，即給定拱壩線型通過調(diào)整設(shè)計變量進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，采用有限單元法對拱壩進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算，解決了拱壩模型不同參數(shù)的全自動計算問題，提高了拱壩優(yōu)化設(shè)計的效率。 首先

3、在參考國內(nèi)外學(xué)者所建立的不同拱壩優(yōu)化模型的基礎(chǔ)上，通過仔細(xì)分析和研究拱壩體形以及受力特點，將拱壩優(yōu)化設(shè)計模型建立成一個線性規(guī)劃模型，并基于該線性模型以及所建立的坐標(biāo)系統(tǒng)，分析了拱厚要求、倒懸度要求、壩面凸性要求、壩體穩(wěn)定和拱端位置要求等約束條件。 然后基于線彈性有限元計算理論和數(shù)值方法，針對拱壩所受溫度荷載不同的兩種工況，依據(jù)穩(wěn)定溫度場分布和影響情況，運用有限元應(yīng)力分析的理論和體形最優(yōu)化基本原理，把溫度作為耦合荷載的形式對拱壩進(jìn)

4、行應(yīng)力分析，由計算結(jié)果獲得優(yōu)化設(shè)計的狀態(tài)變量，初步了解壩體結(jié)構(gòu)的受力情況。以大型通用有限元計算軟件ANSYS作為平臺，用該軟件強(qiáng)大的前后處理功能完成優(yōu)化計算中繁瑣的前后處理任務(wù)，并充分利用APDL參數(shù)化語言，編制ANSYS命令流文件，實現(xiàn)ANSYS軟件的參數(shù)的自動讀入，從而實現(xiàn)拱壩參數(shù)化實體模型的自動建立。最優(yōu)化設(shè)計的過程可由計算機(jī)軟件自動執(zhí)行和控制，減少了以往設(shè)計過程中不斷重復(fù)所消耗的時間。結(jié)果證明該程序的可靠性強(qiáng)、效率高、收斂性穩(wěn)定