水利樞紐有限元分析畢業(yè)設計

1、<p><b>　　第一部分</b></p><p><b>　　設 計 說 明 書</b></p><p>　　1 興旺溝水利樞紐工程基本資料</p><p><b>　　1.1 流域概況</b></p><p>　　樂昌峽水利樞紐位于韶關(guān)市樂昌境內(nèi)、北江支流武

2、江樂昌峽河段內(nèi)，壩址位于興旺溝火車站附近，下距樂昌市約14km，韶關(guān)市81.4km，壩址以上集水面積4988km2。</p><p>　　武江是北江流域的一級支流。發(fā)源于湖南省臨武縣三峰嶺，流經(jīng)湖南省的臨武縣、宜章縣、郴縣、桂陽、汝城等五縣，于樂昌市老坪石上游約3km流入廣東省的樂昌市，經(jīng)乳源、曲江，與湞江在韶關(guān)市沙洲尾匯合注入北江。武江全河長260km，流域面積7097km2。</p><p

3、>　　1.2 水文1.2.1 氣象 </p><p>　　武江流域位于五嶺山脈以南，屬東亞季風氣候區(qū)。冬半年受東北季風控制，氣候寒冷略干燥，夏半年受西南和東南季風控制，氣候炎熱多雨。本流域具有山地氣候特征。大暴雨發(fā)生的頻率前汛期（4～6月）占67%～69%，后汛期（7～9月）占31%～33%。</p><p>　　根據(jù)樂昌市氣象站1959年～2004年資料統(tǒng)計，主要氣象特性

4、如下：</p><p>　　氣溫：多年平均氣溫19.5℃，極端最高氣溫41.0℃（2003年7月23日），極端最低氣溫-4.6℃（1967年1月17日）。</p><p>　　降雨量：多年平均降雨量1488mm，最大日降雨量220 mm（1973年6月28日）。</p><p>　　濕度：多年平均相對濕度80％，最大月平均相對濕度90％（1975年5月）。</

5、p><p>　　風向、風速：多年平均最大風速14.8m/s，最大風速22m/s（1970年8月11日），最多風向為NNW。 </p><p>　　蒸發(fā)量：多年平均蒸發(fā)量1039mm。</p><p>　　1.2.2 水文基本資料 根據(jù)工程位置、任務、流域地區(qū)洪水組成及已有的水文站點和資料，確定武江的坪石（二）、犁市水文站，湞江的長壩（湞灣）水文站和北江的韶關(guān)水

6、位站四站為設計基本站。資料系列均至2006年。 </p><p><b>　　1.2.3 洪水</b></p><p>　　根據(jù)北江上游洪水組成特點，樂昌峽水庫設計洪水考慮甲、乙兩種洪水組成。</p><p>　　甲種洪水：韶關(guān)與樂昌峽水庫同頻率，樂昌峽～韶關(guān)～灣頭區(qū)間相應，以武水為主的洪水組成。</p><p>　　

7、乙種洪水：韶關(guān)與樂昌峽～韶關(guān)～灣頭區(qū)間同頻率樂昌峽水庫相應，以湞水為主的洪水組成。</p><p>　　樂昌峽水利樞紐興旺溝壩址采用以武水為主的甲種洪水組成時還同時考慮樂昌峽壩址～樂昌市小區(qū)間的甲、乙兩種洪水組成。</p><p><b>　　典型年選擇：</b></p><p>　　甲種洪水：1994年6月（全流域大水）、2006年7月（武江

8、大水）。</p><p>　　乙種洪水：1976年6月（湞江大水）。</p><p>　　1.2.4 泥沙 犁市站多年平均含沙量為0.173kg/m3，多年平均侵蝕模數(shù)為177.47t/km2，經(jīng)計算壩址多年平均輸沙量為 90.34萬t。</p><p>　　1.3 壩基巖石及沙礫石的物理學性質(zhì)資料</p><p>　　1.3

9、.1 壩基巖石及砂礫石的物理力學性質(zhì)</p><p>　　1、泊松比 0.2</p><p>　　2、摩擦系數(shù) 0.65</p><p>　　3、抗剪強度系數(shù) 1.0</p><p>　　4、地基重度2700N/m3</p><p>　　1.3.2 淤沙的力學指標</p><p><

10、b>　　1、淤沙高度23m</b></p><p><b>　　2、內(nèi)摩擦角18°</b></p><p>　　3、浮容重9.5kN/m3 </p><p>　　1.3.3 水庫特性表</p><p><b>　　（1）、水庫水位</b></p><

11、p>　　1）正常蓄水位 154.50m</p><p>　　2）設計洪水位（P=1%） 158.42m</p><p>　　3）校核洪水位(P=0.1%) 159.18m</p><p>　　4) 汛期運行水位 144.50m&l

12、t;/p><p>　　5）極限死水位 139.50m</p><p>　?。?）、電站下游尾水位</p><p>　　1）設計洪水位 116.58m</p><p>　　2）校核洪水位 117.30m</p>

13、<p>　　3）正常尾水位 113.87m</p><p>　　4）最低計算尾水位 112.00m</p><p>　?。?）、溢洪道下游水位</p><p>　　1）設計洪水位 113.87m</p><p>　

14、　2）校核洪水位 116.62m</p><p>　　2 重力壩的工作原理、特點及其荷載</p><p>　　2.1 重力壩的工作原理</p><p>　　重力壩是用漿砌石或混凝土材料修筑而成的擋水建筑物。一般做成上游面近似垂直的三角形斷面，在壩體和地基接觸面間產(chǎn)生抗剪強度或摩擦力來抵抗水庫的水推力，以達到穩(wěn)定的要求；同

15、時依靠壩體自重產(chǎn)生的壓應力來抵消由于水壓力所引起的壩體上游側(cè)面的拉應力，以滿足壩身強度的要求。為了適應地基變形、溫度變化和混凝土的澆筑能力，沿壩軸線用橫縫將壩體分隔成若干個獨立工作的壩段。</p><p>　　2.2 重力壩的特點</p><p>　　結(jié)構(gòu)作用明確，設計方法簡單，安全可靠。</p><p>　　重力壩對地形、地質(zhì)條件適應性強。任何形狀的河谷都可以修

16、建重力壩，因為壩體作用于地基面上的壓應力不高，所以對地質(zhì)條件的要求也較拱壩低，甚至在土基上也可以修建高度不大的重力壩。</p><p>　?。?）樞紐泄洪問題容易解決。重力壩可以做成溢流的，也可以在壩身不同高度設置泄水孔，一般不需另設溢洪道或泄水隧洞，樞紐布置緊湊。</p><p>　?。?）便于施工導流。在施工期可以利用壩體導流，一般不需要另設導流隧洞。</p><p

17、>　?。?）施工方便。大體積混凝土可以采用機械化施工，在放樣、立模和混凝土澆筑方面都比較簡單，并且補強、修復、維護或擴建也比較方便。</p><p>　?。?）重力壩是大體積混凝土建筑物，施工時混凝土的水化發(fā)熱和散熱、硬化收縮將引起壩體內(nèi)溫度和收縮應力，可能使壩體產(chǎn)生裂縫。因此，在澆筑混凝土時，需要有嚴格的溫度控制措施。</p><p>　　2.3 作用在重力壩上的荷載</p

18、><p>　　作用在重力壩上的荷載主要有：壩體及壩基上永久設備的自重，上下游壩面上的靜水壓力，揚壓力、泥沙壓力、及地震荷載等。</p><p>　　2.4 重力壩有限元建模</p><p>　　有限元求解壩體和基巖位移和應力應變響應時，關(guān)鍵是整體剛度矩陣K。對于一般的水庫大壩，其剛度矩陣應該由壩體和基巖等單元剛度矩陣組合而成，即K=K1+K2。其中K1表示壩體單元的總體

19、剛度矩陣，既受壩體自身剛度的影響，又受基礎(chǔ)約束的影響；K2表示基巖單元的總剛度，主要取決于所考慮的范圍大小及邊界約束條件。數(shù)值模擬計算只能在有限的區(qū)域內(nèi)進行，為了減小計算誤差，必須選取合適的計算范圍。</p><p>　　在實際建模過程中，建議地基選取的范圍以2倍的壩高為宜，根據(jù)壩體剖面尺寸不一，也可以適當調(diào)整范圍，由實際情況而定。</p><p>　　2.5 重力壩建模參數(shù)</p

20、><p>　　壩體：混凝土的彈性模量E=2.4E10Pa，密度為2400Kg/m3，泊松比為ｖ=0.167，抗拉強度Fc=1.96E6Pa</p><p>　　巖基：彈性模量E=2.7E10Pa，密度為2700Kg/m3，泊松比為ｖ=0.2。</p><p>　　2.6 設計的主要內(nèi)容及內(nèi)容</p><p>　　1、確定樞紐布置方案，繪出上游或下

21、游立視圖。</p><p><b>　　2、主要建筑物設計</b></p><p>　?。?）當水壩壩段設計：確定當水壩的實用剖面及輪廓尺寸，并進行穩(wěn)定、應力分析。繪出最大壩高處當水壩橫剖面圖。</p><p>　　（2）底孔壩壩段設計：確定底孔壩的基本剖面及輪廓尺寸，進行穩(wěn)定、應力計算。繪出最大壩高處底孔壩橫剖面圖。</p>&

22、lt;p>　　壩體細部構(gòu)造設計：包括壩體混凝土分區(qū)、分縫廊道系統(tǒng)及壩身排水系統(tǒng)的設計。</p><p>　　3 壩型選擇與樞紐布置</p><p><b>　　3.1 壩型選擇</b></p><p>　　擬定三種方案：分別選擇土石壩、混凝土重力壩、拱壩三種類型進行比較。 </p><p>　　表4-1三種壩型

23、比較表</p><p>　　根據(jù)基本資料顯示，壩址下游有足量的混凝土用砂，石料場，礫石料場儲量豐富。武江水量豐富，水質(zhì)礦化度較低，一般對混凝土不具有侵蝕作用，唯河水含泥沙量較大，需進行沉淀處理，且洪水流量大。故本樞紐要求泄洪能力強.而修混凝土重力壩的優(yōu)點是對地形、地質(zhì)條件適應性強,對地形和地質(zhì)條件要求較拱壩低;樞紐泄洪問題容易解決,重力壩可以做成溢流的,也可在壩內(nèi)設不同高程泄水孔,不需另設溢洪道或泄水隧洞,樞紐布

24、置緊湊;便于施工導流;重力壩剖面尺寸大,因而抵抗洪水漫頂、滲漏、地震和戰(zhàn)爭破壞的能力都比土石壩強;施工方便;結(jié)構(gòu)作用明確,重力壩沿壩軸線用橫縫分成若干壩段,各壩段獨立工作,穩(wěn)定和應力計算都比其他壩型簡單.該樞紐的地形、地質(zhì)和氣象條件等資料都顯示,適于修混凝土重力壩.</p><p>　　拱壩:由于拱壩剖面較薄,壩體幾何形狀復雜,對于筑壩材料強度,抗?jié)B性和施工質(zhì)量等要求都比重力壩嚴格.地形條件是決定拱壩結(jié)構(gòu)形式,工

25、程布置的主要因素.因其理想地形是狹窄河谷,與本樞紐地形不符,故本樞紐不宜修拱壩.</p><p>　　土石壩:在洪水流量較大的河流上,土石壩工程的導流,泄洪問題比混凝土壩難以解決.再根據(jù)該樞紐資料內(nèi)容,壩址地質(zhì)條件較好,建混凝土壩具有較大優(yōu)越性,故本樞紐也不適合修土石壩.</p><p>　　綜上選擇該水利樞紐為混凝土實體重力壩較為合理。</p><p><b

26、>　　3.2 樞紐布置</b></p><p>　　根據(jù)壩址壩型比較選擇意見，結(jié)合地形、地質(zhì)條件，針對選定的重力壩壩型擬定下列可能的樞紐組合方案，進行分析比較。</p><p>　　1右岸至左岸依次為擋水壩段、廠房壩段、溢流壩段、擋水壩段</p><p>　　2右岸至左岸依次為溢流壩段、廠房壩段、擋水壩段</p><p>

27、　　3右岸至左岸依次為擋水壩段、溢流壩段、廠房壩段</p><p>　　通過上述樞紐方案各建筑物的布置設計、分析比較，將各樞紐方案特點分述如下：</p><p>　　方案1：布置合理，溢流壩段泄流的尾水直接進入河道，消能容易解決。</p><p>　　方案2：右岸布置溢流壩段尾水不宜處理，需要額外修建尾水渠段增加投資。</p><p>　　方

28、案3：左岸直接布置廠房，左岸岸坡需要開挖較多，增加了投資。</p><p>　　由此可見，各樞紐方案建筑工程總投資排列順序為方案(1)＞方案(2)＞方案(3)，綜合考慮地形地質(zhì)、水文、施工、運行管理等條件，選擇方案⑴，即布置從右岸依次為83.1m的擋水壩段，52.5m的擋廠房壩段，75m的溢流壩段，最左岸為163.5m的擋水壩段。</p><p>　　4 有限元分析方法與ANSYS簡介&

29、lt;/p><p>　　4.1 有限元ANSYS簡介</p><p>　　有限元法（Finite Element Method/FEM）又稱有限單元法或有限元素法，是結(jié)構(gòu)分析的一種數(shù)值法，自從1960年柯勞夫（R.W.clough）提出“有限元法”的名稱以來，有限元法的研究工作蓬勃發(fā)展，在工程領(lǐng)域中作用日益增強，已成為分析連續(xù)體力學問題最新穎和最有效的工具。有限元法的實質(zhì)就是把具有無限個自由

30、度的連續(xù)體，理想化為只有有限個自由度的一組有限個且按一定方式聯(lián)結(jié)在一起的組合域。各單元之間彼此相連接的點稱為節(jié)點，從研究有限單元的力學特性著手，最后得到一組以節(jié)點位移作為未知量的矩陣形式表達的方程，求解出這些未知量，就可以得到整個求解域上的近似解。有限元法采用矩陣表達形式，便于編制計算機程序，以求解大型線性方程組。利用計算機的便利大大提高了計算速度，使許多復雜的工程問題迎刃而解。</p><p>　　4.2 有

31、限元ANSYS分析過程</p><p>　　ANSYS有限元求解問題的基本過程主要包括：前置處理、有限元求解、后置處理三部分。介紹如下：</p><p><b>　　（1） 前置處理：</b></p><p>　　建立有限元模型所需要輸入的資料，如節(jié)點、坐標資料、元素內(nèi)節(jié)點排列次序、材料特性等。之后將建好的模型劃分網(wǎng)格，是使整個模型系統(tǒng)離散為有

32、限個單元。</p><p>　?。?） 有限元求解</p><p>　　通過對模型外部作用力的加載，利用能量最低原理和函數(shù)值定理換成一組線性聯(lián)立方程組，如元素剛度矩陣計算[K]、系統(tǒng)外力向量的組合{F}、線形代數(shù)方程[K]×{U}={F}等，使每組作用力都轉(zhuǎn)換在作用在單元體上的荷載，然后進行計算處理。</p><p><b>　　（3） 后置處

33、理</b></p><p>　　將解題部分所得的解答如：變位、應力、反力等資料，通過圖形接口以各種不同表示方式把等位移圖、等應力圖等顯示出來</p><p>　　5 壩體的設計及有限元分析計算</p><p>　　5.1 擋水壩段設計</p><p>　　5.1.1 輪廓尺寸確定</p><p>　　

34、設計時考慮各影響因素：荷載、地基、運用、材料、施工條件等影響，擬定幾個方案比較，選出最優(yōu)方案。重力壩承受的主要荷載是水壓力和自重，控制剖面尺寸的主要指標是穩(wěn)定和強度。因此作用于上游面的水壓力及基礎(chǔ)揚壓力呈三角形分布，所以重力壩的基本剖面是三角形。</p><p>　　壩體高度為81米，壩頂寬度一般取壩高的8%~10%，考慮交通要求,經(jīng)過綜合分析,壩頂寬度取8米。上游壩坡坡率n=0，壩底寬為64.8米。符合上游邊坡

35、:1:0～1:0.2;下游邊坡:1:0.6～1:0.80所允許的范圍.</p><p>　　5.1.2 廊道系統(tǒng)的設計</p><p>　　帷幕灌漿需要在壩體澆筑到一定高度后進行，以便利用混凝土壓重提高灌漿壓力，保證灌漿質(zhì)量。為此，需要在壩踵附近距上游壩面0.05～0.1倍作用水頭、且不小于4～5m處設置灌漿廊道。廊道斷面多為城門洞形，寬度和高度應能滿足灌漿作業(yè)的要求，一般寬為2.5～3

36、m，高位3～4m，地面距基巖面不宜小于1.5倍廊道寬度。本設計廊道距上游面5.0m，距壩基4.5m，廊道寬3m，高3.5m均滿足要求。</p><p>　　5.2 擋水壩段空間有限元分析</p><p>　　5.2.1 有限元建?；酒拭?lt;/p><p>　　混凝土重力壩建模的基本參數(shù)</p><p>　　（1）大壩：彈性模量E=2.4e

37、10Pa，泊松比為=0.167，密度為2400kg/m3，抗拉強度為ft=1.96e6Pa，抗壓強度fc=10e6Pa。</p><p>　?。?）基巖：彈性模量E=2.7e10Pa，泊松比為=0.2，密度為2700kg/m3</p><p>　　圖5-1 擋水壩平面輪廓</p><p>　　基本組合壩體荷載圖、變形圖，應力圖</p><p&g

38、t;　　圖5-2 基本組合壩體加載圖</p><p>　　擋水壩最大荷載為884559pa。</p><p>　　圖5-3 基本組合壩體變形圖</p><p>　　壩體最大位移為0.019727m。</p><p>　　圖5-4 基本組合壩體第一主應力分析圖</p><p>　　壩踵處出現(xiàn)拉應力，拉應力最大值為0

39、.689453MPa，拉應力區(qū)深度為2.7m，不超過廊道中心線，滿足規(guī)定要求。</p><p>　　圖5-5 基本組合壩體第三主應力分析圖</p><p>　　在壩址處出現(xiàn)最大壓應力，最大應力值為4.7 MPa，小于混凝土抗壓強度值9.6 MPa，滿足強度要求。</p><p>　　5.2.3 特殊組合（一）壩體荷載圖、變形圖、應力圖</p>&l

40、t;p>　　圖5-6 特殊組合（一）加載圖</p><p>　　圖5-7 特殊組合（一）變形圖</p><p>　　壩體最大位移為0.019841m。</p><p>　　圖5-8 特殊組合（一）壩體第一主應力分析圖</p><p>　　在壩踵處出現(xiàn)拉應力，拉應力最大值為0.716MPa，拉應力區(qū)深度為2.46m，不超過廊道中心線

41、，滿足規(guī)定要求。</p><p>　　圖5-9 特殊組合（一）壩體第三主應力分析圖</p><p>　　在壩址處出現(xiàn)最大壓應力，最大應力值為4.63MPa，小于混凝土抗壓強度值9.6 MPa，滿足強度要求。</p><p>　　5.2.4特殊組合（二）壩體荷載圖、變形圖、應力圖</p><p>　　圖5-10 特殊組合（二）壩體加載圖&l

42、t;/p><p>　　圖5-11 特殊組合（二）壩體沉降量圖</p><p>　　壩體最大位移為1.68mm。</p><p>　　圖5-12 特殊組合（二）壩體第一主應力分析圖</p><p>　　在壩踵處出現(xiàn)拉應力，拉應力最大值為0.36MPa，拉應力區(qū)深度為1.78m，不超過廊道中心線，滿足規(guī)定要求。</p><p&

43、gt;　　圖5-13 特殊組合（二）壩體第三主應力分析圖</p><p>　　在壩址處出現(xiàn)最大壓應力，最大應力值為0.32 MPa，小于混凝土抗壓強度值9.6 MPa，滿足強度要求。</p><p><b>　　壩體抗滑穩(wěn)定分析：</b></p><p><b>　　抗剪強度公式：</b></p><

44、p>　　基本組合 =1.06>[1.05] 滿足要求</p><p>　　特殊組合(一) =1.14>[1.00] 滿足要求</p><p>　　特殊組合(二) =1.176 >[1.00] 滿足要求</p><p><b>　　按抗剪強度公式：</b></p><p>　　基本

45、組合 =4.78 ＞[3.0] 滿足要求</p><p>　　特殊組合（一）=2.6>[2.5] 滿足要求</p><p>　　特殊組合（二） =5.28 ＞[2.3] 滿足要求</p><p>　　可見擋水壩段滿足抗滑穩(wěn)定要求</p><p>　　壩踵壩址在三種工況下符合應力條件，且變形在安全范圍內(nèi)，故設計合格。<

46、/p><p>　　5.3 廠房壩段設計</p><p>　　5.3.1 輪廓尺寸確定</p><p>　　設計時考慮各影響因素：荷載、地基、運用、材料、施工條件等影響，擬定幾個方案比較，選出最優(yōu)方案。重力壩承受的主要荷載是水壓力和自重，控制剖面尺寸的主要指標是穩(wěn)定和強度。因此作用于上游面的水壓力及基礎(chǔ)揚壓力呈三角形分布，所以重力壩的基本剖面是三角形。</p&g

47、t;<p>　　壩體高度為76米，壩頂寬度一般取壩高的8%~10%，考慮交通要求,經(jīng)過綜合分析,壩頂寬度取10.5米。上游壩坡坡率n=0，壩底寬為60.8米。符合上游邊坡:1:0～1:0.2;下游邊坡:1:0.6～1:0.80所允許的范圍.</p><p>　　5.3.2 管道的設計</p><p>　　本階段初選3臺40MW混流式水輪機機組,根據(jù)已建工程，設計進口段高程為

48、127米，為8米×7米的矩形，管徑為5米，管道出口高程為89.8米。</p><p>　　5.4 廠房壩段有限元分析</p><p>　　5.4.1 有限元建模基本剖面</p><p>　　混凝土重力壩建模的基本參數(shù)</p><p>　?。?）大壩：彈性模量E=2.4e10Pa，泊松比為=0.167，密度為2400kg/m3，抗拉強

49、度為ft=1.96e6Pa，抗壓強度fc=10e6Pa。</p><p>　　（2）基巖：彈性模量E=2.7e10Pa，泊松比為=0.2，密度為2700kg/m3</p><p>　　圖5-14 廠房壩建模圖</p><p>　　5.4.4基本組合廠房壩段穩(wěn)定分析</p><p>　　圖5-15基本組合廠房加載圖</p>&l

50、t;p>　　圖5-16基本組合廠房壩段變形圖</p><p>　　壩體最大位移為17.6mm。</p><p>　　圖5-17基本組合廠房壩段第一主應力分析圖</p><p>　　在壩踵處出現(xiàn)拉應力，拉應力最大值為3.4MPa，拉應力區(qū)深度為3.78m，不超過廊道中心線，滿足規(guī)定要求。</p><p>　　圖5-18基本組合廠房壩段第三

51、主應力分析圖</p><p><b>　　結(jié)論：</b></p><p>　　按抗剪強度公式：基本組合 =1.052 >[1.05] 滿足穩(wěn)定要求</p><p>　　可見擋水壩段滿足抗滑穩(wěn)定要求。</p><p>　　壩踵壩址在該工況下符合應力條件，且指定方向位移變形在安全范圍內(nèi)，故設計合格。</p>

52、;<p>　　5.4.5 特殊組合（一）廠房壩段穩(wěn)定分析</p><p>　　圖5-19特殊組合（一）加載圖</p><p>　　圖5-20特殊組合（一）廠房壩段變形圖</p><p>　　壩體最大位移為17.6mm。</p><p>　　圖5-21特殊組合（一）廠房壩段第一主應力分析圖</p><p>

53、　　在壩踵處出現(xiàn)拉應力，拉應力最大值為3.4MPa，拉應力區(qū)深度為4.3m，不超過廊道中心線，滿足規(guī)定要求。</p><p>　　圖5-22特殊組合（一）廠房壩段第三主應力分析圖</p><p><b>　　結(jié)論：</b></p><p>　　按抗剪強度公式：特殊組合(一) =1.02 >[1.00] 滿足穩(wěn)定要求</p>

54、<p>　　可見擋水壩段滿足抗滑穩(wěn)定要求。</p><p>　　壩踵壩址在該工況下符合應力條件，且變形在安全范圍內(nèi)，故設計合格。</p><p>　　6 結(jié)論 </p><p>　　這次興旺溝樞紐工程有限元分析，通過建模模擬出擋水壩段和廠房壩段，對其進行強度、穩(wěn)</p><p>　　定及抗震分析，參照水工建筑物標準，

55、最后得出以下結(jié)論：</p><p>　　（1）擋水壩段和廠房壩段應力分析符合規(guī)范要求，擋水壩段壩踵的拉應力深度為1.3m，小于壩底寬度的7%，滿足要求；溢流壩段的拉應力區(qū)深度為1.25m，同樣也小于壩底寬度的7%，雖然設計遵循材料力學的思想，在壩底不可以出現(xiàn)拉應力區(qū)，但是從有限元方法出發(fā)，只要出現(xiàn)的拉應力區(qū)不超過壩底寬度的7%或壩踵到廊道帷幕灌漿中心線的長度就符合要求。</p><p>　

56、?。?）擋水壩段和廠房壩段符合抗滑穩(wěn)定要求。擋水壩段在基本組合，特殊組合（一），特殊組合( 二)時的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)值分別為1.06, 1.14, 1.176,分別大于規(guī)范要求值1.05,1.0，1.0，滿足要求；值分別為4.78， 2.6， 5.28，分別大于規(guī)范要求值 3.0， 2.5 ，2.3，滿足要求。廠房壩段在基本組合，特殊組（一）時的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)值分別為1.052 ，1.02，分別大于規(guī)范要求的1.05， 1.0，滿足要

57、求。</p><p>　　（3）擋水壩段抗震分析中最大拉應力在規(guī)范要求的允許之內(nèi)，當出現(xiàn)設計情況的地震強度時，壩體不會產(chǎn)生破壞，滿足要求。 </p><p>　?。?）此次設計雖然結(jié)果滿足水工設計的各種標準，但是其中也存在一些不足，例如，壩體截面尺寸相對有些偏大，設計有些保守，安全儲備有些大，從經(jīng)濟方面考慮還有很大的優(yōu)化空間，需要在以后的設計中不斷進行改進。</p><

58、p>　　總體而言，這次興旺溝水利樞紐有限元分析運用了功能強大的ANSYS軟件，給壩體的分析計算帶來了方便。在不斷地運用該軟件的過程中對一些操作有了更深入的理解，再加上老師的悉心輔導，終于圓滿地完成了此次設計。</p><p><b>　　第二部分</b></p><p><b>　　設 計 計 算 書</b></p><

59、p>　　1 擋水壩段的設計</p><p>　　1.1 剖面輪廓及尺寸</p><p>　　1.1.1 壩頂高程的確定</p><p>　　壩頂高程應高于校核洪水位，壩頂上游防浪墻頂?shù)母叱虘哂诓ɡ隧敻叱獭７览藦婍斨猎O計洪水位或校核洪水位的高差，可按下式計算</p><p><b>　　=1.24</b>&

60、lt;/p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　——波浪爬高高度，；</p><p>　　——波浪中心線至靜水位的高度，；</p><p><b>　　——波長，；</b></p><p><b>　　——壩前水深，；</b></p

61、><p>　　——計算風速，是指水面以上10m處10min的風速平均值，水庫為正常蓄水位或設計洪水位時，宜采用相應季節(jié)50年重現(xiàn)期的最大風速，校核洪水位時，宜采用相應洪水期最大風速的多年平均值；</p><p>　　——庫面的波浪吹程，；</p><p><b>　　——安全超高m，</b></p><p>　　(1)、設計

62、洪水位情況：</p><p>　　D=2km，V=22m/s</p><p><b>　　=1m </b></p><p>　　=1.24=1.24m</p><p><b>　　=10.4m</b></p><p><b>　　=0.3m</b>&l

63、t;/p><p>　　=1.24+0.3+0.5=2.04m</p><p>　　因此設計蓄水位時防浪墻頂高程▽=158.42+2.04=160.46m</p><p>　　(2)、校核洪水位：</p><p>　　D=2km，V=14.8m/s</p><p><b>　　=0.61m </b>&

64、lt;/p><p>　　=1.24=0.7564m</p><p><b>　　=7.0m</b></p><p><b>　　=0.17m</b></p><p>　　=0.7564+0.17+0.4=1.33m</p><p>　　因此校核洪水位時防浪墻頂高程▽=159.18

65、+1.33=160.51m</p><p>　　取、兩種情況的最大值為160.51m，壩頂高程=161m，防浪墻高0.5m。</p><p>　　1.1.2實用剖面設計</p><p>　　壩底高程為80m，壩高H=161-80=81m，上游壩坡坡率取n=0，下游壩坡坡率取m=0.8，壩底寬為64.8m，壩頂寬度取8m。</p><p>　　

66、圖1-1 擋水壩剖面設計</p><p>　　1.2 有限元建模</p><p>　　1.2.1 單元類型</p><p>　　首先將壩體簡化建立二維模型，所以單元類型采用PLANE42。在劃分單元之前應將材料屬性附給壩體和地基。以便求解的準確性。PLANE42是2 維實體結(jié)構(gòu)單元，用于建立 2 維實體結(jié)構(gòu)模型。本單元既可用作平面單元 (平面應力或平面應變)，

67、也可以用作軸對稱單元。本單元有 4 個節(jié)點，每個節(jié)點有 2 個自由度，分別為 x 和 y 方向的平移。本單元具有塑性、蠕變、輻射膨脹、應力剛度、大變形以及大應變的能力。并有一個選項可以支持額外的位移形狀。</p><p>　　ANSYS的SOLID65單元是專為混凝土、巖石等抗壓能力遠大于抗拉能力的非均勻材料開發(fā)的單元。它可以模擬混凝土中的加強鋼筋，以及材料的拉裂和壓潰現(xiàn)象。它是在三維8節(jié)點等參元SOLID45的

68、基礎(chǔ)上，增加了針對于混凝土的性能參數(shù)和組合式鋼筋模型。SOLID65單元最多可以定義3種不同的加固材料，即此單元允許同時擁有四種不同的材料?；炷敛牧暇哂虚_裂，壓碎，塑性變形和蠕變的能力;加強材料則只能承受拉壓，不能承受剪切力。</p><p>　　圖1-2  PLANE42 單元</p><p>　　圖1-3 SOLID65幾何模型圖</p><p>

69、　　1.2.3關(guān)于平面應變與平面應力問題：</p><p><b>　?、倨矫鎽δＰ?lt;/b></p><p>　　當結(jié)構(gòu)中任何位置點的應力狀態(tài)（六個應力分量）中某方向上應力分量為零，其他兩個方向上應力不為零，這時三維空間結(jié)構(gòu)處于平面應力狀態(tài)。在ANSYS中，模型需要在總體坐標系的XOY平面內(nèi)建立，這時它們具有以下行為特征：</p><p>　

70、　1）Z方向上的應力為零，但存在應變。</p><p>　　2）Z方向幾何尺寸遠遠小于X和Y方向尺寸。</p><p>　　3）只承受XY平面內(nèi)載荷。</p><p>　　4）只在XY平面內(nèi)出現(xiàn)位移，Z方向沒有位移發(fā)生。</p><p><b>　?、谄矫鎽兡Ｐ?lt;/b></p><p>　　當結(jié)

71、構(gòu)中任何位置點的應變狀態(tài)（六個應力分量）中某方向上應力分量為零，其他兩個方向上應變不為零，這時三維空間結(jié)構(gòu)處于平面應變狀態(tài)。當一個方向的尺寸遠遠小于其他兩個方向的尺寸，并且垂直于大尺寸方向的橫截面積總是保持不變形的結(jié)構(gòu)，如大壩壩體可以近似認為符合該要求。在ANSYS中，總是將幾何尺寸很大的方向指定為總體坐標系的Z方向，模型需要在總體坐標系的XOY平面建立模型，這時它們具有以下行為特征：</p><p>　　1）Z

72、方向的應變?yōu)榱?，但存在應力?lt;/p><p>　　2）Z方向幾何尺寸遠遠大于X和Y方向上尺寸。</p><p>　　3）只承受XY平面內(nèi)載荷。</p><p>　　4）位移只在XY平面內(nèi)發(fā)生。</p><p>　　1.2. 4 建立模型</p><p><b>　　1）分析類型</b></

73、p><p>　　本設計分析類型為結(jié)構(gòu)分析，所以選擇分析類型為Structural。</p><p><b>　　2）初始建模</b></p><p>　　混凝土重力壩建模的基本參數(shù)</p><p>　?。?）大壩：彈性模量E=2.4e10Pa，泊松比為=0.167，密度為2400kg/m3，抗拉強度為fc=1.96ePa，抗

74、壓強度ft=22e6Pa。</p><p>　?。?）基巖：彈性模量E=2.7e10Pa，泊松比為=0.2，密度為2700kg/m3。</p><p>　?。?）根據(jù)水工建筑物抗震設計規(guī)范，對于重力壩，反應譜代表值為βmax=2,Tg=0.2,其中表達式為： </p><p>　　注：設計的基本假定：</p><p>　?。?）壩體和壩基連續(xù)

75、，即壩體和壩基之間緊密聯(lián)系在一起；</p><p>　?。?）壩基和壩體的材料是均勻的；</p><p>　?。?）基巖模型采用線彈性本構(gòu)模型。</p><p>　　壩體上下游基礎(chǔ)寬度均取壩高的2倍，基礎(chǔ)深取2倍壩高</p><p>　　建模的方法是先創(chuàng)建關(guān)鍵點，根據(jù)關(guān)鍵點創(chuàng)建面，利用布爾運算建立基本的平面模型，然后對該平面模型網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格

76、劃分是壩體于基礎(chǔ)的接觸面的各個節(jié)點是否對應是關(guān)鍵。平面網(wǎng)格劃分后對該壩體和基礎(chǔ)分別拖拉形成空間模型。</p><p>　　圖1-4 擋水壩ANSYS建模 </p><p><b>　　1.3 網(wǎng)格劃分</b></p><p>　　1.3.1 網(wǎng)格劃分基本知識</p><p>　　網(wǎng)格劃分是建模中非常重要的一個環(huán)節(jié)，

77、它將幾何模型轉(zhuǎn)化為由節(jié)點和單元構(gòu)成的有限元模型。網(wǎng)格劃分的好壞將直接影響到計算結(jié)果的準確性和計算精度，甚至會因為網(wǎng)格劃分不合理而導致計算不收斂。</p><p>　　網(wǎng)格劃分主要包括以下3個步驟：</p><p>　　1）定義單元屬性（單元類型，實常數(shù)，材料屬性）</p><p>　　Main Meau>Preprocessor>Material>

78、Material Models</p><p>　　2）設定網(wǎng)格尺寸控制 Main Meau>Preprocessor>Meshing> MeshTool>Size Controls>Lines set</p><p>　　3）執(zhí)行網(wǎng)格劃分Main Meau>Preprocessor>Meshing>Mesh>MeshTool</

79、p><p>　　1.3.2 網(wǎng)格劃分質(zhì)量問題</p><p>　　網(wǎng)格劃分的好壞將直接影響到計算結(jié)果的準確性和計算精度，甚至會因為網(wǎng)格劃分不合理而導致計算不收斂。劃分網(wǎng)格之前一般需要對網(wǎng)格密度進行必要的控制。合理的單元網(wǎng)格密度是獲得高精度的結(jié)果的保證，準確捕捉場量的分布和梯度變化，如應力、應變的分布與梯度變化，應力集中位置需要相對較密的單元網(wǎng)格，為了捕捉振動的波形效應必須在一個波長距離上劃分多

80、個單元，為了捕捉塑性區(qū)域的產(chǎn)生位置、擴展過程以及最終塑性區(qū)域的大小要求在適當區(qū)域劃分較密網(wǎng)格等。在實際工程計算中，用戶一定要根據(jù)自己的分析目的和問題的性質(zhì)來確定劃分網(wǎng)格的密度控制。</p><p>　　很多情況下，例如裂紋分析、應力集中等，都要求某個局部的網(wǎng)格具有比較精細的劃分，以便獲得精確的結(jié)果。網(wǎng)格細化的命令在主菜單中的Preprocessor/meshing/modify mesh子菜單中。再者，壩體和基礎(chǔ)

81、的接觸面的節(jié)點是否完全對應也是關(guān)鍵。</p><p>　　1.3.3網(wǎng)格劃分具體操作</p><p>　　單元網(wǎng)格的劃分也是有限元建模過程的一個重要的部分，網(wǎng)格劃分的好壞與否直接影響到計算的精度，在壩趾和壩踵及廊道處的應力較大，所以這些地方在進行網(wǎng)格劃分的時候應該進一步細化，有兩種方法可行：</p><p>　　1）在為模型按統(tǒng)一比例劃分完后，再在現(xiàn)有單元的基礎(chǔ)上選

82、擇應力較大的部位再選擇合適的比例進一步細化。但是采用進一步細化容易對壩體和地基相接觸部位的單元節(jié)點對應不上，這對耦合時容易將壩體和地基接觸初產(chǎn)生剛性面。對求解的精度帶來不利影響。一般采用第二種方法。</p><p>　　2）在劃分面之前先將線不等分化，在應力集中處線的分段長度小，反之則劃分長度相對較長。然后再將面網(wǎng)格化。網(wǎng)格劃分可以采取先劃分線，再劃分面。</p><p>　　圖1-5

83、網(wǎng)格劃分</p><p><b>　　加載求解</b></p><p>　　1）自由度約束：巖基作為固定端施加全約束，垂直水流流向的上壩基面施加X方向的約束</p><p>　　2）主要荷載有：⑴自重 ⑵靜水壓力和動水壓力 ⑶揚壓力 ⑷浪壓力 ⑸泥沙壓力 (6)土壓力 (7)地震荷載 </p><p>　　

84、總體上分為基本荷載和特殊荷載兩種，設計混凝土重力壩時，荷載組合可分為基本組合和特殊組合，基本組合由基本荷載所組成；特殊除相應的基本組合外，還包括一種或幾種特殊荷載。擋水壩段設計分三種情況，分別是：</p><p>　　1）基本組合：設計洪水位 158.42米:</p><p>　　荷載有:自重+靜水壓力+揚壓力+泥沙壓力</p><p>　　2）特殊組合（1）:校

85、核洪水位159.18米:</p><p>　　荷載有:自重+靜水壓力+揚壓力+泥沙壓力</p><p>　　3）特殊組合（2）:正常蓄水位 154.5米:</p><p>　　荷載有:自重+靜水壓力+揚壓力+泥沙壓力+地震荷載</p><p>　　注: 在這里只考慮對壩體影響較大的荷載，如上下游水壓力、泥沙壓力、揚壓力、自重。</p&

86、gt;<p>　　在ANSYS中，加載求解也是很重要的一步，合適的加載和邊界條件將能夠更好的模擬實際情況；而適當?shù)那蠼膺^程的控制將直接影響到求解的精度和所花費的機時，甚至收斂與否。</p><p>　　施加荷載的主要內(nèi)容有：</p><p><b>　　1）施加荷載</b></p><p><b>　　2）求解過程控制&

87、lt;/b></p><p>　　在ANSYS程序中，載荷包括邊界條件和外部或內(nèi)部作用力。對于本設計載荷主要以下兩類：</p><p>　　1）自由度約束：巖基作為固定端施加全約束，垂直水流流向的上壩基面施加X方向的約束。</p><p>　　2）主要荷載有：上、下游靜水壓力；泥沙壓力；揚壓力。</p><p>　　荷載的梯度計算公式：

88、</p><p>　　實體模型加載，選擇主菜單Solution/Define loads/Apply中的分類加載子菜單中的命令。</p><p>　　荷載的施加主要考慮三種工況，分別是基本組合、特殊組合（一）和特殊組合（二）。</p><p><b>　　數(shù)據(jù)分別如下：</b></p><p><b>　　表1

89、—1</b></p><p>　　圖1-6 基本組合施加荷載</p><p>　　圖1-7特殊組合（一）施加荷載</p><p>　　圖1-8特殊組合（二）施加荷載</p><p><b>　　1.5 應力分析</b></p><p>　　應力的目的是為了檢驗大壩在施工期和運用期是

90、否滿足強度要求，同時也是為研究解決設計和施工中的某些問題，如混凝土標號分區(qū)和某些部位的配筋等提供依據(jù)。本設計采用彈性理論的有限元法 。</p><p>　　1）有限元法計算的應力控制標準：</p><p>　　材料力學法規(guī)定壩體內(nèi)不容許出現(xiàn)主拉應力，而根據(jù)均勻彈性體用有限元法計算高重力壩時，上游壩踵都有一個拉應力區(qū),拉應力區(qū)寬度宜小于壩底寬度的0.07倍或小于壩踵至帷幕中心線的距離。目前，

91、對用有限元計算得的壩踵拉應力如何考慮，尚無統(tǒng)一規(guī)定。因壩體和巖基均非完全彈性體，用有限元法計算出上游壩踵處較大的拉應力，可能只是造成局部的塑性屈服，而并不一定威脅大壩的安全。</p><p>　　2）各工況的應力分析：</p><p>　　圖形顯示S1主應力：選擇菜單Main Menu>General Postproc>Plot Results>Nodal Sol彈出Co

92、ntour Nodal Solution Data對話框，在 Contour Nodal Solution Data選項的左側(cè)列表中選中Stress選項，右側(cè)列表中選擇1st principal S1選項，單擊OK按紐觀察第一主應力結(jié)果。</p><p>　　圖形顯示S3主應力：選擇菜單Main Menu>General Postproc>Plot Results>Nodal Sol彈出Cont

93、our Nodal Solution Data對話框，在 Contour Nodal Solution Data選項的左側(cè)列表中選中Stress選項，右側(cè)列表中選擇3st principal S3選項，單擊OK按紐觀察第三主應力結(jié)果。</p><p>　　圖1-9基本組合第一主應力</p><p>　　圖1-10基本組合第三主應力 </p><p>　　圖1-11基

94、本組合X方向位移圖</p><p>　　圖1-12基本組合Y方向位移圖</p><p>　　圖1-13基本組合Z方向位移圖</p><p>　　圖1-14基本組合總方向位移圖</p><p>　　圖1-15 特殊組合（一）第一主應力 </p><p>　　圖1-16 特殊組合(一)第三主應力</p>

95、<p>　　圖1-17特殊組合（一）X方向位移圖</p><p>　　圖1-18特殊組合（一）Y方向位移圖</p><p>　　圖1-19特殊組合（一）Z方向位移圖</p><p>　　圖1-20特殊組合（一）總方向位移圖</p><p>　　圖1-21 特殊組合（二）第一主應力</p><p>　　圖1-

96、22 特殊組合(二)第三主應力</p><p>　　圖1-23特殊組合(二)X方向位移圖</p><p>　　圖1-24特殊組合(二)Y方向位移圖</p><p>　　圖1-25特殊組合(二)Z方向位移圖</p><p>　　圖1-26特殊組合(二)總方向位移圖</p><p>　　1.6抗滑穩(wěn)定的計算</p&

97、gt;<p><b>　　抗剪強度公式：</b></p><p><b>　　式中： </b></p><p>　　——抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；</p><p>　　——壩體混凝與壩基接觸面的抗剪摩擦系數(shù)，本工程?。?lt;/p><p>　　——作用在接觸面上的揚壓力；</p>

98、<p>　　——接觸面以上的總鉛直力；</p><p>　　——接觸面以上的總水平力。</p><p>　　——抗滑穩(wěn)定安全指標，查教材《水工建筑物》得基本組合，特殊組合（1）[ Ks ] =1.00 ，特殊組合（2）[ Ks ] =1.00。</p><p><b>　　抗剪斷強度公式：</b></p><p&g

99、t;<b>　　式中：</b></p><p>　　——抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)； </p><p>　　——壩體混凝與壩基接觸面的抗剪斷擦系數(shù)，本工程1.1；</p><p>　　——壩體混凝土與壩基接觸面的抗剪凝聚力，本工程取1.1Mpa；</p><p>　　——壩基接觸面的截面積。</p><p&g

100、t;　　——抗剪斷安全指標，設計規(guī)范規(guī)定，不分工程級別，基本組合，特殊組合，特殊組合（二）不小于</p><p>　　有限元抗滑穩(wěn)定數(shù)據(jù)的提取</p><p><b>　　具體步驟如下：</b></p><p>　　1）利用菜單Main Meun>general Postproc>Nodal Calcs>Summation P

101、T>At XYZ Loc選擇需要計算的位置。</p><p>　　2）Main Meun>general Postproc>Nodal Calcs>Summation PT>Total Force Sum。在這里需要提取的結(jié)果項是：ΣW-U，ΣP提取結(jié)果如下，帶入公式即可得到抗剪斷強度，抗剪強度。</p><p>　　擋水壩段穩(wěn)定計算成果表</p>

102、<p><b>　　穩(wěn)定指標分析總結(jié)</b></p><p>　　1）按抗剪強度公式：</p><p>　　基本組合 =1.06>[1.05] 滿足要求</p><p>　　特殊組合(一) =1.14>[1.00] 滿足穩(wěn)定要求</p><p>　　特殊組合(二) =1.176

103、>[1.00] 滿足穩(wěn)定要求</p><p>　　2）按抗剪斷強度公式：</p><p>　　基本組合 =4.78＞[3.0] 滿足要求</p><p>　　特殊組合（一） =2.6>[2.5] 滿足要求</p><p>　　特殊組合（二） =5.28＞[2.3] 滿足要求</p><p&g

104、t;　　可見擋水壩段滿足抗滑穩(wěn)定要求</p><p>　　1.7 水工建筑物抗震設計</p><p>　　我國受環(huán)太平洋地震帶的影響，地震活動頻繁，歷史上多次發(fā)生災害性大地震，全國大部分地區(qū)為抗震設防區(qū)，近期又處于地震活動上升期，需要重視水工建筑物的抗震設計。</p><p>　　水庫蓄水會影響震源活動條件可誘發(fā)地震活動，而地震作用是典型的動態(tài)作用，在地基隨機性運

105、動的影響下，可能使基巖斷層活動發(fā)生錯動，沙地層液化，庫水對壩產(chǎn)生動水壓力，建筑物開裂或傾倒，填土對擋土建筑物產(chǎn)生動土壓力、水庫庫岸崩塌、土石壩壩坡滑動或沉降裂縫等作用效應，而對于這一系列的破壞，對水工建筑物的危害非常大，故需進行抗震設計。在考慮到以上情況和地震作用效應時，降低工程的失效率，增加其可靠度，從而作到設計合理、經(jīng)濟可靠、技術(shù)先進的設計要求。</p><p>　　地震的強烈程度，是一次地震活動的規(guī)模已其釋

106、放的總能量來評價，按里氏震級劃分標準，最大震級不超過九級，而我國將地震烈度分為十二級，六度以上為有害震動。本工程中根據(jù)壩址所處地區(qū)的歷史震害調(diào)查和近代地震記錄擬訂為七度，在設計中參見《水工建筑物設計手冊》在經(jīng)受7-9度地震的地區(qū)內(nèi)設計水工建筑物時，必須考慮專門要求，由此根據(jù)工程中的各種資料（庫容、下游防護等）擬定為三級建筑物。由設計規(guī)范中三級及四級建筑物設計階段確定地震荷載可采用第一振型和與之相應的近似的建筑物變形形式的近似關(guān)系，在計算

107、水工建筑物強度時，只考慮地震作用的水平分力，計算穩(wěn)定性時考慮水平分力和垂直分力作用。本工程建筑物級別為三級，地震基本烈度為七度。</p><p>　　在ANSYS中，結(jié)構(gòu)動力學分析可以在Ansys multiphysis,ansysmechanical,ansysstructural和ansys professional programs這幾個單元中使用。結(jié)構(gòu)動力學分析包括模態(tài)分析、譜響應分析、瞬態(tài)動力學和譜分析

108、。在抗震中，主要應用模態(tài)分析和譜分析。模態(tài)分析主要是計算自然頻率和結(jié)構(gòu)的模態(tài)形狀，同時提供不同的模態(tài)提取 方式，而譜分析作為模態(tài)分析的一種延伸，用于計算對于譜或PSD隨機振動輸入的應力和應變響應。</p><p>　　在抗震設計中用振型分析法時要找出振動的特性，并結(jié)合β-T曲線來提取反應譜，而模態(tài)分析主要用于確定結(jié)構(gòu)中的振動特性---固有頻率和振型，并且是瞬態(tài)動力學分析，譜響應分析、譜分析的前提，故對地震的譜分析

109、來講，模態(tài)分析非常重要，主要步驟具體入下所述：</p><p><b>　　第一步建立分析模型</b></p><p>　　在模態(tài)分析中的建立模型與其他結(jié)構(gòu)分析中的建立模型過程相似,但建立模型時值得注意以下問題。第一，模態(tài)分析屬于線性分析，也就是說，在模態(tài)分析中只有線性行為是有效的，如果在分析中指定了非線性單元，在計算中將被忽略并被作為線性行為處理，如果在分析中包含接

110、觸單元，則剛體矩陣是基于初始狀態(tài)并在分析中不被改變。第二，在模態(tài)分析中，材料的性質(zhì)可為線性的、各項同行的或正交各項異性的、恒定的或者與溫度相關(guān)的。分析中必須指定彈性膜量EX和密度DENS，而非線性性質(zhì)被忽略。</p><p>　　第二步在模型上加載并求解</p><p>　　a）進入ANSYS求解器SOLUTION</p><p>　　b）指定分析類型和分析選項；在

111、GUI形式下執(zhí)行路徑：Main menu>solution>Analysis type>New analysis,</p><p>　　在New analysis[ANTYPE]中指定模態(tài)分析類型Model,在Model extraction method[MODOPT]中選擇提取方法，從subspace法block lanczos法、power dynamic法Reduced(HOUSEHOL

112、DER)法、unsymmetrical法和damped法中選擇一種模態(tài)提取方法，在大多數(shù)分析中都使用subspace法、blocklanczos法或者powerdynimics法，而unsymmetrical法和damped法只在特殊的情況下才能用到。Number of modes to expand{MXPAND}此選項只有在采用Reduced法、unsymmetrical法和damped法時需要設置，但是如果想要的到單元求的結(jié)果，則

113、無法采用何種模態(tài)提取方法都必須打開calculation elem results選項。</p><p>　　Mass matrix formulation[LIMPM]:使用該選項可以采用默認的質(zhì)量矩陣形成方式或者集中質(zhì)量矩陣近似方式。一般建議在大多數(shù)應用中采用默認的質(zhì)量矩陣形成方式，但在有些包含“薄膜”結(jié)構(gòu)的分析問題中（如細長梁和非常薄的殼），采用集中質(zhì)量矩陣近似方式經(jīng)常可以產(chǎn)生較好的結(jié)果。</p>

114、;<p>　　Prestress effects calculation[PSTRES]:使用該項可以計算有預應力結(jié)構(gòu)的模態(tài)，默認的分析過程并不包括預應力。</p><p>　　c）定義自由度，自由度的定義只有在使用reduced模態(tài)提取方式時才有效。主自由度（MDOF）是指能夠描述結(jié)構(gòu)動力學特性指定的自由度，其選取的規(guī)則是選擇到所需模態(tài)階數(shù)一倍數(shù)目的MDOF。運用時建議使用命令[TATOL]使程序

115、按照剛度質(zhì)量比選擇一些附加的自由度。</p><p>　　d）在模型中施加載荷：在典型的模態(tài)分析中唯一有效的“載荷”是零位移約束。如果在DOF處指定了一個非零位移約束，程序?qū)⒁粤阄灰萍s束代替在該DOF處的位移。載荷可以施加在實體模型上，也可以施加在有限元模型上，具體加載的方法參見書《ANSYS7.0基礎(chǔ)教程與實例詳解》151-161頁。</p><p>　　e）指定荷載步選項：參見書《AN

116、SYS7.0基礎(chǔ)教程與實例詳解》第五章。</p><p><b>　　f）備份數(shù)據(jù)文件。</b></p><p>　　g）開始求解計算：執(zhí)行路徑：main menu>solution>current LS求解器的輸入內(nèi)容主要是固有頻率，將其寫入輸出文件Jobname.out和振型文件Jobname.MODE中。</p><p>&l

117、t;b>　　第三步模態(tài)擴展</b></p><p>　　如果需要在POST1中觀察計算結(jié)果，避免出現(xiàn)峰值，必須首先擴展振型，既將振型文件寫入結(jié)果文件。在擴展振型文件時文件Jobname.MODE，Jobname.EMAT，Jobname.ESAV和Jobname.TRI必須存在，而且數(shù)據(jù)庫中必須包含求解模態(tài)時所以模態(tài)相同的分析模型。其主要步驟如下：</p><p>　　a