基于ANSYS的拱壩有限元仿真分析及其在病險(xiǎn)水庫除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用重慶大學(xué)工程碩士學(xué)位論文學(xué)生姓名：李軍指導(dǎo)教師：姚剛兼職導(dǎo)師：高強(qiáng)工程領(lǐng)域：水工結(jié)構(gòu)謙必重慶大學(xué)津建筑與土木樓工程特學(xué)院蛇二憲O陰一三棕年呼四姥月幣Finit蹤eele塞ment數(shù)simul拒ation傭anal身ysis認(rèn)ofar即chda悼mbas販edon稈ANSY咳S抹步a倘ndit飾sapp眾licat河ioni昏nthe癢rein卡force聲ment雷o(hù)fda項(xiàng)ngero相usre憲servo摟ir傍AThe片sis挺Submi古tted石to巴農(nóng)Chong澡qing醫(yī)編Unive語rsity某in該P(yáng)燥artia本l首F碗ulfil釀lment嘗oft城he磁R嗓equir循ement達(dá)沙for好the忙企D恨egr守eeof少余Maste僻r穿呆of序勉Engin涉eerin助gBy全LiJu繞n華Super厚vis祝edby抬片Yao男Gang餅Plura代listi藏cSup承ervis援edby刺念GaoQ束iang耕Speci泄alty聰：洞hydro傅-stru幕ct啞ure應(yīng)Colle盛ge典of腸帳A惕rchit枕ectur狼e半and叉C鼓ivil順E陰ngine雁ering堵of移Chong瘡qing冰膨Unive絲rsity盼漏，地Chon房g甲q鞠ing暖，賓匹China丟April吧浮20虜13柱摘喚要妄復(fù)雜的地形糞地貌和地質(zhì)湯條件下拱壩循有限元模型匆建立和非線纖性仿真分析馬是目前拱壩監(jiān)設(shè)計(jì)和分析廢中的重要研悔究課題。本榨文對(duì)拱壩的桐分析方法做裕了總結(jié)對(duì)比跳，往研究了有限彩元分析中的緞可視化、參封數(shù)化方法及贏它們實(shí)施技碌術(shù)說，嫩開發(fā)了基于階ANSYS拾平臺(tái)的拱壩更有限元仿真周分析系統(tǒng)爹，先并結(jié)合實(shí)際瘋工程對(duì)夏重慶市酉陽父縣境內(nèi)喚勝利水庫隊(duì)雙曲拱壩進(jìn)拴行了三維非萄線性有限元道整體穩(wěn)定仿遍真分析。色首先隔，口研究了有限緒元中的可視垂化理論、參私數(shù)化技術(shù)和怕ANSYS窮軟件的二次居開發(fā)技術(shù)存，裳介紹了拱壩諷有限元可視腫化建模的參培數(shù)化原理和畏實(shí)施技術(shù)暈，傲以ANSY茶S為平臺(tái)對(duì)，氧利用ANS血YS提供的血UIDL、采APDL等讓二次開發(fā)技瀉術(shù)咱，肚開發(fā)了具有判水工特色的廚拱壩仿真分齒析系統(tǒng)艘，醋利用它可較輪方便地對(duì)復(fù)旦雜地基上的策拱壩進(jìn)行有井限元建模和宣仿真分析。牙然后喬，萍研究了有限亞元仿真分析襖的基本原理漏及其在AN圖SYS軟件征中的具體實(shí)可現(xiàn)。闡述了技三類非線性敲問題長，準(zhǔn)討論了彈塑怎性分析的基繁本方程和常沖用的強(qiáng)度準(zhǔn)料則層，憶并較詳細(xì)介美紹了ANS憐YS中有限摟元仿真分析俘的基本過程忠。級(jí)最后運(yùn)，長對(duì)壯勝利水庫神雙曲拱壩進(jìn)宋行了有限元手建模和三維賣非線性有限訊元仿真分析鏈，贏計(jì)算分析了洋各種情況下包壩體和基巖燒的應(yīng)力位移發(fā)規(guī)律亡，輸對(duì)大壩的整重體安全度進(jìn)魄行了綜合評(píng)尊判。改關(guān)鍵詞：扒拱壩店，贏有限元汗，觀仿真分析鳴，受ANSYS順，線除險(xiǎn)加固袖ABSTR倉ACT鞏The念譜model應(yīng)ing螞你and未績nonli慚near貞濃FEM漢痰simul梁ation也甜analy贏sis盆繡for渠互arch克缸dam節(jié)送desig棗ns劍禮is死殼an仆孤im進(jìn)p凱ortan年t拴家to霜p稍i特c，濕es洋p磁e釘c豆ially購加for刃貪those趙稻ar哄c皇h者虜dams言闊t哭o役快be睡滿built識(shí)諒in夜擱lo豎c巾ation搭s鄭喬of蕉c辯om交p打lex貧逃to拔p弱ogra紫p逢hi征c上and駝腿geolo珍gi防c驗(yàn)al佳c酸ondit屢ions.傲精I(xiàn)n輩殖this源裳Paper陜，捏brief縫休su漁mm底ary昏跨and摸c碧ontra襲st露斜for導(dǎo)陷the話a戲nalyt叮i宴c踐al抓甩metho糊ds掩頌of寇仿ar輩c比h喉遙dam嗓打were訊c雀onduc鞭ted白，警the甜長visua賠lizat澇ion螺爐and罩p努arame圾teriz號(hào)ation準(zhǔn)嫂of旋域FEM調(diào)，膝and車樸its耕露im則pleme柿ntati珍on尋were前寒inves環(huán)tigat莫ed努，隙and況駁the希漏syste綿m取綢based男塊on洪域ANSYS落，技for眠藏the絨競(jìng)simul級(jí)ation柿供FEM踏糖analy張sis典腐of胃稈ar盞c源h技精dam給叨was杯捷devel健o淚p所ed.簽芝And松瞧3訊-感D昂叫nonli歉near鎖騎FEM限鳳simul吩ation此飾analy闖sis稻豪was陪拐then煩c查a饑rri求ed直劑out長酬for因法Sheng深Li霜械reser胡voir晃替a劃r賽c求h切針dam場(chǎng)，蠻which課is存lo語c直ated晃櫻in咬失You刮y飽ang滅畫Count象y閃，耳Chong風(fēng)q包ing狐喪Provi雙n餓c駕e驕柴of檔獸China奔.創(chuàng)The銜論visu殼aliza抬tion我拴theor抽y適植and卵p部arame哄teriz猾ation齡咸te消c哨hn密ique掃劣for逗寒FEM命，倘則and傘肥se壺c具ond疼ary克devel約oping賤趙te債c哈hn慕i纖que鉤萬for內(nèi)轟ANSYS他鄭were棒身studi四ed.球槐The閑p買arame姓teriz仇ation燥積p喪rin娛c死i測(cè)p淹le甚國for割歇FEM娘m承odeli商ng誓晝of勢(shì)arch精銷dam問行and存戲the次戶imple敢menta教tion聚慌te腐chni尋que急福were胳志intro具du舟c鋤ed.緣勺By懇朵fully爺墾using狂相of恒增the虧哀se喇c貴ondar第y莖劇devel扯oping糊逃te嘩c繁hniqu穿es學(xué)p倍rovid送ed服團(tuán)in在僵ANSYS掠，摔su扒c吉h性聞as獎(jiǎng)惰UIDL頃，企APDL培津etc漸，芬其a柳欄FEM桂寬simul手ation逐纏analy谷sis楊僚syste身m濁湯of勺度arch袋蝶dam瓣閑based沖若on贈(zèng)秀ANSYS以的was侍近devel老o豆p粗ed泡，別軋by哨膠means爪寫of漢芝whi噸c禁h里幣arch迫顯dams源傻on汁c豎om淺p降lex撐f躁ounda陸tion敲c仗an盾著be斑似model割ed揪狠and言阻analy商zed駛c東onven加ientl繁y.莫Basi喝c遮theor盛y罩求of碑晉no訓(xùn)n界linea攀r鵝蘋FEM那賊analy摩sis階熔and命室its尋竄reali屬zatio程n擁隸in仿臥ANSYS額旨were狗夜studi承ed銀，丙three嫁村kinds同涌of其驢no丸n團(tuán)linea榆r畢馬stru奏c甩t店u舍ral普機(jī)behav幸iors輔，叮the澇略basi后c隔equat恒ions耗交of烈e釘lasti刺c頁and普越p懷lasti干c轟p區(qū)roble正m躍吳and飯適stren娃gth籃c爺riter黎ion脖c疤o絞mm妹only麻爛used告品were詠縫dis蓮c多ussed斜.牛嬌And泛疾the誠母basi宅c廟p釋ro暮c騾ess每楚of搞影FEM絡(luò)么simul借ation淘夫analy你sis暈康in錯(cuò)解ANSYS隱別was馬仰in奶t榴rodu宋c汪ed貌艷in陰溉detai很l.插Final彈ly哪，批Sheng氣Li隙reser何voir薯濁doubl蕉e-質(zhì)c裳urva哭ture寒a(chǎn)rch柔冠dam撫督was斧站model往ed般伴and標(biāo)盜3皇-刊D秘悼FEM崖淚simul疤ation倆逃analy蹦sis介蹄was草龍p省erf寸o荷rmed無，礎(chǔ)so釋as炮窄to霜堂find儉被out慣延the沃甩integ綿ral喘柳safet讀y加揀fa你c眉tor嬌宣and婦帶the佛然stres伶s爪遣and射憲displ貌aceme啞nt肥打p蔽atter鄭ns秘斧of路局dam返增and售撞its搜焦found妖atio習(xí)n其桶under廣敲diffe斗ren沸t漲load竟c疑ombin言ation牧.味Keywo葡rds：劉arch查dam塵，逝f譽(yù)inite肉elem骨ent線，堅(jiān)買simul丘ation呢媽analy郊sis撥，制賞ANSYS任嗽，失reinf悼orcem踢ento奇fdan效gerou雄s逗.施目磚貢錄TOC\o"1-2"\h\z\u魂摘雄擺要?jiǎng)π絀晴ABSTR告ACT送清II及目朽赴錄歌覽III煤1揭緒論匠倦1腸1.1方拱壩的發(fā)展融概況灣隱1舅1.2貸拱壩的結(jié)構(gòu)走特點(diǎn)授傾2票1.3野拱壩的應(yīng)力毫分析方法燕葬3沸1.4突本文的主要舒內(nèi)容享腸5歪2楊基于子ANSYS席的拱壩有限霜元幾何實(shí)體絹仿真建模壟狹6億2.1斤有限元方法游簡介西挖6束2.2酷有限元軟件既ANSYS爹簡介相查10商2.3禽基于貴ANSYS疲的曠APDL準(zhǔn)技術(shù)特點(diǎn)穴麗12股2.4典應(yīng)用原APDL遺實(shí)現(xiàn)拱壩幾筍何實(shí)體的仿攤真建模淹壞13殼3乳拱壩釘仿真分析在房ANSYS瞧中的實(shí)現(xiàn)休治27串3.1迎拱壩基于箱ANSYS癢的有限元分勻析流程圖趨27妖3.2妨拱壩實(shí)體模樣型的有限元趴網(wǎng)格劃分偏術(shù)29療3.3筑拱壩有限元胖模型的加載手及求解主愚38遞3.4草拱壩基于見ANSYS餅后處理的成翅果分析做天38絕4點(diǎn)工程應(yīng)用反節(jié)39嗓4.1零工程概況和鍵研究內(nèi)容摸燃3皇9篇4.2研勝利水庫拱蒸壩仿真建模淋速39六4.3沙勝利水庫拱找壩仿真分析劃及結(jié)論奪弱39很4.4詠勝利水庫拱蹄壩啊除險(xiǎn)虹加固后運(yùn)行動(dòng)效果紙餃39冶5之結(jié)論及展望緣慶40蚊5.1纖結(jié)論約紙40蕩5.2罷展望贈(zèng)伏40父參辦牌考飄堪文薦坊獻(xiàn)大居42慮附向臘錄佩故43選A.口作者在攻讀慈學(xué)位期間發(fā)兄表的論文目軟錄：麻怒43每B.既作者在攻讀咸學(xué)位期間取損得的科研成歷果目錄：菌欣43圈談?wù)酞M臟渣鐵自籃術(shù)隆1緒論削燒甜糾講星船欄局乓酒反1稼.1緊拱壩的發(fā)展舊概況龍崗?fù)拊谒姾こ讨校瑩蹩崴ㄖ锏陌卜N類和型式緩是多種多樣曠的，拱壩的使水平截面為理弧形拱圈，旁拱圈兩端支父承在兩岸巖毅體上，因此英，拱壩相對(duì)壩于其他壩型壇更加安全。胃加之拱壩的嘴薄殼結(jié)構(gòu)，局極大地節(jié)省結(jié)了所用混凝單土方量，更阻加經(jīng)濟(jì)。所跨以，拱壩在設(shè)國內(nèi)外有很驢大的發(fā)展。員追溯淚拱壩的發(fā)展晴歷程，據(jù)資煎料查證，拱收壩型式最初校是由羅馬人鑒在意大利鄰勺近的Tre叨sina河粱上于161傍1年修建了泛第一座壩高鐵為渡5m廁的砌石拱壩受。掃在羅馬時(shí)代都法國也修建遷了一座壩高門為櫻12m頑的鮑姆拱壩黎，是一個(gè)圓適筒形拱壩，效由兩層同奇心圬耳工墻中間填揪塞粘土構(gòu)成惜，隨后修建港的是在公元虛550年前捉后土耳其的就德拉拱壩，喚上述兩座拱淡壩的修建，棉均可說明在器那時(shí)人們已身懂得面對(duì)水足流，拱型結(jié)賤構(gòu)具有更理三想的抵抗力監(jiān)。罷第一個(gè)采用奉應(yīng)力分析方跡法并假定壩檔體是由獨(dú)立看拱圈組成的瓣，是185顆4年建成的呼，壩高慧43m齡的法國左拉侄拱壩。在當(dāng)碧時(shí)人們已經(jīng)院發(fā)現(xiàn)，為使撐拱壩的體積虹減小到最小卷，拱壩的曲只率半徑就要非從壩頂?shù)綁瓮降字饾u減小萍。當(dāng)時(shí)的拱獲壩雖不高，順但長高比已滋達(dá)到了5商.據(jù)6。20世葉紀(jì)初，美國逮修建拱壩越敗來越高，如抱l909年堤建成的帕斯邪芬德拱壩高屑65m苦，1910瞧年建成的巴料菲羅比爾壩排高拼99m張，1913私年開始修建摸的斯波丁壩欄高包84m伶，這三座拱針壩的應(yīng)力分好析，都考慮圍了中間懸臂樹粱的作用計(jì)丈算拱圈和粱付的變位一致綁，僅僅把拱沿粱與基礎(chǔ)當(dāng)懷作剛性接合停。l914終年建成壩高安51m吧的美國薩門壤溪拱壩是第艘一座采用變籌半徑設(shè)計(jì)的深，使得壩體絮斷面呈曲線命形狀，為了要解決混凝土馳收縮問題。訊總啞之，此時(shí)國販外在拱壩修桐建和設(shè)計(jì)理塔論上都已有遷所發(fā)展，數(shù)竄量雖不算多充，壩高在榮15m璃以上的有4齒0余座。到旨40年代拱票壩在水利水密電工程中才殺開始有較大拾發(fā)展，壩型如以重力拱壩逝為主，設(shè)計(jì)唇也開始采用迫試荷載法。解這種壩型和閥設(shè)計(jì)方法是孝瑞士最先提頭出的，并于翅1920年績建成蒙特薩挺文斯拱壩。僻該壩不但壩腔體彎曲，而妥且從拱冠到靈拱端逐漸加詳厚，不僅考駐慮了拱冠粱聾，而且同時(shí)級(jí)應(yīng)用了幾個(gè)反懸臂梁的概扮念。192障5~193芳5年的10塔年間，美國瘡在這一基礎(chǔ)綢上又提出考誠慮切向變位厚與水平扭轉(zhuǎn)柔變的新概念徑，這就是試吵荷載法。在盒這個(gè)時(shí)期，楊開始對(duì)拱壩疲進(jìn)行結(jié)構(gòu)模歲型試驗(yàn)，以月便驗(yàn)證計(jì)算蘭和觀測(cè)成果買?？p第一座超過鉗200m螺壩高的拱壩怕是美國于1混936年建率成的鮑爾德小拱壩，而第攀一座雙曲拱泛壩則是19執(zhí)39年建成競(jìng)的意大利奧答西格利塔拱服壩壩高76世．伸8m虧，而且是一帶座雙曲薄拱跪壩。大量興攪建拱壩是在晚20世紀(jì)4海0年代以后壯，尤其西歐師一些國家對(duì)督拱壩極感興新趣，特別是呆雙曲拱壩。故即使在地形雄、地質(zhì)不利鑰的條件下也辛修建拱壩。肚如意大利在答1952至錘l960年悼期間，建成捷和正在施工喜的拱壩有9福0多座。鋸就目前拱壩品的發(fā)展從數(shù)侮量上說，自移1900年棵至1960秋年的60年警間，壩高在吊50m危以上的拱壩撲，共建成2詠60座左右租。目前，在狹亞洲，非洲慎，拉丁美洲悄一些發(fā)展中桌國家，也修礎(chǔ)建或正在修跪建不少薄拱加壩，較高的磨約有20座爽。據(jù)不完全紛統(tǒng)計(jì)，國外絨修建(包括扇建成和施工慈的)壩高在受100m扶以上的大壩盼共有391慈座，其中拱脂壩為125拔座，占33猴％。城我國的拱壩餓建設(shè)，也有奶悠久的歷史捧，據(jù)記載1傾927年我挖國就修建過鐘一座砌石拱灶壩。拱壩真嶄正在我國發(fā)血展是在19姐49年以后歸，截止到1后988年底閉的不完全統(tǒng)眠計(jì)，已建壩笛高蟻15m懼以上的各種棟壩總數(shù)已達(dá)嗚800座以砍上，約占全初世界以建拱匆壩總數(shù)的1只/4強(qiáng)謎，吃截止到吃2011權(quán)年底的不完錫全統(tǒng)計(jì)，已驅(qū)建壩高刷50苗m利以上的各種盤拱雜壩總數(shù)已達(dá)跪40輩座以上。膨我國的錦屏磨一級(jí)雙曲拱早壩，高脅305m童，是目前世谷界上最高的派拱壩。積1掏.船2富程拱壩的結(jié)構(gòu)癥特點(diǎn)賞拱壩是在平廳面上呈凸向筍上游的拱形項(xiàng)擋水建筑物饞，借助拱的擺作用將水壓厘力的全部或薪部分傳給河軋谷兩岸的基炮巖。盛和重力壩相剖比，在水壓致力作用下壩桌體的穩(wěn)定不何需要依靠本譽(yù)身冰的重量來維勇持，主要是糟利用拱端基狀巖的反作用軋力來支承。侮拱圈截面上嚴(yán)主要承受軸探向力，應(yīng)力夾分布較均勻凱，可充分利薄用筑壩材料型的強(qiáng)度。因跑此，是一種鴿經(jīng)濟(jì)性和安些全性都很好盞的壩型浴。糾拱壩是一個(gè)蹄變厚度、變蠻曲率而邊界燭條件又很復(fù)舒雜的空間殼碎體結(jié)構(gòu)丸。按其壩體衛(wèi)曲率可分為禾單曲拱壩和面雙曲拱壩。熄單曲拱壩為戀只在水平斷甲面內(nèi)呈弧形草，鉛直斷面昌不彎曲的拱見壩。雙曲拱決壩在水平和周鉛直斷面內(nèi)嬸都有曲率。軟按其水平拱需的型式分類著主要有圓拱脖、二心拱、脆三心拱、拋尚物線拱、橢筒圓拱、對(duì)數(shù)透螺旋拱及混撕合曲線拱等半。賽拱壩的工作災(zāi)特點(diǎn)可以看能成是由若干蒜水平拱圈和澆豎直懸臂梁迎組成的空間臘網(wǎng)格結(jié)清構(gòu)，外部水側(cè)壓力由拱、英梁共同承擔(dān)顛，大部分荷懸載通過拱圈觀傳向兩岸壩術(shù)肩，小部分戚通過懸臂梁津傳到基礎(chǔ)拿拱壩主要盲拱與梁的共毀同作用于而穩(wěn)定下來離，忽穩(wěn)定性主要痰依靠兩岸拱紫端的反力作甜用，因而對(duì)碗拱端地基腿的要求很高謊；掩有利于發(fā)揮算砼的抗壓強(qiáng)償度事，蘇拱梁所承受豪的荷載可相窄互調(diào)整,稍因此可以承杰受超載；北而扎拱壩嵌固在末基巖星上，屬于無池?cái)?shù)次超靜定職結(jié)構(gòu)。因此遞具有較大的采超載能力。健拱壩壩身可寇以泄水喂。由于建筑睜物本身與山蹦體的穩(wěn)定性梁連接穩(wěn)定，遮因此具有較叨好的眼抗震性能駱。由于壩體理的鋪幾何形狀復(fù)淘雜，施工炕時(shí)寫難度端較新大畢。豆拱壩對(duì)地形蔥、地質(zhì)條件哄都具有較高式的要求悼。震拱壩對(duì)地形別的要求部主要為窮：宇（1）要求萄河谷狹窄逗，河谷的斷薦面剖視圖由般兩個(gè)參數(shù)衡亦量即寬高比映和厚高比。祝寬高比是壩診頂處河谷寬敢度夏B與壩高h(yuǎn)疊的比值愁，厚高比是碧壩底厚度鞋δ紛與壩高艇h的比值扯。漁河谷的寬高映比越小，意胸味著河谷越也狹窄；拱壩攀的厚高比越淚小，意味著招拱號(hào)壩可以建得督越薄誕。棕（2井）河谷左右杯兩岸大致對(duì)象稱陪，這種對(duì)稱卡的河谷能夠倉增強(qiáng)拱壩的顫穩(wěn)定性網(wǎng)；眾（3封）河谷平面鋪形狀向下游燈收縮此，這種河谷送能夠增加拱凡壩壩基的承側(cè)受力，使壩源體固定下來念，不致發(fā)生腫滑動(dòng)平移。童拱壩對(duì)地質(zhì)張的要求儲(chǔ)主要為路：柄要求基巖特菊別是壩肩巖慧體完整堅(jiān)硬沾，沒有大的題斷裂構(gòu)造毀和軟弱夾層虛，同時(shí)要求披基巖耐風(fēng)化韻、滲透性小耕。桂1吊.死3桶雖拱壩的應(yīng)力胃分析方法肯拱壩是世界等上最安全的均壩型，并不歡代表拱壩就蔥一定不會(huì)失諒事，如19材59年法國已Malpa潤sset雙壤曲拱壩潰壩督，造成了巨比大的人員傷友亡和經(jīng)濟(jì)損段失。由此可鎖見，拱壩也噴不是絕對(duì)安能全的，只有怒保證拱壩壩搖體應(yīng)力在容悟許控制范圍乏內(nèi)，壩基巖拴基有足夠承從載力，拱壩洗的安全才可祖以得到保證慮，拱壩才有珠可能正常運(yùn)勉行。拱壩在抬運(yùn)行中會(huì)受抬到水壓力、兔淤沙壓力、者溫度場(chǎng)、滲偶流場(chǎng)、重力字場(chǎng)等的相互歐作用，不同被的地形地質(zhì)兵條件，在各艙種不同的運(yùn)施行工況，如帆水位的變化閱，溫度的變城化等都會(huì)引午起拱壩壩體聰內(nèi)的應(yīng)力重洋分布。因此蠟，如何合理攤分析出復(fù)雜巡環(huán)境條件下親各種工況的鳥拱壩壩體應(yīng)傻力就顯得極秩其重要。集拱數(shù)壩是一個(gè)變狀厚度、變曲紐率而邊界條陵件又很復(fù)雜享的空間殼體帶結(jié)構(gòu)，拱圈據(jù)的軸力很大任，對(duì)拱圈本騙身的變形和蒙基巖變形影研響顯著；壩鞋基巖體實(shí)際顏上很復(fù)雜，良對(duì)拱壩和壩瞧基進(jìn)行嚴(yán)格飼的理論應(yīng)力逐分析是很困灘難的，在不工同時(shí)期的實(shí)的際設(shè)計(jì)計(jì)算但中，通常根唐據(jù)當(dāng)時(shí)的理夕論水平和計(jì)喜算條件做一綁些必要的假志定和簡化，伶因而就有不姑同的應(yīng)力分撞析方法。杏武⑴賣純拱法戀純拱法戚假定壩體由敢若干層獨(dú)立證的水平拱圈俘疊合而成，談、每層拱圈據(jù)單獨(dú)進(jìn)行計(jì)少算。由于純赴拱法沒有反漸映拱圈之間痕的相互作用相，假定荷載簽全部由水平童拱承擔(dān)，不剩符合拱壩實(shí)粘際受力情況廚，因而求出信的應(yīng)力一般飄偏大，尤其屠對(duì)寬河谷的針重力拱壩，等誤差更大。貨但由于它是圍拱壩所有計(jì)射算方法中最書基本最簡單斥的方法，常雷常用來近似流的計(jì)算狹窄揭河谷中建造攜的不太重要最的中小拱壩木的內(nèi)力和應(yīng)矛力。其計(jì)算范公式為：(較腳標(biāo)L代表克左半拱圈，鳥腳標(biāo)R代表斥右半拱圈)顫打玻港①框互兔②比萌造改③看再利用兩端紡變形連續(xù)條原件，先求出這、怠、丘，計(jì)算出M與、H、V，疫有方程組：尼允(轉(zhuǎn)角變匪位連續(xù)條件桿)律棍①擇駱(徑向變居位連續(xù)條件產(chǎn))倍撥②毀抽(切向變建位連續(xù)條件劉)絹卸③晌式中過、聚、返、燃、疊、周只和拱圈尺臣寸、拱圈和慧基巖的變形玻模量及基巖聲變形有關(guān)，虛稱為形常數(shù)越。迎、類、蒼還與水壓、距溫度等荷載府有關(guān)，稱為敘載常數(shù)。與⑵零拱梁分載法轟拱梁分載法涂是將拱壩視止為有若干水風(fēng)平拱圈和豎能直懸臂梁組腹成的空間結(jié)簡構(gòu)，壩體承固受的荷載一喝部分由拱系踢承擔(dān)，拱和衡梁的荷載分賀配由拱系和植梁系在各交模點(diǎn)處變位一叨致的條件來京確定。荷載辰分配以后，祥梁是靜定結(jié)饞構(gòu)，應(yīng)力不裕難計(jì)算；拱穿的應(yīng)力可按岸純拱法計(jì)算月。拱梁分載蜂把復(fù)雜的彈券性殼體問題波簡化為結(jié)構(gòu)幻力學(xué)的桿件稠計(jì)算。束拱梁分載法受作為一種傳多統(tǒng)的分析方慈法，經(jīng)過長泄時(shí)間的實(shí)踐望工程的考驗(yàn)辛，形成了一港套通過不斷毛實(shí)踐不斷修休訂的強(qiáng)度設(shè)凈計(jì)準(zhǔn)則，被這世界上許多律國家確定為如拱壩設(shè)計(jì)的廟規(guī)范方法。獵但拱梁分載苦法基礎(chǔ)變形獵多數(shù)均采用貼伏格特所提框出的計(jì)算方耍法，比較粗貿(mào)略，對(duì)于壩惑體內(nèi)設(shè)置大隙孔口，在計(jì)惹算中難以合且理反映孔口拐對(duì)壩體應(yīng)力尸的影響。此京外，在編制屢程序時(shí)，過齒去國內(nèi)有些庸程序?qū)τ谝欢湫┻吔鐥l件籍及假定的近粉似處理方法功不同，這使羞應(yīng)力計(jì)算結(jié)則果有所出入明。同時(shí)過去哪國內(nèi)所編制打的拱梁分載艇法程序，一瓣些假定比較觸粗糙，對(duì)于狀低拱的分析犧，尚能滿足命精度要求，優(yōu)但隨著拱壩淺高度的增加劫，過去的程兼序就不能滿饞足設(shè)計(jì)要求識(shí)，因此，有茄必要進(jìn)行改倍進(jìn)和完善，鑼以提高其精草度，形成能懲與規(guī)范配套氏使用的較為綠標(biāo)準(zhǔn)的程序護(hù)。繪⑶價(jià)殼體理論計(jì)躬算方法鍛早在20世建紀(jì)30年代裕，F(xiàn)．托爾狀克就提出了炊用殼體理論弱計(jì)算拱壩應(yīng)罪力的近似方陵法。近年來真由于電子計(jì)麻算機(jī)的發(fā)展駱，殼體理論鋤計(jì)算方法也訪取得了新的松進(jìn)展，網(wǎng)格腹法就是應(yīng)用秋有限差分解擠算殼體方程劇的一種計(jì)算暮方法，適用艇于薄拱壩。爹我國泉水雙嚷曲薄拱壩采哈用網(wǎng)格法進(jìn)國行計(jì)算，收響到了良好的它效果。但由艱于拱壩體形濕和邊界條件際十分復(fù)雜，愧使這種計(jì)算魚方法在工程焰中應(yīng)用受到喉了很大的限映制?；廷饶娼Y(jié)構(gòu)模型實(shí)亂驗(yàn)法竭結(jié)構(gòu)模型試另驗(yàn)也是研究嗚拱壩應(yīng)力問師題的有效方物法，它不僅拾能研究壩體究、壩基在正兄常運(yùn)行情況袖下的應(yīng)力和也變形，而且良還可以進(jìn)行供破壞試驗(yàn)。右在有的國家雙如葡萄牙、饒意大利，甚紀(jì)至以模型試堂驗(yàn)成果作為彈拱壩設(shè)計(jì)的震主要依據(jù)，胳并認(rèn)為試驗(yàn)禿是最可靠的燙手段。對(duì)于岔高拱壩設(shè)計(jì)瓣，采用多種序分析方法與塊模型試驗(yàn)，肚已達(dá)到相互機(jī)補(bǔ)充、相互殖驗(yàn)證，是重崇要工程不可但缺少的理論東依據(jù)。葡結(jié)構(gòu)模型試粗驗(yàn)跌雖然對(duì)破壞趴過程有直觀怒的認(rèn)識(shí)，但鳳周期長、成潛本高、研究挖方案單一，媽難以模擬溫呢度、滲流等萬荷載。⑸有限元法饞所謂有限元滋法，即是將睜一個(gè)連續(xù)的父物體人為的時(shí)分為若干單植元，相鄰單河元在節(jié)點(diǎn)處課相互連接，竟研究每個(gè)單箭元的應(yīng)力應(yīng)叔變特性，計(jì)輪算每個(gè)單元技的剛度矩陣種，然后組合捎成整體剛度穴矩陣。對(duì)于斬所有外荷載翁以靜力等效濁的方式轉(zhuǎn)移嘴到各節(jié)點(diǎn)上輔，并組成節(jié)豈點(diǎn)荷載列陣銀。最后通過鑰節(jié)點(diǎn)上的平菜衡條件，計(jì)怖算出節(jié)點(diǎn)變賠位，進(jìn)而求新出單元的應(yīng)窗變和應(yīng)力。攏對(duì)于拱壩的服有限元分析緒，可以將拱廢壩供—撇地基系統(tǒng)離蛛散為若干個(gè)敏有一定尺寸及的單元，每廁個(gè)單元有若嶼干個(gè)節(jié)點(diǎn)，庸相鄰單元在怪節(jié)點(diǎn)處相互得連接并認(rèn)為并兩者具有相渠同的節(jié)點(diǎn)位邪移值，其計(jì)搖算步驟為：橫①停結(jié)構(gòu)離散化磨處理。滔②敞選擇位移函乒數(shù)。粉③創(chuàng)單元?jiǎng)偠染亻_陣鋼的形成。平負(fù)面問題的剛階度矩陣表述鞏如下：滑式中，屢為單元本構(gòu)垃關(guān)系矩陣，跪?yàn)閱卧獞?yīng)變椒矩陣。蘿④航單元等效節(jié)拾點(diǎn)荷載列陣硬。照⑤圣總體剛度矩悉陣臉的形成，由搏第三步形成開的單元?jiǎng)偠却ň仃嚿纾鶕?jù)單元然的連接情況份來集成總體皺剛度矩陣。構(gòu)然后由有限碰元基本方程奔即可求得位游移向量。旨⑥芝計(jì)算應(yīng)力，郵由第五步求堅(jiān)得的位移向養(yǎng)量，再由公允式謝即可求得節(jié)壟點(diǎn)和單元應(yīng)戚力。部隨著踩計(jì)算機(jī)的發(fā)貍展，為拱壩告應(yīng)力分析提絞供了一條新?lián)]的更為精確沖的途徑，并康越來越廣泛針地用于拱壩鄉(xiāng)設(shè)計(jì)中。貨國內(nèi)針對(duì)拱乞壩穩(wěn)定分析瀉自主開發(fā)的策三維非線性置有限元分析竭程序主要有緊清華大學(xué)的掙TFINE斬和河海大學(xué)王的SID3侍D等程序。脅清華大學(xué)開蘭展的TFI卡NE已有2臘0多年歷史首，主要特點(diǎn)慌之一是提出丘了基于D御—生P準(zhǔn)則的彈鞋塑性魯棒算判法，可確保牧復(fù)雜結(jié)構(gòu)巖慮體計(jì)算的收商斂性。在此衣程序上實(shí)現(xiàn)潔了變形加固倦理論、三維鍵多重網(wǎng)格法泊、斷裂損傷槽及局部化分瓦析、網(wǎng)格自議適應(yīng)算法、厭基于三維有盤限元的結(jié)構(gòu)匪極限承載力嘩分析、并行頓求解技術(shù)、昏適應(yīng)拱壩設(shè)社計(jì)的后處理愧系統(tǒng)。河海翅大學(xué)力學(xué)系繪開發(fā)了SI區(qū)D3D程序龍，以收斂性徑和突變性作列為穩(wěn)定判據(jù)華，它包括兩跨個(gè)部分，第掙一部分為非搖線性有限元亞分析ADA超P3D帖—肉2003(鳥有限單元法挽連續(xù)變形分腹析)和BK注EM200鄰3蘇—玻1（塊體單內(nèi)元法非連續(xù)靜變形分析）氏，第二部分掙為塑性極限博分析PLI來M-IT。否有限元分析聾部分備有接醒口，可以接營入通用的商攻業(yè)程序，如逗MARC、薦ANSYS立、ABAQ乳US等。縮該程序功能鉤較強(qiáng)，有多團(tuán)種材料非線甚性本構(gòu)模型續(xù)，可以考慮丑材料的不均釀勻性和各項(xiàng)抹異性，能夠三模擬施工加思載過程，包遣括地應(yīng)力、供滲流和開挖稿時(shí)地應(yīng)力的希釋放過程。南國際商業(yè)通懷用非線性有賄限元程序A愁NSYS、沒ABAQU菜S和FLA縮C顛3D絞（三維快速類拉格朗日分核析）等也被蠅用于拱壩整瘦體穩(wěn)定分析敗。昨1惕.唐4言寬本文的主要胃內(nèi)容恥因其受力特柱征、幾何形隙狀、邊界條鏈件等均較復(fù)丙雜，所以，詠拱壩在韻各種工況淘作用下的安蟲全度，無疑挑是工程設(shè)計(jì)捕人員所關(guān)心德的主要課題昏。目前，拱誓壩應(yīng)力叫分析主要有濕多拱梁法和膜有限元法，疊但同一拱壩忠用不同多拱湯梁法程序計(jì)蠅算的結(jié)果不尾一致，尤其致是拉應(yīng)力相無差較多珍。有限元法辦具有較強(qiáng)的膀計(jì)算功能，賓不但可以比偷較合理的考友慮拱壩的整料體作用，還漸能進(jìn)行各種霉復(fù)雜條件下蛋的應(yīng)力分析遲。字早期的有限世元法計(jì)算軟鮮件嚴(yán)格的說叢不能稱之為匙軟件，實(shí)際以上只是用某圓種語言如F支ORTRA缸N編寫的有注限元剖分和構(gòu)計(jì)算程序，惰從其組成上士來說，主要襪由數(shù)據(jù)文件么準(zhǔn)備、單元即剖分、求解滴、輸出結(jié)果劉組成，沒有印所謂前后處館理功能；從碗其功能上來得說，解決問列題的范圍狹爭(zhēng)窄、規(guī)模也腦小，節(jié)點(diǎn)一穗般只能限制捕在1000塔0個(gè)以下。餐這些特點(diǎn)使矮得其對(duì)用戶羽的要求很高爭(zhēng)，不但要熟糟悉有限元方牧法及其應(yīng)用服，還要對(duì)其昏數(shù)據(jù)格式等榨有深入的了嶄解。數(shù)據(jù)文物件準(zhǔn)備工作尾相當(dāng)龐大，沉對(duì)平面問題偶尚還簡單，浸若對(duì)三維問貝題數(shù)據(jù)文件杠不能不說是耳令人頭疼的肥事。輸入數(shù)噸據(jù)得不到及石時(shí)的檢查，活從而導(dǎo)致數(shù)燥據(jù)有誤，可豬能造成工作身中斷甚至無標(biāo)法進(jìn)行下去訂。濁本扔次課題曠以ANSY濃S軟件為平灶臺(tái)，拋開單胞兵作戰(zhàn)從頭任做起開發(fā)程撞序的做法，變通過基于通敞用的三維設(shè)慌計(jì)軟件AN剛SYS，利釣用APDL銜參數(shù)化有限質(zhì)元分析技術(shù)倚建立整體三裁維模型，模宅擬拱壩在實(shí)約際運(yùn)行狀態(tài)怠下的力學(xué)行肆為，并對(duì)壩瘦體的應(yīng)力狀煌態(tài)進(jìn)行計(jì)算戶，在計(jì)算中復(fù)考慮水壓力育、淤沙壓力絹、溫度場(chǎng)、忍滲流場(chǎng)、重繞力場(chǎng)作用，寫并應(yīng)用于酉前陽勝利水庫丘除險(xiǎn)加固中殘雙曲拱壩的據(jù)應(yīng)力分析。愧重慶市酉陽棄縣勝利水庫架屬長江水系銳龍?zhí)逗樱话哂谥貞c市酉痕陽縣桃魚鎮(zhèn)屑里泉村，該蜂水庫是一座寨以灌溉為主津，兼有發(fā)電階、供水、防究洪等綜合利展用功能的中券型水庫，糞積水面積1程5．蹤5圣km兆2曲，水庫總庫租容1140銅萬m痕3吧。酉陽勝利武水庫大壩建拍于1974輕年，為圓弧菌拱壩，最大紡壩高55．者17m蝕，壩頂寬2搬．倉5m名，壩頂弦長怒141m獨(dú)，弧長辛169m礦，壩底厚暈23m繁。經(jīng)多年運(yùn)眼行后水庫不著能正常蓄水焰，一直限蓄澇，被水利部巾大壩安全鑒徹定中心鑒定衣為三類壩。涌本次課題運(yùn)逮用ANSY追S軟件，對(duì)先酉陽水庫大描壩進(jìn)行有限豎元模擬分析膚，建立大壩貼模型，附加街荷載，得到絨變形分析成芒果、應(yīng)力分動(dòng)析成果，并榨依據(jù)現(xiàn)行水謎利規(guī)范，復(fù)橫核現(xiàn)有大壩藍(lán)結(jié)構(gòu)能否在擊各種運(yùn)行工依況下滿足安膏全蓄水要求貢，為水庫樞喜紐大壩的除浩險(xiǎn)加固方案奴提供技術(shù)支摟撐。奴同時(shí)慘利用ANS循YS軟件包候提供的二次趙開發(fā)技術(shù)進(jìn)刺行拱壩問題筐求解，開發(fā)板具有水工特榮色的蛾比較通用的剪參數(shù)化奮拱壩仿真分彎析系統(tǒng)，減瓦少了開發(fā)成愉本，避開了暖繁瑣的代碼茶編寫和算法梅設(shè)計(jì)，為今逃后ANSY盈S在拱壩仿麻真分析中的習(xí)廣泛應(yīng)用奠駝定了基礎(chǔ)，舍進(jìn)行了有益鏡的探索。肚2授晌基于ANS叫YS的拱壩居有限元床幾何實(shí)體蔽仿真建模明2侮.滑1晴瓣有限元方法昌簡介床有限元分析傍（FEA，辟Finit捷eEle繞ment昆Analy壩sis）利憐用數(shù)學(xué)近似萌的方法對(duì)真堡實(shí)花物理系統(tǒng)破（幾何和載旅荷工況）進(jìn)此行模擬。還陳利用簡單而送又相互作用溝的元素，即圍單元，就可耐以用有限數(shù)以量的未知量拴去逼近無限張未知量的真英實(shí)系統(tǒng)。緩有限元分析償是用較簡單戶的問題代替稱復(fù)雜問題后帶再求解。它咐將求解域看專成是由許多急稱為有限元草的小的互連牌子域組成，迎對(duì)每一單元掛假定一個(gè)合落適的(較簡嫩單的）近似蓮解，然后推碰導(dǎo)求解這個(gè)側(cè)域總的滿足種條件(如結(jié)葡構(gòu)的平衡條列件），從而特得到問題的根解。這個(gè)解砌不是準(zhǔn)確解逝，而是近似遷解，因?yàn)閷?shí)命際問題被較煤簡單的問題狹所代替。由丈于大多數(shù)實(shí)樂際問題難以爬得到準(zhǔn)確解障，而有限元陡不僅計(jì)算精疫度高，而且難能適應(yīng)各種栽復(fù)雜形狀，宅因而成為行瑞之有效的工氧程分析手段只。死有限元是那林些集合在一憶起能夠表示鍵實(shí)際連續(xù)域附的離散單元壓。有限元的緊概念早在幾憂個(gè)世紀(jì)前就勵(lì)已產(chǎn)生并得趟到了應(yīng)用，孤例如用多邊放形（有限個(gè)為直線單元）縣逼近圓來求序得圓的周長化，但作為一誤種方法而被然提出，則是商最近的事。漸有限元法最瘡初被稱為宣矩陣饅近似方法，津應(yīng)用于航空貼器的結(jié)構(gòu)強(qiáng)怎度計(jì)算，并閱由于其方便絕性、實(shí)用性狼和有效性而奴引起從事蓋力學(xué)痕研究的科學(xué)辮家的濃厚興頂趣。經(jīng)過短趴短數(shù)十年的對(duì)努力，隨著附計(jì)算機(jī)技術(shù)此的快速發(fā)展戒和普及，有押限元方法迅搶速從結(jié)構(gòu)工擦程強(qiáng)度分析好計(jì)算擴(kuò)展到濕幾乎所有的哀科學(xué)技術(shù)領(lǐng)衣域，成為一等種豐富多彩再、應(yīng)用廣泛拒并且實(shí)用高竟效的辱數(shù)值分析棍方法。牽有限元方法謹(jǐn)與其他求解侮邊值問題近悲似方法的根沉本區(qū)別在于嗽它的近似性既僅限于相對(duì)掃小的子域中魯。20世紀(jì)恥60年代初反首次提出結(jié)拼構(gòu)力學(xué)計(jì)算懸有限元概念減的隨克拉夫膠（Clou歉gh）教授古形象地將其棒描繪為：“健有限元法=之Rayle棚ighR炊itz法+柴分片函數(shù)”哈，即有限元喚法是Ray污leigh貿(mào)Ritz僻法的一種局棗部化情況。歇不同于求解賞（往往是困驅(qū)難的）滿足翅整個(gè)定義域谷邊界條件的杏允許函數(shù)的灣Rayle位ighR殊itz法，爸有限元法將真函數(shù)定義在啞簡單幾何形耍狀（如二維悅問題中的三濱角形或任意雕四邊形）的營單元域上（者分片函數(shù)）貼，且不考慮遞整個(gè)定義域?qū)幍膹?fù)雜邊界貴條件，這是反有限元法優(yōu)圣于其他近似獵方法的原因痕之一。堵對(duì)于不同物禿理性質(zhì)和數(shù)妖學(xué)模型的問段題，有限元仙求解法的基夸本步驟是相醒同的，只是培具體公式推綢導(dǎo)和運(yùn)算求哭解不同。有嗚限元求解問鍋題的基本步畢驟通常為：染第一步：問昨題及求解域級(jí)定義：根據(jù)幸實(shí)際問題近差似確定求解晌域的物理性稻質(zhì)和幾何區(qū)柿域。早第二步：求拆解域離散化率：將求解域橫近似為具有透不同有限大柴小和形狀且棵彼此相連的縮有限個(gè)單元旨組成的離散輕域，習(xí)慣上剃稱為有限元筒網(wǎng)絡(luò)劃分。暖顯然單元越坦?。ňW(wǎng)格越促細(xì)）則離散冊(cè)域的近似程蘿度越好，計(jì)武算結(jié)果也越身精確，但計(jì)僵算量及誤差割都將增大，亭因此求解域社的離散化是惜有限元法的蒸核心技術(shù)之辭一。睛第三步：確久定狀態(tài)變量疏及控制方法呀：一個(gè)具體努的物理問題鬼通?？梢杂萌鲆唤M包含問禿題狀態(tài)變量疑邊界條件的始微分方程式評(píng)表示，為適耐合有限元求替解，通常將拍微分方程化配為等價(jià)的泛讀函形式。既第四步：單嫩元推導(dǎo)：對(duì)侄單元構(gòu)造一名個(gè)適合的近例似解，即推餐導(dǎo)有限單元久的列式，其撇中包括選擇鄰合理的單元漫坐標(biāo)系，建菌立單元試函作數(shù)，以某種朱方法給出單認(rèn)元各狀態(tài)變本量的離散關(guān)曲系，從而形校成詠單元矩陣彈（結(jié)構(gòu)力學(xué)進(jìn)中稱剛度陣鋪或柔度陣）欺。括為保證問題旦求解的收斂椒性，單元推泰導(dǎo)有許多原剃則要遵循。蟲對(duì)工程應(yīng)慨用而言，重悉要的是應(yīng)注攪意每一種單犯元的解題性管能與約束。件例如，單元區(qū)形狀應(yīng)以規(guī)零則為好，畸值形時(shí)不僅精服度低，而且節(jié)有缺秩的危幅險(xiǎn)，將導(dǎo)致卻無法求解。煎第五步：總仇裝求解：將凍單元總裝形遵成離散域的薄總探矩陣方程淺（聯(lián)合方程恭組），反映劫對(duì)近似求解膜域的離散域準(zhǔn)的要求，即屑單元函數(shù)的愚連續(xù)性要滿直足一定的連選續(xù)條件?？倢b是在相鄰蹈單元結(jié)點(diǎn)進(jìn)覆行，狀態(tài)變商量及其導(dǎo)數(shù)日（可能的話紋）連續(xù)性建躍立在結(jié)點(diǎn)處嗚。孤第六步：聯(lián)方立方程組求就解和結(jié)果解洲釋：有限元溫法最終導(dǎo)致胳聯(lián)立方程組府。聯(lián)立方程范組的求解可超用直接法、聚迭代法和隨窩機(jī)法。求解菜結(jié)果是單元鮮結(jié)點(diǎn)處狀態(tài)用變量的近似配值。對(duì)于計(jì)沿算結(jié)果的質(zhì)螞量，將通過替與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則參提供的允許找值比較來評(píng)歌價(jià)并確定是華否需要重復(fù)芽計(jì)算。賺簡言之，有么限元分析可肝分成三個(gè)階怠段，前置處敬理、計(jì)算求街解和后置處睡理。前置處叼理是建立有稀限元模型，戒完成單元行網(wǎng)格民劃分；后置程處理則是采遣集處理分析揚(yáng)結(jié)果，使用素戶能簡便提秧取信息，了噴解計(jì)算結(jié)果死。厲近一、二十值年來,隨著怨計(jì)算機(jī)軟硬數(shù)件技術(shù)的日善新月異和圖友形圖像處理咬技術(shù)的發(fā)展琴,有限元分避析技術(shù)得到董了飛速的發(fā)潔展,大量優(yōu)旺秀的有限元陰商業(yè)軟件如傅A(chǔ)NSYS誠、ABAQ落US、MS章C.Mar旬c、MSC世.Nast敘ran、S挺UPERS構(gòu)等得到了廣換泛應(yīng)用。這具些軟件具有座強(qiáng)大的前后扇處理功能,貧使得用戶更醫(yī)加容易學(xué)習(xí)野和掌握有限恐元分析技術(shù)悶。溪縱觀當(dāng)今國蒼際上CAE壘軟件細(xì)的發(fā)展情況嫂，可以看出博有限元分析灘方法養(yǎng)的一些發(fā)展耕趨勢(shì)：更1、與CA閥D軟件的無鑰縫集成掩當(dāng)今婆有限元分析未軟件鄙的一個(gè)發(fā)展鑄趨勢(shì)是與通拜用CAD軟我件的集成使身用，即在用狹CAD軟件礙完成部件和適零件的造型蘋設(shè)計(jì)后，能利直接將模型顯傳送到CA績E軟件中進(jìn)榜行有限元網(wǎng)沃格劃分并進(jìn)朝行分析計(jì)算仆，如果分析扶的結(jié)果不滿竊足設(shè)計(jì)要求千則重新進(jìn)行礙設(shè)計(jì)和分析詞，直到滿意速為止，從而藍(lán)極大地提高斬了設(shè)計(jì)水平像和效率。為炕了滿足工程后師快捷地解燃決復(fù)雜工程置問題的要求徹，許多商業(yè)囑化有限元分窩析軟件都開粒發(fā)了和著名游的CAD軟味件（例如密Pro/E蜜NGINE烈ER敘、Unig飽raphi悟cs、可Solid粒Edge、岸Solid長Works夸、IDEA截S、Ben清tley和常AutoC盤AD等）的擱接口。謝2、更為強(qiáng)膽大的網(wǎng)格處言理能力絞有限元法求攝解問題的基潔本過程主要脅包括：分析珠對(duì)象的離散廚化、有限元傍求解、計(jì)算躬結(jié)果的后處夠理三部分。層由于結(jié)構(gòu)離漿散后的網(wǎng)格按質(zhì)量直接影蔑響到求解時(shí)簡間及求解結(jié)許果的正確性賊與否，各軟打件開發(fā)商都鬧加大了其在莊網(wǎng)格處理方粗面的投入，阿使網(wǎng)格生成蔬的質(zhì)量和效源率都有了很長大的提高，雄但在有些方茶面卻一直沒粒有得到改進(jìn)樸，如對(duì)三維菠實(shí)體模型進(jìn)丸行自動(dòng)六面些體網(wǎng)格劃分四和根據(jù)求解璃結(jié)果對(duì)模型志進(jìn)行岔自適應(yīng)網(wǎng)格騎劃分，除了惰個(gè)別商業(yè)洪軟件片如ANSY冤S禍做得較好外蔬，大多數(shù)分格析軟件仍然輕沒有此功能獅。自動(dòng)六面明體網(wǎng)格劃分暮是指對(duì)三維常實(shí)體模型程堵序能自動(dòng)的梅劃分出六面孔體網(wǎng)格單元陵，大多數(shù)軟宣件都能采用型映射、拖拉甚、掃略等功港能生成六面秩體單元，但乖這些功能都需只能對(duì)簡單賄規(guī)則模型適柄用，對(duì)于復(fù)損雜的三維模捐型則只能采玩用自動(dòng)四面越體網(wǎng)格劃分蟲技術(shù)生成四鋪面體單元。尊對(duì)于四面體栗單元，如果睛不使用中間改節(jié)點(diǎn)，在很地多問題中將龍會(huì)產(chǎn)生不正悠確的結(jié)果，劉如果使用中寄間節(jié)點(diǎn)將會(huì)植引起求解時(shí)急間、收斂速沿度等方面的唯一系列問題巴。自適應(yīng)性陽網(wǎng)格劃分是堂指在現(xiàn)有網(wǎng)余格基礎(chǔ)上，拌根據(jù)有限元式計(jì)算結(jié)果估杏計(jì)計(jì)算誤差移、重新劃分火網(wǎng)格和再計(jì)藍(lán)算的一個(gè)循皺環(huán)過程。對(duì)劃于許多工程浪實(shí)際問題，孕在整個(gè)求解朋過程中，模瘦型的某些區(qū)堂域?qū)?huì)產(chǎn)生牧很大的應(yīng)變辯，引起單元酸畸變，從而扔導(dǎo)致求解不餐能進(jìn)行下去滔或求解結(jié)果采不正確，因箭此必須進(jìn)行膚網(wǎng)格自動(dòng)重悲劃分。攪自適應(yīng)網(wǎng)格年往往是許多追工程問題如蘿裂紋擴(kuò)展、郵薄板成形等胞大應(yīng)變分析挽的必要條件偏。者3、由求解榮線性問題發(fā)首展到求解非卻線性問題栽隨著科學(xué)技困術(shù)的發(fā)展，姿線性理論已箭經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能行滿足設(shè)計(jì)的挽要求，許多乞工程問題如盯材料的破壞敲與失效、裂綢紋擴(kuò)展等僅岔靠線性理論干根本不能解擊決，必須進(jìn)遭行非線性分交析求解，例冶如薄板成形即就要求同時(shí)蠅考慮結(jié)構(gòu)的舞大位移、大社應(yīng)變（幾何賠非線性）和贊塑性（材料乎非線性）；湊而對(duì)塑料、伙橡膠、陶瓷罩、混凝土及荒巖土等材料蜘進(jìn)行分析或效需考慮材唉料的塑性、習(xí)蠕變效應(yīng)時(shí)旦則必須考慮斜材料非線性找。眾所周知舊，非線性問脹題的求解是分很復(fù)雜的，胖它不僅涉及鄭到很多專門舅的數(shù)學(xué)問題霉，還必須掌駁握一定的理節(jié)論知識(shí)和求間解技巧，學(xué)鳳習(xí)起來也較荒為困難。為磚此國外一些雞公司花費(fèi)了受大量的人力載和物力開發(fā)杜非線性求解耍分析軟件，效如牲ANSYS之、料ADINA衰、ABAQ匪US等。它削們的共同特盞點(diǎn)是具有高厘效的非線性箱求解器、豐眉富而實(shí)用的士非線性材料分庫。愛4、由單一拼結(jié)構(gòu)場(chǎng)求解繞發(fā)展到耦合趨場(chǎng)問題的求喂解句有限元分析鐘方法治最早應(yīng)用于恒航空航天領(lǐng)干域，主要用斃來求解線性權(quán)結(jié)構(gòu)問題，盾實(shí)踐證明這掠是一種非常奔有效的必?cái)?shù)值分析生方法。而且碌從理論上也凝已經(jīng)證明，客只要用于離澆散求解對(duì)象暴的單元足夠許小，所得的懼解就可足夠父逼近于精確涂值。用于求注解結(jié)構(gòu)線性什問題的有限逮元方法和軟寄件已經(jīng)比較職成熟，發(fā)展透方向是結(jié)構(gòu)肯非線性、流鹿體動(dòng)力學(xué)和愧耦合場(chǎng)問題捐的求解。例蕉如由于摩擦銅接觸而產(chǎn)生哈的熱問題，幻金屬成形時(shí)您由于塑性功虎而產(chǎn)生的熱展問題,需要胃結(jié)構(gòu)場(chǎng)和溫販度場(chǎng)的有限總元分析結(jié)果工交叉迭代求油解，即"熱屢力耦合"的技問題。當(dāng)媽流體在彎管梨中流動(dòng)時(shí)，跨流體壓力會(huì)蔑使彎管產(chǎn)生凈變形，而管屑的變形又反亂過來影響到鵝流體的流動(dòng)銜……這就需吃要對(duì)結(jié)構(gòu)場(chǎng)伐和流場(chǎng)的有麥限元分析結(jié)斑果交叉迭代違求解，即界所謂"流固稿耦合"的問涌題。由于有劍限元的應(yīng)用乎越來越深入字，人們關(guān)注押的問題越來沈越復(fù)雜，耦框合場(chǎng)的求解攜必定成為C柿AE軟件的鮮發(fā)展方向。蓬5、程序面勺向用戶的開諸放性褲隨著商業(yè)化悠的提高，各磨軟件開發(fā)商霧為了擴(kuò)大自吉己的市場(chǎng)份勉額，滿足用遙戶的需求，岡在軟件的功贏能、易用性驢等方面花費(fèi)險(xiǎn)了大量的投碼資，但由于走用戶的要求據(jù)千差萬別，叉不管他們坑怎樣努力也杜不可能滿足網(wǎng)所有用戶的嚴(yán)要求，因此窗必須給用戶艦一個(gè)開放的秘環(huán)境，允許史用戶根據(jù)自壯己的實(shí)際情懲況對(duì)軟件進(jìn)符行擴(kuò)充，包燦括用戶自定透義單元特性哈、用戶自定斬義材料本構(gòu)魔（結(jié)構(gòu)本構(gòu)鋪、熱本構(gòu)、標(biāo)流體本構(gòu)）挪、用戶自定木義流場(chǎng)邊界伯條件、用戶泰自定義結(jié)構(gòu)宰斷裂判據(jù)和溫裂紋擴(kuò)展規(guī)捷律等等。糕2粉.竹2探惱有限元軟件消ANSYS疼簡介盯ANSYS驚軟件飽是融結(jié)構(gòu)、薪流體、電場(chǎng)手、磁場(chǎng)、聲逝場(chǎng)分析于一北體的大型通耍用勒有限元分析宇軟件霜。由世界上煮最大的販有限元分析陽軟件槽公司之一的頓美國期ANSYS鴿開發(fā)，它能揮與多數(shù)CA忠D掠軟件接口別，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遼的共享和交李換，如Pr構(gòu)o/Eng盯ineer碼,NAS練TRAN,域Alog茫or,I刃－DEAS膚,Aut風(fēng)oCAD等廣，是現(xiàn)代紙產(chǎn)品設(shè)計(jì)中原的高級(jí)CA艇E工具之一籠。絡(luò)CAE的技貿(mào)術(shù)種類有很喬多，其中包悠括填有限元法踐(FEM,詢即Fini肺teEl久ement詠Meth竄od),圖邊界元法紅(BEM,提即Boun旺dary貢Eleme綢ntMe羨thod)刻，床有限差分法烤(FDM,皮即Fini涼teDi劫ffere寨nceE秀lemen階tMet噴hod)等虧。每一種方泛法各有其應(yīng)覺用的領(lǐng)域，沫而其中須有限元法胃應(yīng)用的領(lǐng)域衰越來越廣，掛現(xiàn)已應(yīng)用于項(xiàng)結(jié)構(gòu)力學(xué)、認(rèn)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)睛、熱力學(xué)、燭流體力學(xué)、演電路學(xué)、電尿磁學(xué)等。貨ANSYS笑有限元凍軟件交包是一個(gè)多耗用途的劃有限元法刪計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)碎程序，可以央用來求解結(jié)扭構(gòu)、流體、良電力、電磁仇場(chǎng)及碰撞等吩問題。因此宵它可應(yīng)用于酒以下工業(yè)領(lǐng)芝域：航空記航天、汽車舟工業(yè)、生物屯醫(yī)學(xué)、橋梁棒、的土木、水利序、砍建筑、電子卷產(chǎn)品、重型烘機(jī)械、獲微機(jī)電系統(tǒng)返、運(yùn)動(dòng)器械像等。嬸軟件孩主要包括三樸個(gè)部分：前節(jié)處理模塊，抖分析計(jì)算模炊塊和后處理刻模塊。孕前處理模塊煤提供了一個(gè)冊(cè)強(qiáng)大的實(shí)體丸建模及蒙網(wǎng)格溝劃分工具，槐用戶可以方姿便地構(gòu)造有隸限元模型虹。在蛇實(shí)體建?；蠓矫妫瑒貯NSYS富程序提供了男兩種實(shí)體建優(yōu)模方法：自增頂向下與自保底向上。自祥頂向下進(jìn)行夢(mèng)實(shí)體建模時(shí)趨，用戶定義說一個(gè)模型的援最高級(jí)圖元僵，如球、貍棱柱，稱為許基元，程序籃則自動(dòng)定義醉相關(guān)的面、她線及關(guān)鍵點(diǎn)物。用戶利用叮這些高級(jí)圖嚼元直接構(gòu)造這幾何模型，略如二維的圓劣和矩形以及兔三維的塊植、球、錐和鍛柱。無論使旅用自頂向下矮還是自底向等上方法建模仇，用戶均能蹤使用優(yōu)布爾都運(yùn)算來組合騰數(shù)據(jù)集，從噴而“雕塑出喘”一個(gè)實(shí)體鐘模型。妻ANS他YS程序提逗供了完整的糠布爾倒運(yùn)算，諸如狠相加、體相減沈、相交、分罪割、粘結(jié)和熔重疊。在創(chuàng)很建復(fù)雜實(shí)體朵模型時(shí)，對(duì)難線、面、體絞、基元的徑布爾座操作能減閑少相當(dāng)可觀繡的建模工作陳量。ANS剖YS程序還康提供了拖拉劍、延伸、旋仆轉(zhuǎn)、移動(dòng)、四延伸和拷貝燙實(shí)體模型圖紐元的功能。冷附加的功能鎖還包括圓弧允構(gòu)造、切線褲構(gòu)造、通過栽拖拉與旋轉(zhuǎn)梯生成面和體吸、線與面的脂自動(dòng)相交運(yùn)綠算、自動(dòng)倒?jié)B角生成、用悠于這網(wǎng)格蝴劃分的硬點(diǎn)廣的建立、移棕動(dòng)、拷貝和場(chǎng)刪除。自沒底向上進(jìn)行摩實(shí)體建模時(shí)猛，用戶從最宣低級(jí)的圖元耳向上構(gòu)造模頂型，即：用琴戶首先定義投關(guān)鍵點(diǎn)，然房后依次是相樹關(guān)的線、面秒、體。蔬在網(wǎng)格劃分矛方面，尼ANSYS竄程序提供了勁使用便捷、肚高質(zhì)量的對(duì)恐CAD模型美進(jìn)行反網(wǎng)格憐劃分的功能合。包括四種慎網(wǎng)格豆劃分方法：銅延伸劃分、喉映像劃分、愁自由劃分和早自適應(yīng)劃分塘。延伸盛網(wǎng)格成劃分可將一遇個(gè)二維網(wǎng)格原延伸成一個(gè)魂三維網(wǎng)格。債映像錘網(wǎng)格京劃分允許用鼻戶將幾何模腰型分解成簡鋪單的幾部分緣，然后選擇星合適的單元及屬性和網(wǎng)格是控制，生成豪映像網(wǎng)格。蒙ANSYS組程序的自由煩網(wǎng)格觸劃分器功能撿是十分強(qiáng)大糖的，可對(duì)復(fù)句雜模型直接毯劃分，避免欣了用戶對(duì)各籃個(gè)部分分別福劃分然后進(jìn)嫂行組裝時(shí)各揚(yáng)部分網(wǎng)格不戰(zhàn)匹配帶來的子麻煩。芒自適應(yīng)網(wǎng)格透劃分是在生梢成了具有邊姓界條件的實(shí)豪體模型以后承，用戶指示稍程序自動(dòng)地誦生成有限元婚網(wǎng)格，分析癢、估計(jì)網(wǎng)格鍵的離散誤差吧，然后重新陷定義網(wǎng)格大林小，再次分隸析計(jì)算、估忽計(jì)網(wǎng)格的離石散誤差，直慣至誤差低于詠用戶定義的充值或達(dá)到用傍戶定義的求丸解次數(shù)。際分析計(jì)算模劣塊包括息結(jié)構(gòu)分析贊（可進(jìn)行線蟲性分析、非攻線性分析和絲高度非線性卵分析）、流瀉體動(dòng)力學(xué)分脹析、電磁場(chǎng)乘分析、聲場(chǎng)作分析、壓電唉分析以及多猾物理場(chǎng)的耦派合分析，可蟲模擬多種物盒理介質(zhì)的相盆互作用，具鐮有靈敏度分構(gòu)析及優(yōu)化分賠析能力；鏟后處理模塊門可將計(jì)算結(jié)塊果以彩色等翼值線顯示、陪梯度顯示、昌矢量顯示、僻粒子流跡顯織示、立體切盟片顯示、透感明及半透明倡顯示（可看若到結(jié)構(gòu)內(nèi)部基）等圖形方仗式顯示出來堵，也可將計(jì)撒算結(jié)果以圖喚表、沒曲線科形式顯示或婦輸出。丙軟件混提供了噸2廣00種以上們的單元類型犯，用來模擬送工程中的各譽(yù)種結(jié)構(gòu)和材己料。動(dòng)有限元分析狗軟件ANS橋YS在世界筆范圍內(nèi)已成值為土木建筑奔行業(yè)CAE駝仿真分析軟遮件的主流。貿(mào)在國內(nèi)，A講NSYS是遵第一個(gè)通過社中國壓力容泛器標(biāo)準(zhǔn)化技艱術(shù)委員會(huì)認(rèn)特證并在國務(wù)寄院十七個(gè)部舌委推廣使用宮，是唯一一騎個(gè)被中國鐵駁路機(jī)車車輛邀總公司選定貿(mào)為實(shí)現(xiàn)漁“唐三上卵”奪目標(biāo)的有限指元分析軟件耍。三峽工程葡、二灘電站慎、龍首電站睜大壩、國家謝大劇院和上啊海金茂大廈筐等工程都是謊利用了AN啞SYS軟件岡進(jìn)行有限元笨仿真分析。說2墊.生3慰基于AN貿(mào)SYS的A呼PDL技術(shù)候特點(diǎn)賢APDL的計(jì)全稱是AN悔SYSP庭arame饑tric比Desig屢nLan狐guage急(ANS照YS雞參數(shù)化設(shè)計(jì)美語言）?？杀в脕硗瓿梢粯切┩ㄓ眯詮?qiáng)忘的任務(wù)，也驕可以用于根爛據(jù)來建立模避型，不僅是歉優(yōu)化設(shè)計(jì)和岡自適應(yīng)網(wǎng)格挨劃分等AN虎SYS經(jīng)典簽特性的實(shí)現(xiàn)胳基礎(chǔ)，也為置日常分析提谷供了便利。袖有限元分析沖的標(biāo)準(zhǔn)過程披包括：定義矛模型及其載頑荷、求解和耕解釋結(jié)果，憶假如求解結(jié)再果表明有必直要修改設(shè)計(jì)趁，那么就必鐘須改變模型間的幾何結(jié)構(gòu)膝或載荷并重鳥復(fù)上述步驟降。特別是當(dāng)仍模型較復(fù)雜張或修改較多加時(shí)，這個(gè)過無程可能很昂脫貴和浪費(fèi)時(shí)啄間。APD灣L用建立智舉能分析的手趟段為用戶提節(jié)供了自動(dòng)完全成上述循環(huán)禿的功能，也谷就是說，程執(zhí)序的輸入可裙設(shè)定為根據(jù)老指定的函數(shù)失、變量及選定出的分析標(biāo)樣準(zhǔn)作決定。負(fù)它允許復(fù)雜卡的數(shù)據(jù)輸入知，使用戶對(duì)膀任何設(shè)計(jì)或姑分析屬性有澡控制權(quán)，例涉如，幾何尺連寸、材料、棋邊界條件和謠網(wǎng)格泥密度等，擴(kuò)雕展了傳統(tǒng)有留限元分析范彩圍以外的能招力，并擴(kuò)充繪了更高級(jí)運(yùn)機(jī)算包括靈敏途度研究、零狡件參數(shù)化建拋模、設(shè)計(jì)修慚改及設(shè)計(jì)優(yōu)割化。為用戶崗控制任何復(fù)梢雜計(jì)算的過分程提供了極顫大的方便。襖它實(shí)質(zhì)上由啄類似于FO委RTRAN發(fā)的敵程序設(shè)計(jì)語煤言低部分和10緊00多條A猴NSYS命窯令組成。其啊中，組程序設(shè)計(jì)語蓋言活部分與其它撞編程語言一柄樣，具有參娛數(shù)、敞數(shù)組涼表達(dá)式矛、函數(shù)、華流程控制喘（循環(huán)與分器支）、重復(fù)種執(zhí)行命令、蝴縮寫、宏以廊及霜用戶程序繡等。標(biāo)準(zhǔn)的燈ANSYS蠢程序運(yùn)行是普由1000薯多條命令驅(qū)詠動(dòng)的，這些全命令可以寫?yīng)勥M(jìn)曉程序設(shè)計(jì)語梯言棟編寫的程序脊，命令的參勾數(shù)可以賦確甩定值，也可最以通過逆表達(dá)式張的結(jié)果或參斗數(shù)的方式進(jìn)生行賦值。從詠ANSYS順命令的功能煤上講，它們辣分別對(duì)應(yīng)A愧NSYS分田析過程中的袖定義幾何模油型、劃分單華元雙網(wǎng)格勁、材料定義扒、添加載荷捎和邊界條件串、控制和執(zhí)蔬行求解和后暢處理計(jì)算結(jié)飽果等指令。覆用戶可以利獅用味程序設(shè)計(jì)語晃言有將ANSY倍S命令組織平起來，編寫燭出參數(shù)化的勢(shì)用戶程序，頌從而實(shí)現(xiàn)有環(huán)限元分析的囑全過程，即鍬建立參數(shù)化濁的CAD模撐型、參數(shù)化陳的砍網(wǎng)格縫劃分與控制耍、參數(shù)化的覽材料定義、孔參數(shù)化的載掛荷和邊界條汪件定義、參盾數(shù)化的分析屆控制和求解帽以及參數(shù)化仰的后處理。破宏是具有某迷種特殊功能寸的命令組合卸，實(shí)質(zhì)上是帳參數(shù)化的用罷戶小程序，再可以當(dāng)作A監(jiān)NSYS的肺命令處理，厚可以有輸入元參數(shù)或沒有憑輸入?yún)?shù)。俗縮寫是某條胸命令或宏的垂替代名稱，唉它與被替代子命令或宏存缺在一一對(duì)應(yīng)曉的關(guān)系，在鍬ANSYS冠中二者是完兆全等同的，嶺但縮寫更符倒合用戶習(xí)慣醉，更易于記曉憶，減少敲菊擊鍵盤的次拒數(shù)。葛APDL擴(kuò)寨展了傳統(tǒng)有屢限元分析范瞎圍之外的能酬力，提供了惹建立標(biāo)準(zhǔn)化粥零件庫、序擠列化分析、斯設(shè)計(jì)修改、吸設(shè)計(jì)優(yōu)化以番及更高級(jí)的誼數(shù)據(jù)分析處室理能力?？?指.冶4應(yīng)用A偶PDL實(shí)現(xiàn)敵拱壩瞇幾何實(shí)體固的露仿真繁建模跟建模在AN說SYS系統(tǒng)圍中包括廣義再與狹義兩層氧含義，廣義鉆模型包括實(shí)閥體模型和在慶載荷與邊界誕條件下的有槳限元模型，攝狹義則僅僅親指建立的實(shí)伍體模型與有旱限元模型。咸本章所闡述葬的拱壩有限告元仿真建模土主要是指對(duì)恐拱壩溉狹義的透有限元砌實(shí)體模型轟而言，在載失荷與邊界條號(hào)件下的有限變?cè)Ｐ图捌鋻哂?jì)算求解分騰析將在第三壺章詳細(xì)闡述隆?？淘谑鯝NSYS鈔中套建立實(shí)體模緒型的兩種途給徑季為：里惡(1)漁利用ANS藏YS自帶的她實(shí)體建模功匯能創(chuàng)建實(shí)體克建模：牲跡(2)著利用ANS琴YS與其他文軟件接口導(dǎo)遞入其他二維秀或三維軟件園所建立的實(shí)截體模型。該同實(shí)體建模的園三種方式悶為：目竿劉(1)自底頑向上的實(shí)體延建模永由建鞋立最低圖元茶對(duì)象的點(diǎn)到泥最高圖元對(duì)季象的體，即參先定義實(shí)體下各頂點(diǎn)的關(guān)標(biāo)鍵點(diǎn)，再通落過關(guān)鍵點(diǎn)連仁成線，然后氏由線組合成炒面，最后由炒面組合成體插。獄(2漠)自頂向下謹(jǐn)?shù)膶?shí)體建模償直接隔建立最高圖稅元對(duì)象，其妥對(duì)應(yīng)的較低存圖元面、線催和關(guān)鍵點(diǎn)同屬時(shí)被創(chuàng)建。捆(3遮)混合法自姥底向上和自咳頂向下的實(shí)銜體建模食阿請(qǐng)可根據(jù)個(gè)人貧習(xí)慣采用混徐合法建模，沾但應(yīng)該考慮誕要獲得什么撞樣的有限元鼻模型，即在臺(tái)網(wǎng)格劃分時(shí)仿采用自由網(wǎng)彈格劃分或映它射網(wǎng)格劃分唇。自由網(wǎng)格纖劃分時(shí)，實(shí)濁體模型的建雨立比較框簡單艱，只要所有破的面或體能蘋接合成一體樣就可以：映遺射網(wǎng)格劃分遍時(shí)，平面結(jié)橡構(gòu)一定要四棵邊形或三邊哀形的面相接乖而成。駐拱壩欣的形體評(píng)是一個(gè)變厚鉗度、變曲率叨而邊界條件慘又很復(fù)雜的頌空間殼體結(jié)刺構(gòu)腎。在不同的杜地質(zhì)地形情耕況下，采用桃的拱壩型式滴往往差異較啞大。即使對(duì)仇于同一壩址炊處的拱壩，朋由于其融在運(yùn)行中會(huì)召受到水壓力巴、淤沙壓力傾、溫度場(chǎng)、擁滲流場(chǎng)、重船力場(chǎng)等的相呢互作用，在餓各種不同的密運(yùn)行工況，新如水位的變炕化，溫度的快變化等都會(huì)猾引起拱壩壩志體內(nèi)的應(yīng)力調(diào)重分布。曠建立起拱壩議的專三維漂APDL參飾數(shù)化程序設(shè)華計(jì)語言，可絞以對(duì)各種不掃同形體的大雖壩，在各種余不同工況下脖的身受力情況較秘為方便的仿澡真分析。坑為實(shí)現(xiàn)拱壩席的參數(shù)化建嫁模，本文在月建模時(shí)采取元的途徑主要郊為前面所述現(xiàn)的慧利用ANS憤YS自帶的棟實(shí)體建模功表能創(chuàng)建實(shí)體據(jù)建模博，采用的建燒模方式主要跳為自底向上訓(xùn)的實(shí)體建模鈴。正實(shí)現(xiàn)支拱壩參數(shù)化祥建模首先要劣提取出可以欺描述拱壩體增型特征的各盼項(xiàng)參數(shù),這鞭些參數(shù)包括寧結(jié)構(gòu)圖形參寬數(shù)和規(guī)則參眾數(shù)。結(jié)構(gòu)圖既形參數(shù)包括數(shù)關(guān)鍵點(diǎn)的坐贏標(biāo),線段的揉長度和剖分翅信息等控制凡點(diǎn)和控制尺建寸烘；炎規(guī)則參數(shù)可舉以是一種關(guān)財(cái)系的描述,斬也可以是一輕個(gè)計(jì)算公式斷,甚至是一盾個(gè)復(fù)雜的方隆程組,或自陰然語言、邏各輯規(guī)兼則等,例如襲拱壩的曲線夠方程等。固結(jié)構(gòu)對(duì)象的愈參數(shù)化一般愈具有以下特態(tài)性:毫·恒必須具有通羞用性,能適守用于某種類跑型的不同結(jié)殘構(gòu);萍·增能根據(jù)用戶菌指定的參數(shù)駁,可以對(duì)結(jié)麗構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)確嘗的定位;港·倆能對(duì)所設(shè)計(jì)粗的部件進(jìn)行壽組裝;監(jiān)·臉能使用結(jié)構(gòu)毯形狀參數(shù)、彩位置參數(shù)、閉關(guān)系描述性憲參數(shù)、材料長參數(shù)和施工絨要求參數(shù)等矮,并建立統(tǒng)嘩一的關(guān)系數(shù)妖據(jù)庫。債描述拱壩體蜘形既可采用坦函數(shù)型幾何若模型,也可小采用離散型榆幾何模型。緒前者較為實(shí)尋用,易被設(shè)創(chuàng)計(jì)人員所接單受,所以目振前在拱壩體亂形優(yōu)化設(shè)計(jì)閣中應(yīng)用較多尿。用函數(shù)型暑幾何模型描刷述的拱壩體副形,其上下牌游表面既可昂以是單曲的廁,也可以是校雙曲的:其暫水平軸線可語以是下述幾書種曲線之一隱:單心圓、蝕多心圓、拋迅物線、橢圓池、雙曲線或頂對(duì)數(shù)螺線等遺。劇頁剩拱冠梁斷面渡的幾何描述厘：圾取河谷可利稼用基巖剖面足線的最低點(diǎn)野作為拱異冠當(dāng)梁位置，河辣谷底部較平紹坦時(shí)取在谷倆底的中心鞏部位慕。筍1.蒸選擇拱冠梁正厚度蘋頂拱厚度陜主要依據(jù)壩芝高、拱壩結(jié)脆構(gòu)布置、壩導(dǎo)頂交通等條伍件研究選取姥，頂拱厚度觀一般大于錦3.0m婆。添底部厚度姐可按下式估勝計(jì)：胞式中L老——負(fù)拱壩的壩頂俯弧長蓋地基均勻、遺V形河谷可播選小值，地面基較差、壽U孤形河谷可選拍大值。通常付在拱壩形狀帽初步擬定并展做應(yīng)力分析胞后，再對(duì)拱五冠底部厚度排作進(jìn)一步調(diào)誘整。常2.臨選擇拱冠梁慢體型鬧拱冠梁剖面劍通常先擬定算上游面積曲似線，其形式桶有：圓弧或逼圓弧組合、僅二次曲線、演三次曲線（涉適用于雙曲棄拱壩）；直伯線或折線（廊適用于單曲壯拱壩）。贏當(dāng)上、下游減壩面為曲線村時(shí)，拱冠梁加剖面形式主且要受壩面連卡續(xù)條件及壩禮體縱向曲率灣因素的控制貪，壩面平順挽連續(xù)是壩體蕩獲得較好應(yīng)擴(kuò)力分析條件濁的重要保證逝。氏結(jié)合各層水吊平拱拱座位流置和中心角包，合理設(shè)置斃斷面曲率，戀以改善大壩怒施工與運(yùn)行仿過程中的應(yīng)歐力狀態(tài)，通禽常壩面倒懸豪度不宜超過腦0.3，自扎重拉應(yīng)力不答宜超過0.仰5MPa。癥拱壩施工中嘴，橫縫封拱假灌漿要求壩懶段混凝土具添有足夠的齡韻期以及控溫芽要求，不可禁避免要出現(xiàn)項(xiàng)高懸臂壩塊挑。如果壩體長縱向曲率過囑大，壩面會(huì)撈因自重產(chǎn)生礎(chǔ)較大拉應(yīng)力拿，容易在壩產(chǎn)面產(chǎn)生水平自裂縫。再直線或折線詠型拱冠梁剖誘面。上游壩昂面直線、拱損冠梁厚度和本下游壩面直賊線如圖蜂2.4蔬—磁1所示。掩圖2.4-芽1低鉛直線拱冠斥梁剖面布置材拱冠梁上游易壩面直線躍:可將拱冠襯梁上游壩面蔬擬定為一個(gè)政或多個(gè)直線立段，以兩個(gè)膚直線段為例摸，上游壩面資線方程為圣拱冠梁下游匯壩面直線敞：拱冠梁下器游壩面線可慶擬定為一個(gè)移直線段（兩棵個(gè)控制高程奔）、兩個(gè)直拴線段（三個(gè)垃控制高程）么等，兩個(gè)直姓線段下游壩這面線方程為易：蔽拱冠梁厚度嘩Tc(z)動(dòng)：根據(jù)拱冠繪梁上、下游慨壩面直線Y俘u(z)、案Yu(z)坐即可確定拱鑄冠梁厚度沿刊壩高的變化譽(yù)：竊圓弧形拱冠犯梁剖面。當(dāng)趟拱冠梁上游傷面采用圓弧喇時(shí)，只需確飾定壩頂、壩攤底和中部任反一處的壩厚歲，即可得到蟲下游面三點(diǎn)欣，并通過此收三點(diǎn)作一圓肝弧，定出下情游面。當(dāng)拱嫂冠梁上游面啦采用不同圓月心和半徑的誤兩段圓弧組純成時(shí)，可按惠設(shè)計(jì)擬定的榨β護(hù)1歐、蟲β裂2吵、料β原3壞三個(gè)參數(shù)擬膠定上游面曲陣線，如圖批2.4籍—扶2所示棒。液圖2.4-介2柱β歌1邊、碎β棟2她、綢β祝3度三個(gè)參數(shù)擬趕定壟的拱壩極上游面曲線球其中：A為困拱冠梁最上防游點(diǎn)；C為脆拱冠梁與頂茶拱上梁側(cè)交釘點(diǎn)，康β全1咽為AC水平烏投影長度與渡壩高H的比蛛值，寨β切2正為壩踵B和斯壩軸線投影術(shù)D間的水平義距離與壩厚潔Tb的比值梨。劣拱冠梁上游君由CA和A穴B兩段圓弧控組成，其圓要心均位于通史過切點(diǎn)A的炒水平面上。宏令圓弧CA兼和AB的半熊徑分別為R鬼1和R2，友則R1、R旋2可分別用垮式掀求得：祖A點(diǎn)處的壩災(zāi)厚Ta可先獅根據(jù)該點(diǎn)高屯程兩岸拱座朵巖面間的直代線距離La森按下式獻(xiàn)初步估算：島然后，將壩書厚和高程點(diǎn)圖繪關(guān)系和曲撫線，如有不悠夠平順之處賤，需適當(dāng)調(diào)學(xué)整Ta和T歡b，得出下牽游面的三點(diǎn)斃，通過此三巧點(diǎn)作一圓弧殘，即得下游康面曲線。破當(dāng)上游面采零用二次拋物僑線時(shí)，可由敗β僑1第、濃β斷2話兩個(gè)參數(shù)按焰以下栽曲線方程式擦確定其形狀輝：充壩頂C、切頃點(diǎn)A、壩底幫B三點(diǎn)處壩絞厚的估算同才上。壩厚T廉和該點(diǎn)在壩狐頂以下的高合度y的關(guān)系赤也可用太以下恢二次拋物線諒表示：備漁根據(jù)C、A剩、B三點(diǎn)壩盟厚即可確定腳三個(gè)待定系萌數(shù)立α咐1闊、謎α博2秤、或α親3踐，然后將壩世厚T與高度雷z的關(guān)系、兩上游壩面橫著坐標(biāo)y和高畏度z的關(guān)系剪相應(yīng)疊加，慮可得出下游穗壩面曲線的丘方程式。席三次多項(xiàng)式躲拱冠梁剖面皺。三次多項(xiàng)刑式定義拱冠退梁剖面包括涉擬定上游壩辰面曲線Yc哪(z)和下在游壩面曲線肅Yd(z)殖徑，懇如圖收2.4攀—菌3播所示。也圖2.4-鑒3抵三次多項(xiàng)式盤拱冠梁剖面留剖面布置況拱冠梁上游勁壩面曲線、俯拱冠梁厚度漁等參數(shù)沿高咸程的變化，旁應(yīng)使整個(gè)上擊下游壩面保衰持處處連續(xù)盲，使壩體獲唉得較好的應(yīng)據(jù)力分析。依應(yīng)拱冠梁上游鉤壩面曲線Y泰u(z)：宮拱冠梁上游嘩壩面曲線為丹三次多項(xiàng)式遞（4個(gè)控制吳高程）武將內(nèi)除跌壩頂高程（昏Z寸0膀=0.00盟）之外的其鐘余3個(gè)控制豈高程Z叢1為和Yu找i領(lǐng)(i=1,唱2,3)代壽入矛上憑式，即可求搬得各待定系肥數(shù)。鮮A點(diǎn)至壩頂槐的距離H脹0稻由下述方程曲求得：妨A點(diǎn)至壩軸側(cè)線的距離為桂壩面各點(diǎn)的戰(zhàn)倒懸度為乖一般來說，暫=(0.5偉5迷~蘿0.80)困H;榨=(0.1昆2姓~棄0.20)勞H，最大倒焰懸度若脆≦復(fù)3，若僅不能滿足要求求，則需要功重新擬定上令游壩面曲線沾。挑上游壩面曲覆線除上述方干法擬定外，宗也可以由A存點(diǎn)的位置（負(fù)）、A點(diǎn)處煉和最大倒懸淋度仔（B處）這分三點(diǎn)已知條售件來確定。支2）靠拱冠梁厚度銷：拱冠梁厚光度沿壩高的堅(jiān)變化曲線亦濫擬定為三次清多項(xiàng)式：遲式中爬——拴拱冠剖面的榴壩頂厚度；檢、銅、嚴(yán)―—墨對(duì)應(yīng)于鉗、哀、延處的壩體厚肌度；漆、桐、攪——板待定系數(shù)。摟3)孕拱冠梁下游總壩面曲線惱：通過拱冠棚梁上游壩面寒曲線愛和壩厚曲線且，按如圖碧2.4允-恢3所示的坐齒標(biāo)系即可確武定拱冠梁下濟(jì)游壩面曲線滲：照拱冠梁剖面誕確定后，任糟一高程水平壟拱圈上、下連有曲線和拱俘軸線的頂點(diǎn)餡也隨之確定赴。走顆芽確定水平拱敲圈艘拱圈線型除肚通常采用的藥單心圓拱外謝，為適應(yīng)河且谷形狀，改籃善穩(wěn)定與應(yīng)憑力狀況，也蘋可采用多心陵圓拱、橢圓尿拱、拋物線派拱、對(duì)數(shù)螺搬旋線拱等變鐘曲率拱型，鉛通常自拱冠怎向拱端曲率鉆逐漸減小，適但有時(shí)在兩箭岸壩肩穩(wěn)定伏充分可靠的剝情況下，為潤節(jié)省工程量附，也可自拱匙冠向拱端增福加曲率。列河谷狹窄、街左右岸對(duì)稱畫的壩址，單終心圓拱即可薦適用。當(dāng)河委谷不對(duì)稱以褲致單心圓拱聽不能適應(yīng)時(shí)勇，若基巖良冠好，一般可淡用雙心拱，著這種拱圈的稅左右側(cè)有不貪同的圓心軌廣跡（靠陡案托一側(cè)的拱用橫較大的曲率后），但這兩躬條圓心軌跡班線均應(yīng)位于舍拱壩基準(zhǔn)面邊上；兩岸地關(guān)形不對(duì)稱或拆地基變形或僑模量差異較丈大時(shí)，一般粥采用非圓形借變厚的二次掃曲線，在拱采圈左右半拱寬采用不同的擇曲率，以不撤對(duì)稱的布置醫(yī)求得相對(duì)合洗理的應(yīng)力分游布條件。鍬對(duì)寬河谷，爛除單心圓拱個(gè)外，還可采督用三心拱、炭橢圓拱或其必他適合的二播次曲線拱形伙，以取得更之好的結(jié)構(gòu)性裳能。真目前國內(nèi)外體拱圈線型多孟采用變厚度帆、非圓形的禽拱面剖面，裕如三心圓、押拋物線、對(duì)懷數(shù)螺旋線、抗橢圓、統(tǒng)一怨二次曲線和致混合曲線等作，以適應(yīng)不吊對(duì)稱的地形叔地質(zhì)條件。歇1.猴拱圈對(duì)基本線型塵為了確定拱癥壩體型的幾裕何形狀，首搶先需要確定柿拱冠梁剖面陡沿高程的中欄心線位置及邀相應(yīng)壩體厚敗度。拱冠梁激中心線坐標(biāo)嫩用Y姻c星(z)表示握。便拱壩坐標(biāo)系螺坐標(biāo)軸方向躁規(guī)定如圖順2.4加-任4歲所示，拱圈取中任意截面海的厚度T訴可由底下廟式斑中之一來確冶定：側(cè)氧圖2.4-忘4道拱壩基本體晉型及坐標(biāo)軸逮約定示意圖激式中贈(zèng)——派拱壩處截面樂的厚度；續(xù)——稼拱冠與拱端達(dá)處截面的厚閑度（森或牧）；尖S斯——堵所求厚度截約面處到拱冠貴的拱軸線弧術(shù)長；煉——償拱端到拱冠污的拱軸線弧秋長；拉——拾拱段處的中坑心角；垂——峽所求厚度截善面處的中心京角；脹——蛾厚度的變化量指數(shù)，通常僵取糠=2；犬上式中的第植4忍個(gè)公式通常寒為多心圓拱兇型任意截面犬厚度T的計(jì)結(jié)算公式。牧（1）拋物亭線拱壩。拱門圈拱軸線方稱程為賢式中R擾——表拋物線在拱究冠處的左拱高圈或右拱圈仗的曲率半徑服。違（澇2肥）密對(duì)數(shù)螺旋線遼拱壩。拱圈店拱軸線方程低為災(zāi)式中學(xué)鋸β——朱對(duì)數(shù)螺旋線晉的極切角；鋸——行拱冠處的極旨半徑；游、竭——戀極坐標(biāo)戲中莊的坐標(biāo)極半歌徑和極角推?？ǎū?餅）寧橢圓拱壩。伏拱圈拱軸線崇方程為烏式中農(nóng)設(shè)——阻橢圓在x軸歉的半徑；哈——測(cè)橢圓在y軸特的半徑葬。脂（彩4膠）享統(tǒng)一二次曲疲線拱壩。拱鏈圈拱軸線方飯程為戲式中碼您A奸——早線型系數(shù)；畝B排——孕與拱冠梁處袋曲率半徑倍泄數(shù)有關(guān)的參須數(shù)。留當(dāng)A=0時(shí)絞，將上幟式退化為拋萌物線形式；靠當(dāng)A=1時(shí)言，退化為圓角；當(dāng)A>0逝且A掀≠還1時(shí)，退化巾為橢圓；當(dāng)兩A<0時(shí)，晝退化為雙曲亭線。號(hào)拋物線、圓司（單心圓、阿雙心圓）、來橢圓、雙曲津線拱壩均是奶統(tǒng)一二次曲沿線拱壩的子育集。業(yè)三心圓拱壩星。三心圓拱滿壩中部等厚練圓拱相應(yīng)于歇拱冠梁是對(duì)鳴稱的，左邊最拱與右邊拱群的厚度是漸義變的。儉2.刮水平擬定拱捕通?？梢岳加霉叭χ行募?jí)線和拱厚函渡數(shù)描述水平故拱圈冤的形狀。以甚中心為自變易量的曲率半奧徑方程用于瞎描述拱圈中頑心線較簡潔谷，可較好地足概括幾種常壁用拱圈曲線瓜的型式。已河谷對(duì)稱時(shí)蹲，平面圖上秧水平拱的圓峽心位置（三欣心或多心圓遍拱時(shí)則取中雪央拱段的圓抵心）在一條拴直線上。將市圓心位置、護(hù)半徑、中心背角等高程點(diǎn)河繪成關(guān)系曲餐線。適當(dāng)?shù)耐φ{(diào)整圓心軌壺跡線，使這賊些關(guān)系曲線嚼成為光滑的穴連續(xù)曲線。結(jié)多心圓線型怖水平拱圈。宴多心圓線型撒水平拱圈采詢用中心線描真述，包括三扁心圓、五心畢圓等等厚或朱變厚的水平煙拱圈線型覽。術(shù)以三心圓拱將為例，三心絲圓線型拱圈逢左、右岸分執(zhí)別由兩段圓行弧組成，其云中中間拱段餅（簡稱中拱接）為左、右送岸共用一個(gè)算一個(gè)圓心，俗左、右兩邊霧的兩個(gè)拱段溪（簡稱邊拱攔）各用一個(gè)妙圓心，共有莫三個(gè)圓心，辱故稱為三心古圓拱。番三心圓水平棍拱的中首拱圈票弧和邊裁拱圈脖弧在交接處栽相切，中殊拱圈霸弧的圓心在盤o點(diǎn)。左岸微中岔拱圈頁弧半徑為R呢c欄L賽，半中心角修為灘α律o銳L爪,邊侄拱圈肢弧圓心為O鄰L卷，圓弧半徑芳為R偶a嚴(yán)L辱,半中心角艱為局α蕉L錄。嘴右權(quán)岸中匠拱圈椒弧半徑為R看c去R召，半中心角筆α胃oR獎(jiǎng)，且左、右夜岸中添拱圈搏弧半徑相等屯。容右憶岸邊漁拱圈犬弧的圓心為無O瓣R允，圓弧半徑攤為R橡a酸R紛，半中心角興為窩α富R關(guān)。壤各層水平拱線剖面的擬定恥首先應(yīng)根據(jù)允圓心的取值網(wǎng)選定水平拱慨圈線型。在趨地形圖上擬娘定壩軸線及裕拱端坐標(biāo)位覆置，一般拱向圈中心線左鉛、右兩段頂鋤拱切線和巖終面等高線的尖交角不小于個(gè)30啞°繭，且左、右帽兩側(cè)大致相熊近。可選擇饞擬定圓弧半遷徑R或中心監(jiān)角偏α從，根據(jù)方程疾即可求得另鍵一參數(shù)。學(xué)混合曲線水焦平拱圈。采苗用中心角為襯自變量的曲餓率半徑方程棕可以概括為濫拋物線、對(duì)妄數(shù)螺旋線、柱橢圓和統(tǒng)一爺二次曲線等傷常用的拱圈陡曲線形式。暈在拱圈的中剪心角匙處，混合曲標(biāo)線拱圈中心覆線的曲率半寬徑方程為鉆式中幼騎——傷拱冠梁處的塘拱圈曲率半甜徑；斤——為中心角，左記岸側(cè)為負(fù)，教右岸側(cè)為正野；捐、賴β瓶、k茅——盆線型參數(shù)。非對(duì)右岸側(cè)的仆拱圈，可分認(rèn)別定義不同仔的拱圈曲率避半徑方程，歲即左、右岸座側(cè)各有一組免參數(shù)，如礎(chǔ)、油、減、梁，見下表。轟α櫻、后β優(yōu)、k取不同會(huì)的值時(shí)，混尖合曲線代表鞠不同的拱圈貼曲線。嫂拱圈混合曲暖線與其他幾煌種曲線間的灣關(guān)系船拱圈線型椅值的范圍撞β盡值的范圍濾k值的范圍掛混合曲線等任意豎任意布任意位單心圓清1餅任意掛0瞧任意牽0.0蹲0竊拋物線慰0蓮1.5咸0攝橢圓線輕>0瞞1.5校0葬雙曲線彩<0距1.5凍0淺二次曲線啦任意涌