针对水工结构有限元分析中存在的网格剖分困难、计算精度不易控制、成果整理工作量大等问题,采用笔者前期提出的独立覆盖流形法,发展了一系列新的分析技术:基于任意形状、任意连接和任意加密的覆盖网格,在保持结构精确几何外形的条件下进行网格自动剖分,结合计算精度控制和成果自动整理,尝试了无需人工参与的自动计算,并为水工结构工程设计与工程分析的融合打下基础;采用解析解与数值解的联合计算方式,提出了坝踵、裂缝尖端等应力奇异区的求解新思路;基于独立覆盖的梁板壳分析,为精确几何的拱坝分析与体形优化、水工薄壁结构分析开辟了新的路径。将来可在模拟水工结构施工、运行过程及考虑多种非线性的仿真分析中实现自动计算,并借助新方法提供稳定可靠的数值分析成果,以实现水工结构分析的标准化、规范化和自动化。
Abstract
Several new analysis techniques are developed using Manifold Method based on independent covers presented previously by the author to tackle the difficulties of FEM analysis for hydraulic structures in mesh generation, precision control, and heavy workload of result analysis. Such techniques include, first of all, automatic mesh generation on the premise of keeping exact geometric boundaries of the structures based on cover meshes with arbitrary shapes, arbitrary connections and arbitrary refinements. Simultaneously through the integration of precision control and automatic result output, computations without artificial participation are expected to lay foundation for the fusion of engineering design and engineering analysis for hydraulic structures. Furthermore, a new method is proposed for calculating the stress singularity zones such as dam heels and crack tips by combining analytical solutions and numerical solutions. In addition, analysis of beams, plates and shells based on independent covers opens up a new approach for structural analysis and shape optimization of arc dams with precise geometry, and also for the analysis of thin-walled hydraulic structures. In the future, automatic computations will be achieved in the simulation analysis considering construction and operation procedures and multiple nonlinearities. These new techniques are expected to provide reliable numerical analysis results for hydraulic structures.
关键词
水工结构 /
独立覆盖流形法 /
自动网格剖分 /
应力奇异区 /
拱坝分析与体形优化 /
仿真分析
Key words
analysis of hydraulic structures /
numerical manifold method based on independent covers /
automatic mesh generation /
stress singularity zone /
analysis and shape optimization of arc dam /
simulation analysis
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基金
中央级公益性科研院基本科研业务费项目(CKSF2017052/CL, CKSF2016266/CL, CKSF2016022/CL, CKSF2015033/CL, CKSF2014054/CL, CKSF2013031/CL, CKSF2012011/CL)
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