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        基于Hypermesh的水工結(jié)構(gòu)建模及運用

        2018-10-19 03:39:34王國富楊艷
        水能經(jīng)濟(jì) 2018年4期

        王國富 楊艷

        【摘要】Hypermesh軟件的使用具有明顯的優(yōu)勢,尤其是在聯(lián)合CAD軟件的使用過程中,能夠有效控制建模和銜接處理的質(zhì)量,對于解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)具有重要的作用。本文結(jié)合Hypermesh的建模方案及其使用的實例進(jìn)行了分析,旨在為水工結(jié)構(gòu)建模的安全評估提供更優(yōu)質(zhì)的方案。

        【關(guān)鍵詞】Hypermesh;水工結(jié)構(gòu);建模

        一、Hypermesh建模

        使用這一處理技術(shù)可以完成人機(jī)交互控制網(wǎng)格劃分,采用這一種可視化的操作方式具有明顯的優(yōu)勢,使用范圍廣泛。根據(jù)不同的網(wǎng)格進(jìn)行對象的劃分,網(wǎng)格生成算法可以分成基于規(guī)則形狀以及原始實體兩種算法。第一種需要人為干預(yù),第二種基本是全自動化的剖分。

        (一)基本步驟

        這一算的基本步驟要從原始資料分析,水利工程建設(shè)的原始資料是CAD平面圖,需要在CAD平面圖上完成建立水工模型的設(shè)計。其主要的步驟是:

        1.基于CAD圖紙,從中選擇各個部位的斷面,將其保存在Hypermesh中。

        2.根據(jù)不同斷面的特點進(jìn)行分析,根據(jù)其實際的位置放置于Hypermesh中,構(gòu)建一個大致的建筑輪廓,為后期的判斷做準(zhǔn)備。

        3.需要對斷面間的影響進(jìn)行分析,然后在其中添加點和線,可以提高二維網(wǎng)格的準(zhǔn)確性。

        4.根據(jù)空間尺寸,將二維網(wǎng)格制作為三維網(wǎng)格(如圖1所示),在三維網(wǎng)格的基礎(chǔ)上可以完成后續(xù)的操作。

        (二)網(wǎng)格質(zhì)量控制

        1.網(wǎng)格形狀的控制

        網(wǎng)格形狀的控制具有一定的難度,需要選擇好形狀的單元從而可以有效控制壩體應(yīng)力值收斂速度,減少單元劃分的次數(shù),有效提高計算精度。水工結(jié)構(gòu)模型中可以選擇六面體單元,主要優(yōu)勢在于具有較好的收斂性,而且成本比較低,便于進(jìn)行銜接處理。

        2.網(wǎng)格的疏密控制

        根據(jù)計算機(jī)時間以及內(nèi)存的影響分析,要求保證符合精度的要求,控制網(wǎng)格的數(shù)量,不必過分的細(xì)分網(wǎng)格。注意網(wǎng)格的劃分要疏密有致。

        3.網(wǎng)格的銜接控制

        除了網(wǎng)格質(zhì)量之外,也要根據(jù)有限元的理論進(jìn)行分析,網(wǎng)格節(jié)點之間的需要使用節(jié)點力的傳遞進(jìn)行有效銜接。等待網(wǎng)格劃分完成之后,要注意對節(jié)點進(jìn)行銜接處理。

        二、具體應(yīng)用實例分析

        (一)仿真模型

        在研究某個節(jié)制閘時,發(fā)現(xiàn)其采用了水閘和溢流壩相結(jié)合的布置形式,相對于重力壩等水工建筑物,水閘混凝土的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜,而且其中包含了很多組成部分,在網(wǎng)格劃分的過程中,首先進(jìn)行上部混凝土結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分,之后完成網(wǎng)格模型的建立。

        第一,要在CAD圖紙中選擇特征剖面,然后要注意各個剖面文件的單獨保存,之后,要注意對特征剖面進(jìn)行二維網(wǎng)格劃分,同時也要考慮到三維模型中底板和其他部位的網(wǎng)格銜接處理。第二,第二,二維網(wǎng)格的劃分需要根據(jù)CAD圖紙中每個部分的實際尺寸,然后繼續(xù)劃分為三維網(wǎng)格。之后可以不斷的簡化結(jié)構(gòu),注意水閘結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分析至關(guān)重要。第三,要考慮到閘室的結(jié)構(gòu),閘室地基是一個整體,因此地基的土層不夠平整,所以最好對閘室的結(jié)構(gòu)進(jìn)調(diào)整。

        在仿真模型建立的過程中,可以將復(fù)雜斷層網(wǎng)絡(luò)定義為AOV網(wǎng)絡(luò)模型,這一模型可以定義為:

        其中的F表示斷層網(wǎng)絡(luò)中斷層題的集合,利用AOV模型的結(jié)點表示,E表示F中元素有序?qū)Φ募希碅OV模型的邊。

        此外,對于裂隙面參數(shù)的產(chǎn)檢概率分布,可以用以下公式進(jìn)行計算。均勻分布的表達(dá)式為:

        式中x的取值范圍是(a,b),其均值與方差為和 ,一般情況下,裂隙面中心點坐標(biāo)都是均勻分布,并且相互獨立。

        (二)質(zhì)量檢查

        在質(zhì)量檢查的過程中,需要簡化水閘應(yīng)力的算法,此時可以將其當(dāng)做一個受分布荷載的簡支梁,之后進(jìn)行有限元計算,根據(jù)計算結(jié)果可知拉壓應(yīng)力分布位置與傳統(tǒng)方法定性分析結(jié)論相同,表示底板符合這一水閘的受力特點,因此說明該模型網(wǎng)格質(zhì)量較好。

        (三)有限元仿真分析

        使用有限元仿真分析的方法,可以保證計算結(jié)果更趨近現(xiàn)實情況。根據(jù)表1的匯總可以明確不同不同工況下閘室底板和邊墩制作順河向、橫河向、豎直向最大拉力應(yīng)力。

        結(jié)論:

        為了確保水工模型的可靠性,需要建設(shè)高質(zhì)量的網(wǎng)格,使用Hypermesh進(jìn)行網(wǎng)格處理,可以建立復(fù)雜且優(yōu)質(zhì)的水工模型。雖然在劃分水工模型的過程中存在明顯的差異,但是網(wǎng)格的劃分要求具有一致性。Hypermesh軟件和CAD軟件的銜接具有明顯優(yōu)勢,因此在水閘安全評估的過程中可以發(fā)揮重要的作用。

        參考文獻(xiàn):

        [1]茹世榮.水工結(jié)構(gòu)混凝土超聲波無損檢測技術(shù)應(yīng)用[J].吉林水利,2017(12):63-66.

        [2]李勝首.水電站水工金屬結(jié)構(gòu)安全檢測及評估分析[J].通訊世界,2017(23):317-318.

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