混凝土大壩溫度應(yīng)力數(shù)值仿真分析關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、混凝土溫控?cái)?shù)值仿真的影響因素眾多、機(jī)理復(fù)雜，目前，仍無(wú)法精確地模擬各種多變的因素對(duì)裂縫發(fā)生發(fā)展的影響。本文主要針對(duì)混凝土的溫度場(chǎng)應(yīng)力場(chǎng)仿真計(jì)算模型、熱濕耦合、水管冷卻問(wèn)題的并行仿真、混凝土溫度參數(shù)并行反演分析以及誘導(dǎo)縫應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算等混凝土大壩溫度應(yīng)力數(shù)值仿真的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了較為深入的研究，全文主要內(nèi)容如下： (1)在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了考慮自身溫度影響的混凝土非穩(wěn)定溫度場(chǎng)和徐變應(yīng)力場(chǎng)的計(jì)算理論；基于水分質(zhì)量守恒和能量守恒原

2、理考慮混凝土溫度場(chǎng)和濕度場(chǎng)的耦合作用，推導(dǎo)了混凝土的變系數(shù)熱濕耦合方程，并建立了相應(yīng)的計(jì)算模型；引用嚴(yán)密的水管冷卻混凝土溫度場(chǎng)的計(jì)算理論和計(jì)算模型，比較了兩種簡(jiǎn)化計(jì)算方法用于水管冷卻混凝土仿真計(jì)算的不足。 (2)為引入有限元的并行計(jì)算技術(shù)，架構(gòu)了一個(gè)微機(jī)機(jī)群并行環(huán)境，并詳細(xì)給出了計(jì)算環(huán)境配置和使用方法。分析了結(jié)構(gòu)計(jì)算有限元求解過(guò)程的并行性；介紹了分布式環(huán)境下有限元計(jì)算的并行策略。 (3)針對(duì)大型水利工程混凝土施工仿真計(jì)算

3、對(duì)計(jì)算規(guī)模和計(jì)算精度越來(lái)越高的要求，以及計(jì)算實(shí)時(shí)性的需要，在分布式環(huán)境下實(shí)現(xiàn)了水管冷卻混凝土溫度場(chǎng)和徐變應(yīng)力場(chǎng)的并行仿真計(jì)算，并率先應(yīng)用該技術(shù)對(duì)某實(shí)際拱壩工程實(shí)現(xiàn)了整體三維并行仿真計(jì)算。 (4)在溫度仿真計(jì)算參數(shù)反分析的遺傳算法的基礎(chǔ)上，提出了改進(jìn)遺傳算法，函數(shù)測(cè)試結(jié)果表明，改進(jìn)措施可以有效地解決算法局部搜索能力低及早熟收斂的問(wèn)題；并針對(duì)分布式并行環(huán)境給出了一種粗粒度的并行化方法，函數(shù)測(cè)試結(jié)果表明該方法具有很高的并行效率和加速比

4、，適合應(yīng)用于大規(guī)模仿真計(jì)算的反問(wèn)題求解。 (5)介紹了應(yīng)力強(qiáng)度因子的三類求解方法，對(duì)有限元數(shù)值計(jì)算中的影響因素做了分析；論述了斷裂現(xiàn)象的分形特性，分析了混凝土誘導(dǎo)縫應(yīng)力強(qiáng)度因子和分形維數(shù)的關(guān)系；推導(dǎo)了平面狀態(tài)下混凝土誘導(dǎo)縫裂縫尖端應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)的分形計(jì)算表達(dá)式，并在此基礎(chǔ)上建立了Ⅰ型分形裂紋尖端處的應(yīng)力強(qiáng)度因子的分形模型；給出了計(jì)算應(yīng)力強(qiáng)度因子分形維數(shù)的方法；對(duì)二維平面分維問(wèn)題，提出了并行化計(jì)算辦法；針對(duì)通過(guò)正法不易求解的事實(shí)，