ANSYS水坝分析

《弹性力学有限元》上机作业一、一带孔条形板形状、尺寸如图所示，l=300mm，w=200mm，r=20mm，h=30mm，t=5mm，板两端受均布拉力作用，q=100MPa。

已知材料的弹性模量和泊松比分别为E=210GPa，μ=0.3，求板有孔截面上的理论应力集中系数k。

报告要求：1．简述建模过程；2．画出应力分布规律图；3．求出应力集中系数；4．思考：变形最大的地方是不是应力也最大？提示：1．平面应力问题，取1/4结构进行建模，采用N、mm、MPa单位制。

2．创建矩形：（0，0）（150，100），Main Menu-Preprocessor-Modeling-Create-Areas-Rectangle-3．创建矩形：（0，0）（20，30）4．创建直角扇形：（0，30）（R=0-20，θ=0-90°）-Modeling-Create-Areas-Circle-Partial Annulus5．从大矩形减法小矩形和扇形：Main Menu-Preprocessor-Operate-Booleans-Subtract6. 创建单元类型：-Preprocessor-Element Type-Add/Edit/Delete-Solid-Plane42\82\182\183, Option-Plane Stress with thickness input7. 建立实常数：-Preprocessor-Real constant- Add/Edit/Delete-给单元厚度5mm8. 定义材料模型及其属性：-Preprocessor-Material- Material Models-左窗口Material Model Number 1, 右窗口Structural-Linear-Elastic-Isotropic给出弹性模量和泊松比及密度。

9. 网格剖分：Main Menu-Preprocessor-Meshing Tools-, 注意随时保存模型。

水坝设计中的坝体稳定性分析在水坝设计中，坝体稳定性是一个至关重要的问题。

坝体稳定性不仅关系到水坝的安全性，更直接影响到水坝的使用寿命和工程效益。

因此，在水坝设计的过程中，对坝体稳定性进行全面的分析和评估是非常必要的。

一、坝体稳定性分析的基本概念坝体稳定性是指水坝在承受地下水和坝体自重、渗流压力以及外部荷载的作用下，坝体不发生破坏或发生破坏的概率很小的状态。

坝体稳定性分析是通过对水坝各种受力情况的计算和模拟，来评估水坝的整体稳定性并提出相应的改进措施。

二、坝体稳定性分析的主要内容1. 静力分析：静力分析是水坝设计中的基础，通过对水坝受力情况的计算和分析，确定坝体的受力状态，包括重力坝、拱坝、重力-拱坝等不同类型水坝。

2. 渗流分析：水坝周围地下水和坝体内部水流的渗透对坝体稳定性有重要影响，渗流分析主要是通过数值模拟和实际监测，评估水坝渗流对坝体稳定性的影响。

3. 抗震分析：地震是水坝面临的重要自然灾害之一，抗震分析是评估水坝在地震作用下的稳定性，确定水坝的抗震性能和安全储备。

4. 滑动稳定性分析：水坝坝基和坝体之间的滑动是水坝稳定性的一个重要指标，滑动稳定性分析通过对地基土层性质和坝体结构的计算、模拟，评估水坝的滑动稳定性。

5. 破坏机理分析：水坝破坏的机理是水坝稳定性分析的关键，通过对水坝破坏机理的模拟和分析，可以进一步提高水坝的稳定性。

三、坝体稳定性分析的方法与工具1.数值计算方法：数值计算方法是目前水坝设计中常用的分析方法，包括有限元法、有限差分法等，通过计算机模拟水坝的受力情况和破坏机理，评估水坝的稳定性。

2. 监测与实测方法：监测与实测是对水坝真实受力情况的监测和检测，通过现场数据的采集与分析，可以验证水坝设计和分析的准确性，提高水坝的安全性。

3. 专业软件辅助：如Plaxis、Autocad等专业软件可以提供水坝设计中各种受力情况的模拟和计算，辅助设计师进行坝体稳定性分析与评估。

四、水坝设计中的坝体稳定性评估在水坝设计中，坝体稳定性评估是一个重要的环节，通过对水坝各种受力情况的分析和评估，可以及时发现水坝存在的安全隐患，采取相应的措施加以改善，确保水坝的安全性和稳定性。

ansys_aqwa简介AQWA基本理论基本假设：–三维势流理论–理想流体，⽆旋，⽆粘性，不可压缩速度势能控制⽅程，拉普拉斯⽅程体边界条件：不渗透的条件，即结构速度和流体速度在法向上速度⼀样。

AQWA是⼀套集成模块，主要⽤于满⾜各种结构流体动⼒学特性评估相关分析需求，包括从桅、桁到EPSOs，从停泊系统到救⽣系统，从TLPs到半潜⽔系统，从渔船到⼤型船舶以及结构交互作⽤。

模块覆盖流体分析的全部范围，包含衍射/辐射（包括浅⽔效应）－AQWA-LINE；具有随机波的频域－AQWA-FER；具有随机波包括慢漂流的时域AQWA-DRIFT；具有宽⼤波的⾮线性时域－AQ WA-NAUT；包括停泊线的静动稳定性－AQWA-LIBRIUM。

时域和频域模块还包括耦合缆索动⼒学。

最后所有的模块集成于强⼤的前后处理器AQWA－图形超级⽤户界⾯。

AQWA能够处理多达50个互联的结构，且能够考虑和流体的交互作⽤。

AQWA还可以作为浮动结构的完整流体和结构分析系统－AQWA-OFFSHORE，它结合了AQWA 和ASAS并有⽹格划分和结果显⽰功能。

重要特征·完全的集成系统·丰富的流体交互作⽤·多达50个互联的结构·AQWA 超级图形⽤户界⾯·灵活的建模功能·耦合缆索动⼒学·能够集成软件以施加外部载荷·超过20年的⽤户适⽤证明和验证·直接将结果传输到ASAS集成系统AQWA是⼀个由衍射/辐射(AQWA-LINE)），包含停泊线的初始静动稳定性(AQWA-LIBRIUM) ，具有不规则波的频域(AQWA-FER) ，具有随机波包含慢漂流的时域（AQWA-DRIFT），具有不规则波的⾮线性时域（AQWA-NAUT）等模块构成的完整集成系统。

这些模块被封装在强⼤的AQWA图形⽤户界⾯。

另外⼀个可选择的集成模块－耦合缆索动⼒学是实⽤的频域和时域模块，也具有强⼤的AQWA图形⽤户界⾯。

重力坝廊道周边应力有限元分析孙建生;侯爱民【摘要】结合清峪水库重力坝工程设计廊道配筋研究课题,采用ANSYS有限元软件,建立考虑地基变形影响的坝体廊道平面有限元分析模型.通过计算分析,获得了廊道周边应力分布特性和基岩弹性模量对坝基灌浆廊道最大拉应力的影响规律.对比有限元与无限域中标准廊道的计算成果,得到了标准廊道计算成果的适用条件及其拉应力、拉应力合力随基岩坝体弹模比的关系曲线.%Combining with the design of Qingyu Gravity Dam and the research on gallery reinforcement, a 2-D finite elementmodel of dam galleries is build based on ANSYS and after considering the deformation of bedrock. The stress distributionsaround the galleries and the influence of rock elastic modulus on grouting gallery maximum tensile stress are paring the FEM results with the calculations of standard gallery in infinite plane, the limits on applying standard gallerymethod and the correction curves of tensile stress and force with the ratio of bedrock and dam body modulus are also givenherein.【期刊名称】《水力发电》【年(卷),期】2011(037)009【总页数】4页(P49-52)【关键词】重力坝;廊道;应力集中;有限元分析;清峪水库【作者】孙建生;侯爱民【作者单位】太原理工大学,山西太原 030024;太原理工大学,山西太原 030024【正文语种】中文【中图分类】TV642;TV314(225)重力坝是水利蓄水枢纽工程中广泛采用的坝型。

第17章 流体动力学分析 计算流体动力学分析（机进行数值计算，模拟流体流动时的各种相关物理现象，包括流动、热传导、声场等。

计算流体动力学分析广泛应用于航空航天器设计、★ 掌握流体动力学分析的基础理论。

17.1 流体动力学基础对于所有流动，都需要求解质量和动量守恒方程。

对于包含传热或可压性流动，还需要增加能量守恒方程。

如果是湍流问题，还要选择求解相应的湍流模型。

17.1.1 质量守恒方程适合可压和不可压流动的质量守恒形式为：m i iS u x t =∂∂+∂∂)(ρρ 式中：ρ为密度，t 为时间，i u 为速度张量，i x 为坐标张量。

等式左边第1项是密度变化率，当求解不可压缩流动时该项为零；第2项是质量流密度的散度；右边的源项m S 是稀疏相增加到连续相中的质量，如液体蒸发变成气体或者质量源项，在单相流中，该源项为零。

17.1.2 动量守恒方程在惯性坐标系下，i 方向的动量守恒方程为：第17章 流体动力学分析i i jij i j i j i F g x x p u u x u t ++∂∂+∂∂−=∂∂+∂∂ρτρρ)()( 式中：ρ为密度；t 为时间；i u 、j u 为速度张量；i x 、j x 为坐标张量；i g ρ为重力体积力；p 是静压；i F 是重力体积力和其他体积力（如源于两相之间的作用），i F 还可以包括其他模型源项或者自定义的源项；ij τ是应力张量，定义为：ijl l i j j i ij x u x u x u δμμτ∂∂−⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂+∂∂=32 式中：μ为流体粘性系数。

通过求解能量方程，可以计算流体和固体区域之间的传热问题。

能量守恒方程形式如下： h eff ij j j j j i eff i i i S u J h x T k x p E u x E t ++−∂∂∂∂=+∂∂+∂∂∑′′′)(())(()(τρρ 式中：T 为温度；k k k t eff +=，为有效导热系数（湍流导热系数根据湍流模型来定义）；j J ′是组分j ′的扩散通量。

例析粘土心墙堆石坝设计1. 工程概况老挝南涧河水电站位于老挝共和国XIENG KHOUANG省南椰河上游左侧支流南涧河上，距离省会PHONSAVAN市66km。

电站采用引水式开发，电站毛水头约600m，是一座以发电为主的水电枢纽。

主要枢纽建筑物有南库挡水坝、南库溢洪道、北库泄洪冲砂闸坝、南北库连通洞、发电引水系统、电站厂房及开关站等。

南坝与北坝间设连通洞，南涧河水流经连通洞流入南库，供机组发电。

南库正常蓄水位1060.00m，相应南库库容0.201亿m3，校核洪水位（P=0.02%）为1062.63m，相应库容为0.233亿m3，死水位1040.00m，最大坝高95.00m，水电站装机容量为104MW。

坝址地震水平峰值加速度值为0.108g。

2. 坝址区地形地质条件坝址河流较顺直，坝线上游河床较平缓，下游河流落差较大。

左岸山体雄厚，地形坡度30°～40°；右岸山体单薄，地形坡度约35°。

坝址河谷横断面呈比较对称的“V”字形。

河床内分布漂卵石层厚度1m～2m，右岸河漫滩漂卵石层厚3m～4m。

河床两侧出露弱风化花岗岩，呈次块状为主，岩体较完整。

由河床往两岸方向，随着高程升高，花岗岩全～强风化带逐渐变厚。

坝基范围无较大规模断层通过。

坝基岩体裂隙较发育，裂隙走向与岸坡走向小角度相交，两岸卸荷裂隙发育深度与弱风化底界相当，属于常规浅表弱卸荷。

坝基全风化花岗岩呈密实砂土状，渗透系数为4.1×10-4cm/s，属中等透水。

两岸残坡积含砾砂质粘土及全风化岩体总厚度8m～35m。

存在绕坝渗漏和坝基渗漏问题，渗漏形式为网络状裂隙渗漏。

3. 大坝结构设计大坝顶高程1065.80m，防浪墙顶高程1067.00m，最大坝高95.00m，坝顶宽度10m，坝顶轴线长度294.50m。

为满足施工坝料运输要求，上游坝坡设两道“之”字形上坝公路，下游坝坡设四道“之”字形上坝公路，公路宽8.0m，上坝公路纵向坡比为10%。

PIPE59单元描述pipe59单元是一种可承受拉、压、弯作用,并且能够模拟海洋波浪和水流的单轴单元。

单元的每个节点有三六个自由度，即沿x，y，z方向的线位移及绕X，Y，Z轴的角位移。

除了本单元的单元力包括水动力和浮力效应，单元质量包括附连水质量和内部水质量，其余与单元pipe16相似。

pipe59还可以模拟缆索单元，和link8相似。

这个单元还适合刚度硬化和非线性大应变问题。

关于本单元更详细的介绍请参阅《ansys理论手册》。

pipe59输入数据上图给出了单元的几何图形、节点位置及坐标系统。

本单元输入数据包括：两个节点，管外径，壁厚以及一些荷载和惯性信息；各向同性材料属性；外部附着物（包括冰荷载和生物附着物）；材料粘滞系数用来计算外部流体的雷诺系数。

单元的x轴方向为i节点指向j节点，y轴方向按平行x－y平面自动计算，其他方向如上图所示。

对于单元平行与z轴的情况（或者斜度在0.01％以内），单元的y轴的方向平行与整体坐标的y轴（如图）。

被认为为0度的单元的外部环境输入或输出沿y轴分布，就和90度的单元的外部环境输入或输出沿z轴分布类似。

KEYOPT(1)用来消除抗弯刚度将管单元转换为缆索单元，如果构件存在扭转，就可以用KEYOPT(1)=2来解决。

KEYOPT(2)可以定义质量矩阵是团聚质量矩阵还是一致质量矩阵（扭转自由度被消去，详见《ansys理论手册》），可用于长柔结构，常用来分析带扭转的缆索结构。

对于海浪，海流和水密度通过watermotiontable输入，与watermotiontable 相关的数据及解释详见Table 59.2: "PIPE59 Water Motion Table".如果不输入，就不会考虑水的作用。

注意：虽然文章中用“水”的不同性质，事实上还可用于其他液体性质描述，不同的曳力系数和温度数据也可以通过此表输入。

单元数据输入参数汇总见"PIPE59 Input Summary".,单元数据输入具体描述见Element Input.pipe59输入参数汇总节点：I,J自由度：UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZ如果KEYOPT(1)≠1或UX,UY,UZ如果KEYOPT(1)=1实常数：DO,TWALL,CD,CM,DENSO,FSO,CENMPL,CI,CB,CT,ISTR,DETKIN这些实常数的含义见“pipe59实常数表”材料属性：EX,ALPX,DENS,GXY,DAMP表面荷载：1-PINT,2-PX,3-PY,4-PZ,5-POUT体荷载：温度作用沿法向TOUT(I),TIN(I),TOUT(J),TIN(J)如果KEYOPT(3)=0沿径向TAVG(I),T90(I),T180(I),TAVG(J),T90(J),T180(J)如果KEYOPT(3)=1特性：应力强化大变形单元生死单元选项KEYOPT(1)单元类型:0--管单元1--索单元2--带拉伸，扭转的管单元KEYOPT(2)荷载，质量矩阵:0--一致荷载，质量矩阵1--团聚荷载，质量矩阵KEYOPT(3)温度:0--壁厚方向KEYOPT(6)构件力和弯矩的输出:0――不输出1――输出单元坐标系下的构件的力与弯矩KEYOPT(7)单元输出:0--基本输出1--附加水力积分点输出KEYOPT(9)PX,PY,andPZ横向压力:0--只有法向1--全部(法向，切向)Table59.1PIPE59实常数外部附着物密度(ρi).pipe59的输出数据单元的求解结果总体为以下两部分：●节点位移含全部节点解；●单元解，细则见“pipe59单元输出数据一览表”一些输出项目如图Figure 59.4: "PIPE59 Stress Output".所示，注意：如果为索单元（KEYOPT(1)=1），输出内容减少。