混凝土大壩溫度應力數(shù)值仿真分析關鍵技術研究.pdf

1、混凝土溫控數(shù)值仿真的影響因素眾多、機理復雜，目前，仍無法精確地模擬各種多變的因素對裂縫發(fā)生發(fā)展的影響。本文主要針對混凝土的溫度場應力場仿真計算模型、熱濕耦合、水管冷卻問題的并行仿真、混凝土溫度參數(shù)并行反演分析以及誘導縫應力強度因子計算等混凝土大壩溫度應力數(shù)值仿真的關鍵技術進行了較為深入的研究，全文主要內容如下： (1)在現(xiàn)有研究基礎上，推導了考慮自身溫度影響的混凝土非穩(wěn)定溫度場和徐變應力場的計算理論；基于水分質量守恒和能量守恒原

2、理考慮混凝土溫度場和濕度場的耦合作用，推導了混凝土的變系數(shù)熱濕耦合方程，并建立了相應的計算模型；引用嚴密的水管冷卻混凝土溫度場的計算理論和計算模型，比較了兩種簡化計算方法用于水管冷卻混凝土仿真計算的不足。 (2)為引入有限元的并行計算技術，架構了一個微機機群并行環(huán)境，并詳細給出了計算環(huán)境配置和使用方法。分析了結構計算有限元求解過程的并行性；介紹了分布式環(huán)境下有限元計算的并行策略。 (3)針對大型水利工程混凝土施工仿真計算

3、對計算規(guī)模和計算精度越來越高的要求，以及計算實時性的需要，在分布式環(huán)境下實現(xiàn)了水管冷卻混凝土溫度場和徐變應力場的并行仿真計算，并率先應用該技術對某實際拱壩工程實現(xiàn)了整體三維并行仿真計算。 (4)在溫度仿真計算參數(shù)反分析的遺傳算法的基礎上，提出了改進遺傳算法，函數(shù)測試結果表明，改進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題；并針對分布式并行環(huán)境給出了一種粗粒度的并行化方法，函數(shù)測試結果表明該方法具有很高的并行效率和加速比

4、，適合應用于大規(guī)模仿真計算的反問題求解。 (5)介紹了應力強度因子的三類求解方法，對有限元數(shù)值計算中的影響因素做了分析；論述了斷裂現(xiàn)象的分形特性，分析了混凝土誘導縫應力強度因子和分形維數(shù)的關系；推導了平面狀態(tài)下混凝土誘導縫裂縫尖端應力場和位移場的分形計算表達式，并在此基礎上建立了Ⅰ型分形裂紋尖端處的應力強度因子的分形模型；給出了計算應力強度因子分形維數(shù)的方法；對二維平面分維問題，提出了并行化計算辦法；針對通過正法不易求解的事實，