基于ANSYS的雙曲拱壩體形優(yōu)化設(shè)計(jì)研究.pdf

1、水能作為一種清潔能源，不僅環(huán)保，還具有可再生性，其開發(fā)利用具有重要意義。水能的開發(fā)離不開大壩的建設(shè)，而拱壩就是其中一種很重要的壩型，以結(jié)構(gòu)合理、體形優(yōu)美而著稱。近年來，拱壩受到廣大大壩設(shè)計(jì)者們的重視，其應(yīng)用越來越廣泛。
　　拱壩的體形關(guān)系到壩體的安全、造價(jià)和施工等方面，對(duì)其有重要的影響。在給定地形、地質(zhì)及荷載組合的條件下，對(duì)拱壩進(jìn)行體形優(yōu)化設(shè)計(jì)，尋找最經(jīng)濟(jì)合理的體形，具有很現(xiàn)實(shí)的工程意義。我國(guó)是地震多發(fā)地區(qū)，考慮地震對(duì)大壩可能帶來

2、的災(zāi)難性后果，所以對(duì)大壩進(jìn)行抗震驗(yàn)算是十分必要的。
　　本文基于有限單元法和ANSYS軟件，對(duì)拋物線型雙曲拱壩進(jìn)行了靜力分析，得到了拱壩在靜力荷載下應(yīng)力和位移的分布情況。然后本文以壩體體積和大壩應(yīng)力為目標(biāo)函數(shù)，分別采用ANSYS有限元自帶的零階優(yōu)化和一階優(yōu)化方法實(shí)現(xiàn)拱壩的體形優(yōu)化。本文通過參數(shù)化設(shè)計(jì)語言APDL，編制ANSYS命令流文件，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)讀入?yún)?shù)、自動(dòng)建立模型和自動(dòng)執(zhí)行最優(yōu)化分析等操作過程，使得在以往設(shè)計(jì)過程中由于不斷重

3、復(fù)操作而消耗的時(shí)間大大減少，操作過程簡(jiǎn)便快捷。
　　最后，考慮地震對(duì)大壩可能造成的破壞，對(duì)優(yōu)化后的拱壩進(jìn)行抗震驗(yàn)算。采用ANSYS結(jié)構(gòu)分析軟件，同樣通過APDL編制相應(yīng)的命令流文件，求出結(jié)構(gòu)的自震特性和水平地震作用下的動(dòng)力反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了拱壩的抗震性能分析。
　　本文通過工程實(shí)例，證明了利用ANSYS自帶的零階優(yōu)化和一階優(yōu)化方法進(jìn)行拱壩體形優(yōu)化設(shè)計(jì)是可行且合理的。同時(shí)利用ANSYS有限元實(shí)現(xiàn)了拱壩的抗震性能分析。事實(shí)證明，該程序