基于有限元方法的船闸结构仿真分析及可靠度研究

论文摘要

水运工程中船闸结构中存在一些不确定的因素,在船闸结构的设计中通常采用安全系数法处理这些不确定性。安全系数法在理论上存在一些缺陷,其结果无法完整清晰地评价工程安全度,经常会造成工程设计的较大风险或设计上的浪费。而基于有限元方法的可靠度设计计算方法可以弥补安全系数法的诸多不足,得出更多合理的安全性评价指标。因而在船闸水工建筑物结构设计中随机有限元方法的应用研究具有重要的理论与实际意义。本文采用随机-模糊的方法对长沙综合枢纽工程船闸地质参数进行分析,在此基础上采用ANSYS软件对结构进行数值分析,对船闸结构进行有限元分析以及基于结构随机有限元的可靠度分析,本文的主要内容如下:（1）总结了可靠度理论、岩土工程参数随机场及随机有限元等相关理论的研究现状,重点阐述了随机有限元方法的研究内容和国内外学者在这一领域的研究进展。介绍了船闸主体结构和船闸结构与周围介质的相互作用问题。（2）对长沙综合枢纽工程的地质条件进行了介绍,总结了岩土地质参数的处理方法;本文采用随机-模糊方法对船闸的地质参数进行分析。随机-模糊方法科学合理,在实践中能够较好的处理船闸地基岩土参数。（3）运用结构有限元分析方法对船闸进行施工仿真计算,并考虑施工过程中温度应力,绘制的应力配筋图能够较好的为设计提供参考。（4）借助有限元软件ANSYS,将有限元法与蒙特卡罗法相结合,在计算机上实现随机有限元方法分析结构的可靠度,得到结构可靠度参数。通过船闸结构的可靠度分析,表明基于概率统计的有限元方法可方便地进行船闸结构可靠度分析,明显提高可靠度分析的精度与效率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 国内外的研究现状
• 1.2.1 可靠度理论的研究现状
• 1.2.2 岩土参数随机场研究现状
• 1.2.3 随机有限元发展现状
• 1.2.4 船闸结构研究现状
• 1.3 研究的主要内容
• 第二章 枢纽工程地质参数统计分析
• 2.1 长沙综合枢纽工程概况
• 2.2 枢纽工程地质条件
• 2.2.1 坝址工程地质条件
• 2.2.2 工程岩体风化特征和岩体力学特性
• 2.3 船闸地基的物理力学参数
• 2.3.1 船闸地基物理力学参数
• 2.3.2 物理力学参数的特点
• 2.4 岩石力学参数分析方法
• 2.5 枢纽工程地质力学参数分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 船闸闸室结构仿真分析
• 3.1 ANAYS 有限元软件
• 3.2 船闸结构有限元模型的建立
• 3.2.1 几何模型建立
• 3.2.2 模型边界条件
• 3.2.3 结构地基接触模拟
• 3.3 计算结果分析
• 3.3.1 底板恒载应力计算分析
• 3.3.2 底板控制应力
• 3.3.3 局部应力分析
• 3.3.4 计算结果位移分析
• 3.3.5 地基反力分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 船闸闸室结构可靠性分析
• 4.1 随机有限元分析方法
• 4.2 蒙特卡洛法及其在ANSYS 中的实现
• 4.2.1 蒙特卡罗方法基本原理
• 4.2.2 蒙特卡罗抽样方法
• 4.2.3 ANSYS 中可靠性分析过程
• 4.3 坞式闸室结构可靠度分析
• 4.3.1 船闸结构可靠度分析随机变量的确定
• 4.3.2 船闸可靠性分析
• 4.3.3 船闸结构可靠性计算结果分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读学位期间发表论文目录
• 附录 B 攻读学位期间从事科研项目目录
• 附录 C ANSYS-APDL 参数化编程
• 详细摘要