[发明专利]一种重力坝转折坝段有限元模型的快速建模方法

说明书

本发明公开了一种重力坝转折坝段有限元模型的快速建模方法。首先，根据重力坝设计图纸构建转折坝段的典型剖面，并剖分出二维平面网格，沿横河向分别平推坝体网格和基岩网格，得到转折坝段的准三维网格模型，其次，将坝段一侧节点连同基础节点，进行旋转和平移，得到坝段的转折部分，再次，根据设计图纸，计算坝段中面节点投影后的横河向坐标范围，通过线性插值对中面节点进行投影，得到坝段的投影部分，最后，沿横河向对网格做进一步剖分。本发明降低了重力坝转折坝段的建模难度，能够有效控制网格规模，在保证模型精度的前提下实现快速建模。

技术领域

本发明涉及一种重力坝转折坝段有限元模型的快速建模方法，属于水利水电工程领域。

背景技术

在重力坝的体型设计中，为了适应河谷形状和建基面的地形条件，有时会布置转折坝段，用于连接大坝的挡水坝段和进水口坝段，相关文献显示，龙滩水电站(陈灯红,彭刚,周丽娜,等.龙滩水电站左岸拐弯坝段动力结构分析研究[J].中国农村水利水电,2007(8):111-116.)、丹江口水电站(汪迎春,朱进刚,张光林,等.丹江口水库右岸转弯坝段反向变形现象分析[J].东北水利水电,2006,24(1):31-32.)、黄登水电站(高登山,李先高,王俊峰.采用三维实体在黄登大坝混凝土计量中的应用[J].云南水力发电,2017,33(5):128-131.)等都采用了类似的布置方案。

相较于常规的挡水、泄水坝段，转折坝段的体型变化较大，受力情况复杂，形状不规则，通常上游面窄而下游面宽，对施工期温控防裂、运行期静动力分析等均会造成不利影响，这一问题在高海拔高寒等气候恶劣地区和高地震烈度地区尤为显著。因此，充分重视转折坝段在施工、初蓄和运行期的温度、变形和应力的时空分布和演化情况，利用有限元等分析工具，通过全坝全过程仿真，针对性的开展温控防裂分析、静动力分析等，个性化制定温控方案和调控措施具有重要工程意义。

构建转折坝段的有限元模型是开展仿真分析的前提条件，现有技术是采用Ansys、HyperMesh等通用建模软件，先根据设计图纸构建出重力坝各坝段的几何实体模型，然后根据有限元剖分规则，进行实体切分和网格剖分。常规坝段的体型较为规整，几何实体构建、切分和网格剖分较易实现，但对于转折坝段而言，应用现有技术时，必须先通过布尔运算等操作，构建出含有转折部分和投影部分的几何实体模型，然后再进行实体切分和网格剖分，含有转折部分和投影部分的转折坝段属于异型结构，实体切分和网格剖分过程往往十分繁琐，且无法有效控制网格规模，导致建模耗时长，模型网格规模大，影响分析效率。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种重力坝转折坝段有限元模型的快速建模方法。直接从单元入手，通过一次节点旋转和一次节点投影即可完成转折坝段模型构建。

本发明的技术方案：一种重力坝转折坝段有限元模型的快速建模方法，首先，根据重力坝设计图纸构建转折坝段的典型剖面，并剖分出二维平面网格，沿横河向分别平推坝体网格和基岩网格，得到转折坝段的准三维网格模型，其次，将坝段一侧节点连同基础节点，进行旋转和平移，得到坝段的转折部分，再次，根据设计图纸，计算坝段中面节点投影后的横河向坐标范围，通过线性插值对中面节点进行投影，得到坝段的投影部分，最后，沿横河向对网格做进一步剖分。

前述的重力坝转折坝段有限元模型的快速建模方法中，具体包括以下步骤：

S1.基于重力坝结构设计图纸，构建转折坝段的典型剖面，并对该剖面进行网格剖分，得到转折坝段典型剖面的二维平面网格，对坝体混凝土和基岩给定不同的材料分区；

S2.根据转折坝段的布置方案，将S1中生成的二维平面网格沿横河向平推，其中坝体网格平推2次，基础网格平推4次，得到转折坝段的准三维模型；

S3.对S2中的准三维模型进行旋转和平移，得到转折坝段的转弯部分；

S4.根据转折坝段的布置方案，确定坝段中面节点投影后的横河向坐标范围，按照线性插值对中面节点进行投影，得到坝段的投影部分；