水电站充水保压蜗壳仿真分析的影响因素

基于接触非线性理论,考虑钢蜗壳与外围混凝土的接触滑移,采用仿真算法对充水保压蜗壳进行了三维仿真分析和平面轴对称仿真分析．研究了机墩和设备质量及平面轴对称简化模型对蜗壳打压后的变形、蜗壳与混凝土的间隙及其应力的影响．计算结果表明：机墩及设备质量对钢蜗壳的应力影响较小,但对钢蜗壳号外围混凝土的间隙和外围混凝土的应力影响较大,三维仿真模型应该考虑机墩及设备的质量;平面轴对称仿真模型虽未考虑闷头在仿真分析中的作用,但能反映钢蜗壳和外围混凝土的变形特征与受力特性,可以在初步设计时采用．     

水电站钢蜗壳与外围混凝土联合承载结构的受力特性研究

应用空间有限元法,对龙羊峡水电站、岩滩水电站研究了钢蜗亮与外围混凝土联合承载结构的应力及变形分布规律,并重点对钢蜗壳与外围混凝土之间的内水压力荷载分配规律进行了探讨。     

水电站充水保压蜗壳结构非线性仿真分析

以ABAQUS有限元软件为平台,考虑水电站蜗壳充水保压浇筑外围混凝土、卸载形成间隙和再充水运行的全过程,建立仿真计算模型,研究保压蜗壳钢衬和外围混凝土部分联合承载的机理和混凝土结构损伤发生发展的规律.以某大型水电站充水保压蜗壳结构为实例,进行了三维非线性仿真分析,并与传统简化模型的计算结果进行比较,通过两模型间主要差异存在原因的探讨,得出了钢衬与混凝土间间隙不均匀性和间隙过早闭合是混凝土结构受力偏大和损伤程度发展的不利因素的结论.研究认为,仿真模型能够更真实地模拟保压蜗壳结构的受力与工作状态,可以为蜗壳结构优化设计和钢筋有效配置提供更为可靠的分析方法.     

充水保压蜗壳结构保压值优化研究

以有限元软件Abaqus为分析平台,对某抽水蓄能电站充水保压蜗壳结构,建立了三维有限元模型,分析其在不同保压值下的钢衬应力、外围混凝土应力、钢蜗壳与混凝土之间的缝隙值、混凝土承载比及其损伤方面的情况.结果表明:选用较高的保压水头可有效降低外围混凝土的承载比,混凝土损伤带明显减小,钢衬的材料性能也得到了充分发挥.但是当保压值过高时,蜗壳与混凝土则处于脱开状态,考虑到蜗壳自振的特性,过高保压值对机组稳定性不利.通过5种保压值方案的比较,选取保压值为5.73MPa,即最大静水头的0.8倍较为合理,结论可为类似工程设计提供参考.     

水电站直埋蜗壳结构受力特性与承载力

基于损伤理论,采用ABAQUS程序对某大型水电站直埋蜗壳方案进行非线性有限元计算,实现了蜗壳加载过程及超载的数值仿真,研究了此新型结构在内水压力上升的过程中钢蜗壳和钢筋应力、混凝土开裂区和机墩上抬位移的变化规律以及结构的超载能力．结果表明：当荷载达到0．5倍的设计内水压力时,蜗壳外围混凝土将进入开裂阶段,钢蜗壳和钢筋应力变化加快,机墩上抬位移变化速率也增加;但是在设计荷载作用下直埋蜗壳的整体安全度仍然很高,其内水压力的超载安全系数在2．0以上．这种蜗壳结构型式应用于实际工程是完全可行的．     

水轮机垫层蜗壳结构应力应变规律研究

蜗壳结构系统在水轮发电机组中起着重要的作用,水轮机钢蜗壳埋入混凝土的方式有三种,拉西瓦水电站经过论证和设计采用垫层蜗壳埋入方式。为了更好地掌握垫层蜗壳的运行情况,垫层蜗壳周边的监测数据的分析就尤为重要。给出利用三维有限元计算的结果,再对实际监测成果进行分析,并对比有限元计算和监测成果的差异,得出了利用有限元对蜗壳结构进行分析的结果基本上和监测数据规律较为一致的结论。利用有限元计算在一定程度上可以反映蜗壳运行情况的一般规律,通过分析得到外围混凝土几乎不承担内水压力,蜗壳处在良好的运行状态。     

水电站预热膨胀蜗壳埋设方式研究

基于钢蜗壳预热膨胀特性,提出水电站预热膨胀蜗壳埋设方式.结合一实际工程充水保压蜗壳结构,采用理论分析及有限单元法,针对完整施工和运行周期,围绕钢蜗壳初始变形、间隙演变及外包混凝土受力特性等方面进行研究,对钢蜗壳预热膨胀与充水保压的替代关系进行分析.结果表明:预热膨胀埋设方式能够产生与充水保压同等量级的变形,但变形规律具有明显的差异;预热膨胀埋设方式降低了运行期蜗壳外包混凝土承载比,改善了混凝土应力状态,且预热膨胀温度越高混凝土承载比越小,说明在混凝土受力状态的角度上,该方式能够实现充水保压埋设方式相似的效果;在运行期混凝土应力水平的角度上,对于本研究对象,预热膨胀温度取20℃时与1.4 MPa保压水头效果相当.     

基于损伤理论的金属蜗壳埋设方式比较

为研究不同埋设方式蜗壳结构的受力特点,明确它们在大型水电站厂房中的应用可行性,选取ABAQUS中的损伤塑性模型描绘混凝土材料的力学性能.结合某工程实例,对垫层蜗壳和直埋蜗壳进行了三维非线性有限元计算,重点从蜗壳外围混凝土裂缝的开展宽度和范围及机墩结构的不均匀上抬位移两方面,对两种埋设方式蜗壳结构进行了比较.计算结果表明:两种埋设方式蜗壳都可以满足结构强度要求,但从限裂和变形两方面讲,垫层蜗壳略优于直埋蜗壳.     

瀑布沟水电站充水保压蜗壳结构模型试验

为了研究瀑布沟水电站充水保压蜗壳结构在设计内水压力反复作用及超载作用下的结构应力变形规律和超载能力,采用几何比尺为1：10的整体结构模型,对该水电站充水保压蜗壳结构进行了试验研究．结果表明,瀑布沟水电站采用充水保压蜗壳结构型式,在设计荷载2．45MPa内水压力的反复作用下,外围混凝土不会开裂,机墩变形较小;在7．0MPa的超载作用下,结构依然具有较好的整体性,具有较高的超载安全度试验结果还表明,充水保压措施有利于发挥铜蜗壳的承栽能力,有利于降低蜗壳外围混凝土的应力水平,减小机墩变形     

不平衡水推力下垫层蜗壳座环结构剪力特性分析

机组运行时蜗壳座环在不平衡水推力作用下承受较大的水平剪力,该剪力值过大将会给蜗壳结构的稳定带来安全隐患.考虑钢衬与软垫层、混凝土的摩擦接触,建立了垫层蜗壳的三维有限元模型,详细研究了垫层子午包角、平面包角、变形模量厚度比和围岩约束对座环剪力的影响.结果表明:垫层子午包角向下延伸不利于座环抗剪;垫层平面包角变化改变了钢蜗壳外围结构的刚度分布,对座环剪力具有显著影响;垫层变形模量厚度比的变化不仅改变了座环各向剪力的数值及其承担的沿厂房横向不平衡水推力的比例,还改变了座环剪力的空间分布规律;在其他条件不变的情况下,围岩约束的改变对座环剪力没有明显影响.     

注蒸汽吞吐井井筒应力的数值计算方法

将注蒸汽吞吐井井筒温度场的计算结果引入井筒应力分析模型中,利用有限元分析软件ANSYS计算了不同约束条件下的井筒应力。计算结果表明,最大热应力都发生在套管内壁,且超过了N80套管的热弹性屈服极限;最大热膨胀都发生在温度变化过渡区,当套管周围掏空时,其热应变达到了2%,远远超过材料弹性极限应变值(0 3%),这是导致热采井套管变形损坏的主要原因。     

沈阳地铁隧道开挖过程稳定性分析

采用GeoFBA软件,对沈阳地铁隧道开挖全过程进行数值模拟研究,对围岩、喷射混凝土、模筑混凝土、锚杆的应力和变形特征进行分析.结果表明,沈阳地铁隧道设计当中初拟的结构尺寸（包括初期支护、二次支护）、超前小导管支护、锚杆支护是可以适应围岩状况的,经支护后的沈阳地铁隧道是稳定的.台阶法开挖对于沈阳地铁隧道开挖是适用的.     

螺栓连接纵向安装边机匣的有限元分析与优化

针对航空发动机螺栓连接纵向安装边机匣的结构特点,运用有限元优化设计方法,建立了螺栓连接纵向安装边机匣的有限元计算模型,利用有限元软件进行了应力分析与模态分析,获得了螺栓连接纵向安装边机匣的最大等效应力和前4阶固有频率以及相应的振型,并对纵向安装边的几何参数进行了应力灵敏度分析和动态特性灵敏度分析。在此基础之上,确定了纵向安装边主要设计参数的变化对结构最大等效应力和低阶固有频率的影响规律。通过修改设计参数对螺栓连接纵向安装边机匣结构进行优化,提高了结构强度和动态性能,为螺栓连接带纵向安装边机匣设计提供了依据。     

热力耦合作用下圆形水工隧洞围岩弹塑性解析解

为研究圆形水工隧洞围岩弹塑性区受力特点,基于Mogi-Coulomb强度准则和弹塑性理论,考虑温度和衬砌结构的影响,推导热力耦合作用下水工隧洞围岩应力、洞壁位移和围岩塑性区半径的解析解。依托新疆某高地温水工隧洞工程进行计算分析,对中间主应力系数、温度、混凝土强度、衬砌厚度和围岩应力分布及塑性区半径间的关系展开参数分析。结果表明：温度变化产生的拉应力会使衬砌结构对围岩支反力减小,围岩塑性区半径和洞壁位移有所增大,隧洞岩体稳定性变差;中间主应力系数b对岩体强度影响较大,b=0.5时围岩塑性区半径明显小于不考虑中间主应力时的塑性区半径;提高混凝土强度和增加衬砌厚度在初始阶段都能明显限制围岩塑性区发展,虽后续效果都不佳,但增大衬砌厚度更能限制围岩塑性区发展。     

巷道锚喷补偿收缩钢纤维砼支护结构数值分析

巷道支护结构稳定是煤矿安全生产的前提,结合巷道混凝土破坏特征和混凝土材料复合增强原理,提出喷射补偿收缩钢纤维混凝土作为支护材料。以朱集矿-965水平轨道大巷为工况,采用ANSYS数值软件对巷道锚杆-喷射补偿收缩钢纤维混凝土支护结构的稳定性进行数值分析。考虑围岩作用下锚杆与喷射补偿收缩钢纤维混凝土支护体系建立三维有限元模型。采用弹塑性D-P本构模型进行计算,得出围岩-支护结构体系下围岩的应力场、位移场、塑性区以及支护内力的分布规律。通过荷载步设置探讨巷道开挖对围岩稳定性的影响,以及支护结构的受力特征,找出巷道支护结构的"危险点"和围岩的应力集中区。提出喷射补偿收缩钢纤维混凝土的支护措施。通过工业性试验验证了该支护结构体系能够有效地改善和提高支护结构的稳定性。     

隧道支护结构蠕变特性试验和非线性蠕变模拟

采用MTS815液压伺服系统对深埋隧道支护结构混凝土试件进行了三轴蠕变试验,分析了支护结构的蠕变特性,依据蠕变曲线特征求出了非线性蠕变参数。建立了考虑深埋隧道施工过程、围岩和支护结构蠕变特性的有限元数值分析模型,分析了围岩和支护结构的蠕变特性,得到了隧道初期支护和二次衬砌的位移特征及其不同位置处的有效应力和最大剪应力特征。隧道支护结构的位移、应力随时间的变化特征与不考虑蠕变效应有较明显的不同,计算位移与实际监测结果基本一致。对于深埋隧道,应该考虑围岩和支护结构的蠕变特性。     

温度变化对水电站蜗壳结构配筋的影响

水电站厂房下部结构是一个多孔洞的大体积混凝土结构，受力状况复杂，尤其是在温度变化作用下，蜗壳周边混凝土的应力状态更是难以确定，为此，运用三维有限元对某水电站地下厂房下部结构进行了数值分析，确定其在运行期间的最高温升、最大温降、半数磁极短路以及蜗壳未充水最大温降4种工况下的应力分布状态．根据数值计算的结果得到平行机组安装高程6个平面的环向应力和8个典型纵剖面的环向应力，然后进行配筋计算，分析温度变化对水电站厂房下部结构配筋的影响，为今后分析水电站厂房下部结构的温度应力以及优化水电站蜗壳外围混凝土的配筋提供了可靠依据。