anays渗流
ANSYS软件在土坝渗流稳定计算中的应用_许玉景
文章编号:0559-9342(2003)04-0069-03ANSYS软件在土坝渗流稳定计算中的应用许玉景1,孙克俐2,黄福才1(1.天津市水利勘测设计院,天津 300204;2.天津大学建工学院,天津 300072)关键词:ANSYS软件;温度场;渗流场;死活单元;浸润线;渗流稳定计算;土坝摘 要:根据基本方程及定解条件的比较分析,将ANSYS软件的温度场分析功能应用于渗流场的分析,并采用死活单元技术,通过迭代算法计算自由水面位置(浸润线),解决了土坝渗流稳定问题的求解。
该方法可以解决复杂边界、多种介质的渗流问题,为工程应用提供极大的便利。
Applicatio n of ANSYS in the Earth dam seepage flow stability computatio nXU Yu-jing1,SUN Ke-li2,HUANG Fu-cai1(1.Tianjin Water Conservancy Survey&Design Institute,Tianjin300204;2.Civil Engineering School of the Tianjin University,Tianjin300072)Key Words:ANSYS software,temperature field,seepage flow field,element birth or death,saturation line,seepage flow stability calculation,earth damA bstract:According to comparison of the fundamental equations and boundary conditions,the ANSYS function of temperaturefield analysis is applied to that of seepage flow field,the element birth or death technique with overlap method is adopted to calculate the free water surface site(saturation line),in order to solve the problem of Earth dam seepage flow stability.This method can solve the seepage flow problem of complex boundaries and mediums.中图分类号:TV139.14;TV641 文献标识码:B渗流会对土坝稳定产生严重的危害。
浅谈基于ANSYS的土石坝渗流场模拟
介 质 的分界线应 该与 非均质 岩层 的分界 线也 要保 持
一
情况 ， 由于 Ａ Ｓ Ｓ软件 没有 提供模 拟 图的给水 度 的 ＮＹ 功能 ， 不能直接 分析 非 稳 定 渗 流 的情 况 和渗 流 问题
本身 的复杂性 ， 采用 数值 模拟方 法 ， 如何真 实准确 的 模 拟实 际渗流是 一个 需要 不断完 善 的过 程 。从 而研
参考文 献 ：
［ ］ 毛昶熙 ． 流计算分析与控制 ［ ． １ 渗 Ｍ］ 北京 ： 中国水利水
电 出 版社ห้องสมุดไป่ตู้，ｏ３ ２ｏ．
４ 工 程 实例 分 析
本 文利用 西安市 金盆水 利枢 纽工 程为例 。该 工 程 为大 型二等工 程 ， 于黏 土心墙 土石 坝 ， 址位 于 属 坝
西安 市 的周至县境 内 ， 周至 县城 约 １ ｋ 距 ３ ｍ。该 枢纽
有重要 地位 。对 土石 坝 而 言 ， 透水 流 除浸 湿 土 体 渗 降低其 强度指 标外 ， 当渗 透 力大 到 一定 程 度 时将 导 致坝坡 滑动 、 防渗 体 被击 穿 、 坝基 管 涌 、 土 等重 大 流 渗流事 故 ， 接 影 响大 坝 的运 行安 全 。对 于 混凝 土 直
受力安 全 ； 岸坝 肩渗透 压力 （ 下水 位 ） 两 地 的高 地关 系到坝 肩岸坡 岩体 的抗 滑稳定安 全 。带 有浸蚀 性 的
渗流对 建筑 物和 坝基 的可溶 性 物质 造 成 浸蚀 ， 响 影
结构安 全 问题 。此 外 ， 大 的渗 透 损 失也 将 减少 工 过
程效益 。
（ ） 散化 ： 求 解 域 划 分 为具 有 一 定 几 何形 ２离 将 状 的单元 进行单 元 编号 并 确定 插 值 函数 ， 对结 点 进 行 总体 编号和单元 上 的局部 编号并 给 出结 点局部 标
基于ANSYS模拟非稳定饱和_非饱和渗流场_岳庆河
Ss为储水率 , 其值较小 , 一般忽略不计 ;α在饱和区取 1, 非饱和 区取 0;H0 为已知水头 ;q为 边界流 量 ;n为土 体空隙 比 ;cos(n,
x)、cos(n, y)、cos(n, z)为 边 界 面 外 法 线 方 向 余 弦 ;t为 时 间
变量 。
其中式 (1)为连 续性方 程 , 式 (2)～ 式 (4)为边界 条件 ,
图 3 非稳定渗流模拟流程
(下转第 80页 )
· 80·
人 民 黄 河 2008年
tem[ J] .OperRes, 1995(3):187 -197. [ 2] LoucksD P.Somecommentsonlineardecisionrulesand
2.2 渗透参数调整与逸出点位置的确定
渗透 参数是 未知的 , 需 要根据 计算结果 不断调 整 , 以往进 行调整时只使用上一 时步末的水头场分布 , 会产生过 大的累积 误差 , 因此考虑时步初 (即为上一时步末 )与时步末水头场分布 来确定时步内的渗透 参数更为合理 [ 8] 。
逸出 按如 下步骤确定逸出点位 置 [ 9 -10] :①第 1次计算 , 对于初始时步 , 将 可能的逸出面节点 全部作 为未 知点 , 对于 其余 时步 , 将时 步初 的逸出面节点作为 已知 点 , 经 过有 限元 计算求 出渗 流场分 布 。 ②将水面以上的正压 边界点全部按逸出点处 理 , 求出 渗流场分 布后 , 再对水面以上零 压边界 点进 行判断 , 若 流通 量大于 等于 0, 即
第 30卷第 4期 人 民 黄 河 Vol.30, No.4 2008 年 4月 YELLOW RIVER Apr., 2008
【水利水电工程 】
渗流计算是堤 坝设 计及 除险加 固中 的一项 重要 内容 。 以 往的渗流计算 , 一般忽 略非饱 和区 渗流的 影响 , 但 是土的 基质 势和重力势的作用 , 使土 体中孔 隙水 产生非 饱和 流动 [ 1] , 只考
基于ANSYS的复杂地质条件下大型渗流场计算
基于ANSYS的复杂地质条件下大型渗流场计算水电站设计DHPS第26卷第4期2010年12月基于ANSYS的复杂地质条件下大型渗流场计算段斌,何江达,王瑶(1.国电大渡河流域水电开发有限公司,四川成都610041;2.四川大学水利水电学院,四川成都610065;3.四川电力进出口公司,四川成都610061)摘要:利用ANSYS温度场分析模块计算大岗山水电站复杂地质条件下的大型渗流场,取得了较好的效果.关键词:ANSYS软件;渗流场;计算方法;应用软件;大岗山水电站中图法分类号:TV223.6文献标识码:B文章编号:1003—9805(2010)04—0042—04 1ANSYS进行渗流分析的理论基础1.1ANSYS软件基本情况ANSYS软件是融结构,热,流体,电磁,声学于一体的大型通用有限元分析软件.该软件具有强大的前处理及后处理功能,它的图形界面和交互式操作大大简化了计算模型的创建过程,同时在计算之前,可通过图形显示来验证模型的几何形状,材料及边界条件;在后处理中,其计算结果可以采用多种方式输出,比如计算结果排序和检索,彩色云图,等值线,动画显示等等.与其他通用软件比较,其前,后处理功能优于同类型的软件.ANSYS为我们提供了一个优良的工作环境,使我们从繁琐,单调的常规有限元编程中解脱出来.该软件可以进行热,电, 磁,流体和结构等有限元分析,并可以进行多物理场耦合分析.由于渗流场和温度场可以互相比拟,故采用ANSYS的温度场分析功能进行渗流场的计算,可以取得很好的效果¨.1.2ANSYS温度场分析模块分析渗流场理论基础温度场与渗流场之间具有理论基础相似,微分方程相似,初始条件与边界条件的相似等特点. ANSYS中渗流场与温度场各种相应量比较见表1[一422ANSYS参数化设计语言及其在本文中的运用ANSYS参数化设计语言(ANSYSParameter DesignLanguage,简称APDL)是一种可用来自动完成有限元常规分析或通过参数化变量方式建立分析模型的脚本语言,用建立智能化分析的手段为用户提供自动完成有限元分析过程,即程序的输入可设定为根据制定的函数,变量以及选用的分析类型来做决定,是完成优化设计和自适应网格的最主要的基础_5J.APDL允许复杂的数据输入,使用户实际上对任何设计或分析属性有控制权,例如尺寸,材料,荷载,约束位置和网格密度等...APDL有以下功能:(1)参数;(2)表达式和函数;(3)分支和循环;(4)重复功能和复写;(5)宏;(6)用户子程序.APDL有很多优点,其中之一是可以利用AP-DL从事二次开发.本文借助APDL编制了相应的APDL模块来自动迭代计算出渗流边界和自由面.为了便于与结构计算网格相对应,计算中采取了固定网格法(不变网格法).其中干燥区(自由面以上的区域)的渗透系数取很低的值(本文在具体计算时,干燥区渗透系数取1.0X10cm/s),从而可以实现干燥区和饱和区进行联立统一求解,避免了干燥区渗透系数取为0时导致渗透矩阵奇异而无法进表1ANSYS中渗流场与温度场各种相应量的比较收稿日期:2009一O2—25作者简介:段斌(1980一),男,四川绵阳人,工程师,主要从事水电工程技术和管理工作.行求解.具体计算时,首先将整个计算域视为饱和区,已知的边界条件以实际作用范围输入到计算模型中,通过反复迭代便可最终确定自由面位置.3工程应用3.1工程概况大岗山水电站是大渡河干流规划中的第十四级电站,位于四川省雅安市石棉县境内.工程等级为一等大(1)型工程,开发任务以发电为主,电站总装机容量2600MW,设计多年平均发电量114.3亿kW?h.水库正常蓄水位1130m,总库容7.42亿Ill,调节库容1.17亿IIl,具有日调节能力.电站枢纽工程由最大坝高210m的混凝土双曲拱坝,左岸地下厂房,右岸泄洪洞等组成.3.2地质条件大岗山水电站坝址区河段呈"Q"形嵌入河曲,两岸山体雄厚,谷坡陡峻,河谷狭窄且对称.坝址区地层岩性较为单一,主要为澄江期酸性花岗岩,辉绿岩脉(13)等穿插发育于花岗岩中.厂坝区发育的岩脉,断层众多,其产状以近河流向(NE,SN或NW向)中陡倾角发育为主,垂河流方向(近EW向)发育较少.另外,坝址区还发育有多组裂隙.坝址区发育的岩脉(断层)和多组裂隙共同构成了厂坝区地下水的渗流通道.3.3天然渗流场反演天然渗流场反演分析的目的主要为了确定大岗山水电站三维渗流场的边界水位及岩体的渗透参数, 作为运行期渗流场研究的依据.大岗山水电站天然渗流场反演分析的方法和主要结论参见文献[7].通过反演分析,厂坝区各类岩体的渗透张量见表2.3.4运行期渗流场计算3.4.1计算模型根据大岗山水电站厂坝区主要水工枢纽布置,防渗帷幕布置,排水幕和排水廊道布置情况以及地质地形条件,并考虑计算域的边界效应,三维渗流场有限元计算范围上游取至导流洞进El位置,下游取至导流洞出口位置,顺河向长度约883.0m;横河向左侧边界取至地下厂房洞室群所在的地形分水岭附近,右侧边界取至靠近地形分水岭位置,横河向长度约1423.8m;垂直方向底面取至海拔615.0m.有限元计算坐标定义为:轴:顺河流方向,从上游指向下游为正,轴向方位为SW238.;y轴:垂直河流方向,从右岸指向左岸为正,轴向方位为SE148.;z轴:与x和y垂直,且Z=x×Y,铅直向上.表2厂坝区各向异性岩体的渗透张量雾[芝主.../萎cm~曩s一-1.01×10_41.一等透水组裂隙【对称L822.96.L56m.:3.57x10-4:2.04x10-5.圳.,圳一弱透水组裂隙【对称…;:J………s整个计算域大部分采用空间八节点等参单元进行离散,局部考虑材料介质过渡和地形变化等因素退化为三棱柱和四面体单元,其中运行期计算域共离散为53959个单元和54957个节点.运行期三维网格图见图1,2.3.4.2排水洞(廊道),排水幕的模拟及有关材料的渗透系数在计算模型中,排水洞(廊道)的位置和范围都以节点形式详细模拟.由于排水洞(廊道)在正常运行工况基本不存在失效和出现阻塞的情况,因此其水头按排水洞(廊道)所在高程约束,在迭代计算时,根据排水洞(廊道)是否有排水流量和其水头与位置势是否相等这两个条件来计算渗流自由面. 排水幕的排水效果是通过等效结构面的等效渗透系数来体现的,等效结构面在计算模型中被准确模拟出来,排水幕的等效渗透系数,见表3,主要图1大岗山厂坝区运行期渗流场三维有限元网格43图2大岗山厂坝区运行期坝体+灌浆帷幕+地下厂房三维网格受排水孔尺寸,间距和排数的影响.防渗帷幕在计算模型中以单元形式模拟,有关材料的渗透系数见表4.表3各渗控方案排水幕的等效渗透系数表4设计提供运行期厂坝区部分材料的渗透系数cm/s3.4.3运行期厂区渗流场分析厂区典型剖面的地下水位等势线图,渗透压力等值线图和厂坝区枢纽整体模型的地下水水位(自由面)等值线分别见图3,4.经分析可知:(1)从图3可以看出,由于厂区顺河向防渗帷幕,帷幕后的排水幕(两排)和4层排水廊道(高程1032m,987m,957m,931.4m)的"前堵后排"作用,库水向厂区渗流的自由面在防渗帷幕之后附近显着降低.另外,由于B岩脉的渗透系数远大于周围岩体的渗透系数,防渗帷幕在靠近库水一侧的自由面也有一定的降低.厂区三大洞室中,地下厂房,主变室周边地下水位线较低;对应的外水压力较小,而调压室周边地下水位线相对较高;外水压力相对较大,主要受靠山内一侧的边界水位和运行期调压室水位影响所致.(2)从图4可以看出,靠山内侧的调压室,由于防渗帷幕没有延伸至调压室,而仅有987m高程的排水廊道排水作用,在山体内较高的天然地下水渗流作用,调压室上游侧的地下水位线较高;渗透压力较大,而主变室和地下厂房所在区,虽然山体天然地下水位较高,但是由于上游侧的防渗帷幕,灌浆廊道和4层排水廊道(1032m,987m,957m,931.4m)的"前堵后排"作用,在主变室和地下厂房上游侧地下水位线显着降低,渗透压力也较小.(3)计算成果表明,设计方案的防渗,排水措施能有效地降低厂区三大洞室(尤其是地下厂房和主13t512i51Il5鲁1015\9159157l56I50lO02002004005006007008009000lO0200300400500600700800900 图3运行期厂区三大洞室横剖面水位/渗压等值线∞撕∞啪鲁\13151215llt5吕]015\,158I57】56佰埘5I￡l5【llj蛊i.15\N翱58巧7156】5图4运行期厂区主机间纵剖面水位/渗压等值线变室)周边的地下水位线,厂区三大洞室周边承受的外水压力不大,调压室底部最大压力水头约50m, 地下厂房最大压力水头约10m,而主变室基本位于干燥区,表明设计方案的渗控效果显着.(4)计算成果还表明,厂区1032m高程的排水廊道基本处于干燥区,其对厂区高高程的排水作用不大,可以考虑取消.3.4.4运行期坝区渗流场分析坝区典型剖面的地下水位等势线和渗透压力等值线见图5.经分析可知:(1)由于坝基防渗帷幕对岩体,尤其是坝肩较高高程的弱透水岩体段的阻渗作用,以及帷幕之后排水幕和坝肩排水洞的强排水作用,坝基帷幕前后的水头损失很大,排水幕之后的坝底扬压力很小,坝基建基面925m高程排水幕处扬压力水头减小约90m,位于两岸坝肩中部的坝底扬压力水头减小约120～150m,位于两岸坝肩上部的坝底扬压力水头O10O啪300枷5006o0700800减小约80—100m.(2)坝后水垫塘左岸抗力体排水洞区的自由面位置较低,右岸抗力体排水洞区的自由面位置较高. 由于坝体部位的帷幕,排水幕和排水洞的"前堵后排"作用,使得坝后水垫塘两岸抗力体所在区域的地下水渗流主要受两岸岩体中天然地下水位(右岸高,左岸低)控制.3.4.5运行期厂坝区渗流量通过厂坝区三维渗流场计算,可以获得前述不同计算方案通过厂区排水廊道,地下洞室,防渗帷幕,坝区排水廊道,抗力体排水洞的渗流量,见表5. 4结论(1)本文以大型通用有限元计算软件ANSYS为平台,使用ANSYS温度场分析模块,并用APDL 编制了相应的计算程序,计算了三维渗流场.该方11151015g们5\B157l66150lo0瑚300400500600700800X/mX/m(a)渗压等值线(b)水位等势线图5运行期坝体最大横剖面水位和渗压等值线表5运行期厂坝区各部位渗流量m./d(下转第54页)45图5材料赋值,施加约束和荷载后的有限元模型(a)主压应力等值线p0¨E~zaphic￡图6典型等值线esel,S,elem,,1,1081单元选择sfgrad,pres,,Z,2520.00,一9810.001水荷载施加sfe,all,1,pres(7)计算成果检查.根据已经建好的三维拱坝模型进行线弹性有限元计算,典型的位移,应力等值线见图6.,经与拱梁分载法计算成果比较,其分布规律和拱梁分载法吻合良好,极值差别不大,有限元计算结果可靠.5结语根据ANSYS有限元软件的内在规定,用编程语言编制大坝ANSYS---维模型自动建立的方法和(b)顺河向位移等值线p.'地0r●phjc●思路,能大幅节约建模时间,提高工作效率.(1)直接进行节点,单元建立的三维模型建立方法,节点,单元可根据需要随意调整,且不易发生单元奇异,有利于后面的计算收敛,减少奇异单元检查工作.(2)合理的单元规划很重要,根据建筑物的重要性和受力特点进行单元划分分组,并以每一组单元的交界作为单元控制面进行不同组单元的衔接, 单元的疏密能满足计算的要求,单元编号有序,更易控制.(3)前处理采用生成ANSYS命令流文件的方式进行模型材料的赋值,约束及荷载的施加,方便,准确,且便于修改.(上接第45页)法将ANSYS软件与复杂渗流场计算结合起来,方便人们进行大型复杂模型的建模和后处理工作,所建立的有限元计算模型不仅适用于渗流场的计算,还可用于应力场的计算.(2)大岗山水电站地质情况复杂,运行期厂坝区渗流场计算模型复杂,单元众多,渗控措施模拟难度大,采用ANSYS温度场分析模块后,由于其强大的前处理,后处理,二次开发的功能,可以较方便地对大岗山水电站厂坝区渗流场进行模拟计算,并取得较好的效果.参考文献:54[1]ANSYS中国公司.ANSYS高级技术分析指南[M].北京:美国ANSYS北京办事处,2005.[2]任辉启.ANSYS7.0工程分析实例详解[M].北京:人民邮电出版社,2004.[3]李景涌.有限元法[M].北京:北京邮电大学出版社,1999.[4]李军华.大坝渗流监测系统设计及渗流计算机模拟[D].郑州:郑州大学,2004.[5]龚曙光,谢桂兰.ANSYS操作命令与参数化编程[M].北京: 机械工业出版社,2004.[6]刘涛,杨凤鹏.精通ANSYS[M].北京:清华大学出版社,20o5.[7]唐正州,段斌,何江达,等.大岗山水电站厂坝区三维天然渗流场反演分析[J].四川水利,2007,(1).。
基于ANSYS Workbench的某柱塞泵结合面渗漏油故障分析
本文采用ANSYS Workbench有限元软件来分析柱
泵外壳
的 性能。
采-力
的 ，既考 温度场的
， 顾 的预紧作
o首先， 1设 料的参数。将外壳
78
1.M3螺栓2•壳体3•安装座4•分油盖5.M4螺栓
图2壳体与分油盖结合面
C: Static Structural Static Structural Time: 1. s 2020/8/13 20:36 ff] Fixed Support B] Bolt Pretension: 6944. N .Bolt Pretension 2: .Bolt Pretension 3: ■ Bolt Pretension 4: F] Bolt Pretension 5:
与
之间 的 副 设 为 o
施加
束。在
杆部分建 部柱坐
，并 该
的z轴与 的轴向 一致,
然后在该
施加预紧力。其施加 预
紧力的大小
式进行计算：
式中 $—一材料的屈服强度;
K——
数,此处取N值为0.18 ；
R------
小径,mm。
4、 5 触面压云图可知,壳体与分油盖结
面上的总体面压
均匀。在壳体
动活塞
腔一
20.00
图4室温环境下接触面压
C: Static Structural Pressure 2 Type: Pressure Unit: MPa Time: 1 2020/7/28 14:02 □ 142Байду номын сангаас29 Max ■ 126.21
110.13 94.049 -77.968 -61.888 -45.808 -29.727 ■ 13.647 ■ -2.4334 Min
ANSYS热分析模块分析渗流场问题的探究
ANSY S热分析模块分析渗流场问题的探究A NSY S热分析模块分析渗流场问题的探究ANS YS热分析模块分析渗流场问题的探究摘要:分析了温度场与渗流场的基本理论、微分方程、初始条件和边界条件的相似性,为后续利用A NSY S 论文格式论文范文毕业论文AN SYS热分析模块分析渗流场问题的探究摘要:分析了温度场与渗流场的基本理论、微分方程、初始条件和边界条件的相似性,为后续利用ANS YS的热分析模块来求解渗流问题提供了依据。
通过计算黑河金盆大坝0+225主断面的在正常蓄水位下的流场分布情况,验证了热分析模块对渗流分析结果的可行性与正确性。
关键词:AN SYS热分析渗流场温度场 GE O-S EEP W ANS YS是一种应用十分广泛的通用的成熟的完备的有限元工程分析软件。
它具有多种多样的分析能力,从简单的线性静态分析到复杂的非线性动态分析,除此之外还有方便用户设计的参数化设计语言和产品的优化设计等附加的功能。
AN SYS软件能够提供的分析类型有: ① 结构静力分析;② 结构动力分析;③结构非线性分析;④ 结构屈曲分析;⑤电磁场分析;⑥声场分析;⑦ 压电分析; ⑧ 流体动态分析;⑨ 热力学分析。
其中热分析用于计算一个系统或部件的温度分布及其它热物理参数,如热量的获取或损失、热梯度、热流密度其中:—渗流量;—断面面积; —测压管水头;—渗透系数; —渗径长度;—断面平均流速;—渗透坡降。
土石坝有限元分析(ANSYS)-渗流分析命令流
土石坝有限元分析（ANSYS）－渗流分析命令流土石坝渗流分析，采用非饱和土渗流参数，迭代计算浸润线，根据前次计算结果，不断修改单元的渗透系数和浸润逸出点位置，直到满足精度要求。
本算例的土石坝体型比较简单.采用非饱和渗流计算.即渗透系数为空隙压力的函数.首先建立一个数据文件PPPP.TXT，存储渗透系数函数关系，如下。
第一列为空隙压力值（水头M)，第二列为渗透系数指数，渗透系数等于10^A(M/D)。
! -10.00 -4.0E+00! -9.00 -3.6E+00! -8.00 -3.2E+00! -7.00 -2.8E+00! -6.00 -2.4E+00! -5.00 -2.0E+00! -4.00 -1.6E+00! -3.00 -1.2E+00! -2.00 -8.0E-01! -1.00 -4.0E-01! 0.00 0.0E+00!土坝顶宽4M，上下游坡比均为1:2，总高12M，底宽52M。
上游水深8M，下游无水。
FINISH/CLEAR/TITLE, EARTHDAM SEEPAGE/FILNAME,SEEPAGE5/PLOPTS,DATE,0*DIM,TPRE,TABLE,11,1,1,PRESS,KKPE ! 定义水压与渗透系数的关系数组*TREAD,TPRE,PPPP,TXT ! 读入数组*DIM,NCON,ARRAY,4 ! 定义数组，用于存贮单元四个节点号/PREP7SMRT,OFFANTYPE,STATIC ! THERMAL ANALYSISET,1,PLANE55MP,KXX,1,1 ! 饱和状态下的渗透系数MP,KXX,2,1E-4 ! 完全干燥下的渗透系数，假设空隙水压力小于-10M时K,1,24,12K,2,24,0K,3,0,0K,4,28,12K,5,28,0K,6,52,0L,1,3L,1,2L,4,5L,5,6L,4,6LESIZE,ALL,,,24A,1,3,2A,1,2,5,4A,4,5,6MSHK,2 ! MAPPED AREA MESH IF POSSIBLEMSHA,0,2D ! USING QUADSAMESH,ALL ! MESH AREASNUMMRG,NODE ! MERGE NODES AT BOTTOM OF CAISSON*GET,N_MAX,NODE,,NUM,MAX ! 获得最大节点号*GET,E_MAX,ELEM,,NUM,MAX ! 获得最大单元号*DIM,N_TEMP,ARRAY,N_MAX ! 定义节点温度变量-总水头*DIM,N_PRE,ARRAY,N_MAX ! 定义节点压力水头变量!定义上游面总水头值LSEL,S,LINE,,1NSLL,S,1NSEL,R,LOC,Y,0,8D,ALL,TEMP,8 !定义上游面总水头值!定义下游面总水头值LSEL,S,LINE,,6NSLL,S,1*GET,N_NUM2,NODE,,COUNT*DIM,N_NO2,ARRAY,N_NUM2II=0*DO,I,1,N_MAX*IF,NSEL(I),EQ,1,THEN ! 判断节点是否选中II=II+1N_NO2(II)=I ! 存储渗流可能逸出点节点编号*ENDIF*ENDDONSEL,R,LOC,Y,0,8 ! 第一次计算，假设浸润线逸出点在8M高位置,与上游同高*GET,N_NUM,NODE,,COUNT ! 获得渗流出口节点总数*DIM,N_NO,ARRAY,N_NUM ! 定义变量,存储渗流出口节点编号II=0*DO,I,1,N_MAX*IF,NSEL(I),EQ,1,THEN ! 判断节点是否选中N_NO(II)=I ! 存储渗流出口节点编号*ENDIF*ENDDO*DO,I,1,N_NUMD,N_NO(I),TEMP,NY(N_NO(I)) ! 定义下游面总水头值*ENDDOALLSEL,ALLFINISH/SOLUSOLVEFINISH!第一次计算完毕!------------------------------------------------------------------------- !迭代计算CONUTT=20 ! 最大循环次数DD_HEAT=0.001 ! 前后两次计算，总水头最大允许计算差CHUK_ST=3 ! 出口边界条件重新设定的起始点CHUK_MAXY2=10E5 ! 临时变量，用于存储浸润线出口坐标*DO,COM_NUM,1,CONUTTDD_H=0/POST1SET,1*DO,I,1,N_MAX*IF,COM_NUM,GT,CHUK_ST+1,THENDD1=N_TEMP(I)*IF,ABS(DD1-TEMP(I)),GT,DD_H,THENDD_H=ABS(DD1-TEMP(I))*ENDIF*ENDIFN_TEMP(I)=TEMP(I) ! 计算节点温度（总水头）N_PRE(I)=N_TEMP(I)-NY(I) ! 计算节点压力，总水头-Y坐标*ENDDO*IF,COM_NUM,GT,CHUK_ST+1,THEN*IF,DD_H,LE,DD_HEAT,THEN*EXIT*ENDIF*ENDIF/PREP7! 重新给每个单元设定材料MATNUM=2*DO,I,1,E_MAX*DO,KK,1,4*GET,NCON(KK),ELEM,I,NODE,KK ! 获取单元四个节点编号*ENDDOTEMP_Y=(N_TEMP(NCON(1))+N_TEMP(NCON(2))+N_TEMP(NCON(3))+N_TEMP(NCON (4)))/4 !计算单元中心点平均温度RESS_T=TEMP_Y-CENTRY(I)*IF,PRESS_T,GT,0,THENRESS_T=0MPCHG,1,I*ELSEIF,PRESS_T,LT,-10,THENRESS_T=-10MPCHG,2,I*ELSEMP,KXX,MATNUM+1,10**TPRE(PRESS_T)MPCHG,MATNUM+1,IMATNUM=MATNUM+1*ENDIF*ENDDO! 重新设定出口边界条件*IF,CONUTT,GT,CHUK_ST,THEN !前CHUK_ST次采用原边界条件LSEL,S,LINE,,6NSLL,S,1DDELE,ALL,TEMP ! 删除原边界条件II=0CHUK_MAXY=0*DO,JJ,1,N_NUM2*IF,N_TEMP(N_NO2(JJ)),GE,NY(N_NO2(JJ)),THEND,N_NO2(JJ),TEMP,NY(N_NO2(JJ)) ! 总水头=Y坐标*IF,NY(N_NO2(JJ)),GT,CHUK_MAXY,THENCHUK_MAXY=NY(N_NO2(JJ))*ENDIF*ENDIF*ENDDO*IF,CHUK_MAXY2,NE,CHUK_MAXY,THEN ! 判断前后两次计算的浸润线出口位置是否相同NSEL,R,LOC,Y,CHUK_MAXY ! 选择最高节点*IF,CHUK_MAXY,GT,0,THENDDELE,ALL,TEMP ! 删除出口最高节点边界条件*ENDIFCHUK_MAXY2=CHUK_MAXY*ENDIF*ENDIFALLSEL,ALLFINI/SOLUSOLVEFINISH*ENDDOSAVE!迭代计算完毕，进入后处理FINISH/POST1/CLABEL,,1/EDGE,,0/CONTOUR,,8,0,1,8PLNSOL,TEMP ! 显示总水头云图PLVECT,TF, , , ,VECT,ELEM,ON,0PLVECT,TF, , , ,VECT,NODE,ON,0LSEL,S,LINE,,6NSLL,S,1PRRSOL,HEAT ! PRINT FLOWRATE THROUGH SOIL FSUM,HEAT ! 计算渗流量*GET,Q_DAY,FSUM,0,ITEM,HEATALLSEL,ALLSAVE*DO,I,1,N_MAXN_TEMP(I)=TEMP(I) ! 计算节点总水头（温度）N_PRE(I)=N_TEMP(I)-NY(I) ! 计算节点压力，总水头-Y坐标DNSOL,I,TEMP,,N_PRE(I) ! 将压力水头值复制到节点*ENDDOPLNSOL,TEMP ! 显示压力水头云图FINI。
基于ANSYS的大坝渗流分析研究
总体而言，ANSYS在大坝渗流分析中具有重要的应用价值和潜力。未来可以 进一步探索ANSYS在解决实际工程问题中的其他应用，为水利工程领域的科学研 究和技术发展提供更全面的支持。
谢谢观看
然而，ANSYS在应用于大坝渗流分析时也存在一定的局限性。例如，对于复 杂的三维模型，网格划分和计算量可能会变得非常大，需要较高的计算资源和时 间成本。此外，ANSYS的数值计算结果也会受到许多因素的影响，如模型的简化 程度、参数设置是否合理等。因此，在使用ANSYS进行大坝渗流分析时，需要充 分考虑这些因素，并进行必要的实验验证和对比分析，以确保分析结果的准确性 和可靠性。
结论
本次演示介绍了基于ANSYS的大坝渗流分析方法及其应用。通过文献综述， 总结了ANSYS在水利工程领域的应用及研究现状，指出了现有研究的不足之处。 在此基础上，阐述了ANSYS进行大坝渗流分析的基本原理、方法和流程，并通过 实例分析展示了ANSYS在解决实际工程问题中的应用。最后，对实例分析的结果 进行了讨论和评价，总结了ANSYS在大坝渗流分析中的优势和适用性，并指出了 其局限性。
结果表明，ANSYS作为一种强大的数值计算和可视化工具，在应用于大坝渗 流分析时能够有效地模拟渗流场的分布情况和影响因素。同时，ANSYS还具有广 泛的适用性和灵活性，可以针对不同的工程实际问题进行模型的灵活调整和优化 计算。然而，对于复杂的三维模型和特定的工程问题，仍需充分考虑ANSYS的局 限性，并进行必要的实验验证和对比分析。
实例分析
以某实际大坝渗流问题为例，运用ANSYS进行渗流分析。首先，根据大坝的 结构特征和实际运行环境，建立大坝及周围区域的几何模型；然后，根据工程实 际情况，将模型划分为适当的计算网格；接着，设定合理的边界条件和材料属性， 进行数值计算；最后，根据计算结果进行后处理，得到渗流场的分布情况。
ANSYS有限元生死单元技术在砼面板堆石坝渗流计算中的研究与应用
甘 肃 农 业 大 学 学 报 J OU RNAL O F GANSU A GRICUL TU RAL UN 单元技术在砼面板堆石坝 渗流计算中的研究与应用
吴建东 ,许健
(甘肃农业大学工学院 ,甘肃 兰州 730070)
WU J ian2do ng , XU J ian
(College of Engineering , Gansu Agricult ural U niversity , Lanzho u 730070 , China)
Abstract :Based o n t he basic t heory of seepage and co nt rol equatio ns , a new finite2element seepage cal2 culatio n mat hematical model of co ncrete face rockfill dam was p ropo sed. By utilizing t he similarit y of tem2 perat ure and seepage field and large2scale finite2element co mp utatio n soft ware AN S YS , ekill and ealive technology co uld be used to kill t he unit above t he infilt ratio n line and activate t he unit below t he infilt ra2 tio n line while impo sing correspo nding bo rder co nditio n , and finally o btained t he infilt ratio n line and t he seepage speed of t he dam t hro ugh simulatio n. The result s suggested t hat t he model accuracy meet t he p ro2 ject requirement s , at t he same time t he model was simple and t he result s were int uitive.
基于ANSYS的土石坝稳定渗流场的数值模拟
基于ANSYS的土石坝稳定渗流场的数值模拟一、本文概述随着水利工程的日益发展，土石坝作为一种重要的水利结构，其稳定性与安全性受到了广泛关注。
渗流是土石坝中普遍存在的物理现象，对坝体的稳定性产生深远影响。
因此，对土石坝稳定渗流场的深入研究和分析具有重要的工程实践意义。
本文旨在利用ANSYS这一强大的工程模拟软件，对土石坝的稳定渗流场进行数值模拟，以期更准确地理解渗流对土石坝稳定性的影响，并为土石坝的设计、施工和维护提供理论支持和实践指导。
本文将简要介绍土石坝及其渗流现象的基本概念，阐述稳定渗流场研究的重要性和必要性。
然后，详细介绍ANSYS软件在水利工程中的应用，以及其在土石坝稳定渗流场数值模拟中的优势。
接下来，本文将详细描述数值模拟的过程，包括模型的建立、边界条件的设定、计算参数的选择等。
通过对模拟结果的分析和讨论，揭示土石坝稳定渗流场的特征和规律，为土石坝的安全稳定运行提供理论支撑。
本文的研究不仅有助于深化对土石坝渗流规律的理解，也有助于提升水利工程的设计水平和施工质量，为保障水利工程的安全运行提供有力支持。
二、土石坝渗流基本理论土石坝是一种利用当地石料、土料或混合料，经过抛填、碾压等方法堆筑成的挡水建筑物。
在土石坝的运行过程中，渗流是一个不可忽视的物理过程，它关系到坝体的稳定性和安全性。
因此，对土石坝渗流的基本理论进行深入研究，对于保障坝体安全、优化坝体设计具有重要意义。
渗流是指液体在固体骨架中通过孔隙或裂隙流动的现象。
在土石坝中，渗流主要受到重力、孔隙水压力、坝体材料性质以及边界条件等因素的影响。
当库水通过坝体向下游渗流时，会形成一定的渗流场。
这个渗流场是一个三维的空间分布，其中包含了渗流速度、渗流压力、渗流量等多个物理量。
土石坝的渗流场分析通常采用达西定律来描述渗流速度与渗流压力梯度之间的关系。
达西定律表达式为：v = -k * (dP/dx)，其中v为渗流速度，k为渗透系数，dP/dx为渗流压力梯度。
水闸渗流计算方法的探讨
水闸渗流计算方法的探讨摘要：运用ANSYS软件有限单元法和改进阻力系数法对水闸闸基渗流进行计算，通过对比，证明了ANSYS软件在计算渗流场的可行性，它完善的求解器和前、后处理能力以及可视化的模型建立给设计提供了一个计算渗流场数值的有效方法。
关键词：有限单元法；改进阻力系数法；ANSYS；渗流；闸基引言:上游的水压力是水工建筑物要承受的主要荷载之一，而且地基和混凝土也不是完全不透水的材料，在水头的长期作用下，水即将会通过地基和坝体向下游流去，因此，在地基内和闸坝体内有一个渗流场的存在。
渗流分析给合理的选择渗流控制方法和对闸坝工程的安全可靠性的评价提供一定的根据，水闸闸基渗流为剖面的平面渗流运动，既有水平的分速度，同时也有垂直的分速度，可以近似的看做为二维流。
闸基渗流经常用到的计算方法包括有限元法、流网法、直线比例法（渗径系数法）、电网络法［1，2］和改进阻力系数法。
改进阻力系数法［3，4］为分段法，把地基渗流沿着地下轮廓线划分成水平的和垂直的几个段，进行单独的解决。
把各分段的阻力系数计算出来，再进一步把渗透流速、渗透压力、渗透坡降及渗流量求出。
这是一种近似的流体力学的解法，有较高的计算精度，对计算复杂的地下轮廓的渗流量也同样有很大的的现实意义，在国内外已经得到广泛的运用，水闸设计规范计算闸基渗流就是运用了这种方法。
把求解的渗流区域划分为有限个互相联系的子区域的方法就是有限单元法，它用子区域内连续的分区近似水头函数来代替待定的水头函数。
随着计算机的发展，其应用于数值计算的有限元法也得到了快速的发展，可以很好的把条件复杂的渗流问题模拟出来。
现在，有很多有限元软件都可以用来计算渗流，包括GEO－SLOPE、MARC、SEEPAGE、ANSYS、ADINA、FLAC、ABQUS等。
本文主要研究运用ANSYS软件有限单元法和改进阻力系数法对水闸闸基渗流进行计算，通过对比，证明了ANSYS软件在计算渗流场的可行性，它完善的求解器和前、后处理能力以及可视化的模型建立给设计提供了一个计算渗流场数值的有效方法。
基于ANSYS的土坝三维渗流场模拟
h z
）＝0
h│t=t0＝h（x，y，z）
温度场
温度 T
热流量 Qr 热传导系数 kr 热传导速度 qr
温度梯度 E
热传导定律：Qr＝AKr
dT dn
x（krx
T ）+ x
y（kry
T ）+ y
z（krz
T ）＝0 z
T│t=t0＝T（x，y，z）
h（M，t）│Γ＝φ（s M，t）
T（M，t）│Γ＝φ（s M，t）
2 渗流场计算理论及方法
由于渗流场与温度场有极大的相似性，基于此可利用
ANSYS 热分析模块来分析渗流问题。
用有限元方法求解渗流场时最核心、最复杂的问题便是
渗流自由面的确定。目前常用的方法有固定网格法和变动网
格法，这两种方法均可以用 ANSYS 的 APDL 参数化编程语言
来实现，变动网格法需要借助 ANSYS 的生死单元功能来实
现，而固定网格法计算相对简单实用，本文采用 Bathe(1979)年
提出的单元传导矩阵调整法来进行计算，将整个渗流域 R 划
分为两个子域 R1 和 R2。在自由面以上的子域 R1 中节点流速 为 0，令其渗透系数 k 降低至很小的值；在自由面以下子域 R2 中，流速大于 0，其渗透系数 k 仍保持不变，即：
1 引言
在水库除险加固工程中，渗流问题一直是关系到土石坝 安全的关键。目前渗流分析计算领域中应用比较广泛的有数 学解析法、电模拟法和数值分析法。数值分析方法主要有：有 限差分法、有限单元发和边界元法。其中，有限元法随着各种 大型有限元软件快速发展而得到了广泛的应用，常用的大型 通用有限元分析软件有 ANSYS、ADINA、ABAQUS 等，也有一 些专门针对渗流场的计算软件，如 Seep3D、Autobank、STSE、 Modflow 等。各种计算方法和软件各有优缺点，对于复杂边界 条件和复杂渗流介质的空间渗流问题很多平面渗流计算软件 都无法准确计算，本文提出利用 ANSYS 的热分析模块来分析 土石坝的三维渗流问题，并将 ANSYS 三维分析成果中的典型 断面和 Autobank 计算结果进行对比，检验计算结果的准确 性。本文的方法为解决复杂边界、多种介质、多物理场耦合的 三维渗流问题提供有效的方法。
基于ANSYS的土石坝渗流与稳定分析研究的开题报告
基于ANSYS的土石坝渗流与稳定分析研究的开题报告一、研究背景和意义土石坝是一种重要的水利工程结构，其安全稳定性直接关系到人们的生命财产安全和社会经济发展。
而渗流问题是土石坝安全稳定性研究的重要内容之一。
在土石坝工程设计、施工和运行过程中，渗流问题一直是困扰工程师的难题，如何在渗流对土石坝安全稳定性产生影响的情况下，保证土石坝的安全运行是当前亟需解决的问题。
本研究利用ANSYS软件，通过有限元数值模拟方法，研究土石坝内部的渗流分析及土石坝的稳定性分析，旨在探讨土石坝渗流及其对稳定性的影响规律，为土石坝设计、施工和运行提供技术支撑和依据。
二、研究内容和方法本研究的主要内容有两个方面：一是土石坝内部渗流模拟及分析；二是土石坝稳定性分析。
具体通过以下步骤实现：1. 确定研究对象：本研究以某一具体土石坝为研究对象，对其渗流分析及稳定性进行模拟和分析。
2. 建立土石坝模型：根据实际情况建立土石坝三维有限元模型，包括坝体、坝基、边坡等，考虑土、石材料的物理力学特性。
3. 渗流模拟：对建立的土石坝模型进行渗流模拟，通过ANSYS中的多孔介质渗流模型，对土石坝内部流场进行数值计算和分析。
4. 渗流分析：根据渗流模拟结果，分析产生渗流的原因，判断坝体、坝基是否产生渗漏现象，并分析渗漏现象的破坏机理。
5. 稳定性分析：根据建立的土石坝模型，通过ANSYS有限元分析软件对土石坝的稳定性进行数值计算，分析坝体的变形、破坏状况，确定安全系数，预测土石坝的破坏条件。
三、预期成果和意义本研究通过ANSYS软件，对土石坝内部的渗流分析及稳定性分析进行研究，预期取得以下成果：1. 对土石坝内部渗流模拟及分析技术的研究与应用，提高土石坝设计、施工和运行的水平，为工程师在实际工程中提供技术支撑和依据；2. 对土石坝安全稳定性分析方法的探究和应用，为土石坝的安全设计和管理提供科学依据，提高工程的安全性和经济效益；3. 深入了解土石坝渗流及其对稳定性的影响规律，为水工、环境等领域的科研人员提供参考，促进相关学科的发展。
ANSYS命令流学习笔记19-液压渗透载荷在WorkBench中的应用
! ANSYS命令流学习笔记19-液压渗透载荷在workbench中的应用!学习重点：!1、液压渗透载荷Fluid-Pressure-Penetration气液密封的时候，密封性能取决于密封圈的接触压力。
在ANSYS中ramped施加压力载荷，即当施加气液压力越来越大时，接触压力不足以抵抗，接触状态和气液压分布均会改变，ANSYS通过SFE命令（SFE, ELEM, LKEY, Lab, KVAL, VAL1, VAL2, VAL3, VAL4），将气液压力施加在接触单元上，可以模拟这一过程。
当施加压力大于接触压力时，接触状态打开，打开部分受力为气液压力。
当施加压力小于接触压力时，接触状态仍为接触，接触压力保持不变，气液压力载荷为0。
施加过程：选取接触单元。
输入命令sfe,all,1,pres, ,5 !设定接触单元上施加5的压力注意接触单元分为CONTA和TARGE。
施加在哪个上面，有以下规则：A 柔-柔接触的对称接触（或者自接触），只能施加在CONTA上。
B 柔-柔接触的非对称接触，需要同时施加在CONTA和TARGE上，费时。
可以改为对称接触节省时间。
C 刚-柔接触，只能施加在CONTA上。
因为程序会自动在刚性TARGE上施加平衡力。
D MPC连接的单元，施加液压渗透载荷无效。
E 有时候同一面上定义了两个CONTA或TARGE单元，注意将液压渗透载荷清除至只有一个。
F 必要时打开非对称牛顿迭代进行收敛，NROPT,UNSYM。
接下来需要看看非对称是什么算法。
!2、液压渗透载荷的起点液压渗透载荷按加载路径扩展。
在迭代开始时，程序会自动寻找起始点，结合实际的接触状态确定液压加载点。
从起始点施加载荷，一直到实际接触部分。
而液压渗透载荷不能越过接触部分，到另一端，模拟密封情况。
有时候得手动定义加载起始点。
sfe,all,2,pres,,-1 !选中所有接触单元，-1表示删除其默认起点sfe,all,2,pres,,1 !选中起点附近的接触单元，1表示定义起点。
基于ANSYSAPDL语言的黄壁庄水库土坝渗流稳定分析(PDF X页)
最 臀」 景 臀」 母 哥」
二
,
相应 的边 界条件进行分析 元的死活
计 算精度
。
相应修 正边界条件后重新计算直到达到
由于 这种
。
“
定解 条件 为
住 一
。 。
,
死活
单 元技术的基本 对象
,
是单元
几
任
,
若 希望足够精度 和足 够光滑的浸润线
网
。‘ 。
格划分必 须足够密
卜
兀
单元 用
黄壁庄水库土 坝计算模型采用
,
随后于
,
世纪
年代逐 渐被
,
向渗流速度为 水量的函 数 所以在 流 问题
,
而 在浸润面 以上
,
引用到流体力学的领域 作为 二 向渗流问题考虑
土 体的压 缩性时
,
最早就是引用到稳定渗流 的分布为研 究对象 垂直剖面
二
,
一 般 可 假设为
。
即浸润线 以上 部分
,
一 般 以测压 管水头
不应参于计算
由于浸润线的位置 一 般是未知 的
,
、
城 市供水
,
、
养 鱼等综合 利
月开 始 兴
。 ,
集结构
。
热
、
流体
,
、
电磁
、
声学
用 的大型水利枢纽
,
总库容
亿 立 方米 黄壁庄 年
,
在
多年 的发展过程 中 是
,
不 断改
水库主 坝为水中填 土 均质坝 建
最 大坝高 长
, 。 ,
进 提高 功能不断增强
,
年 又 将主 坝 加高 至现坝 顶高程 坝顶宽
ANSYS在沥青混凝土心墙坝渗流分析中的应用
Ａｐｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ＡＮＳ ＹＳ ｉ ｎ Ｓ ｅ ｅ ｐａ ｇ ｅ Ａｎａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ Ａｓ ｐｈ ａ ｌ ｔ Ｃｏ ｎ ｃ ｒ ｅ ｔ ｅ Ｃｏ ｒ ｅ Ｗａ ｌ ｌ Ｄａ ｍ
ＮＯ Ｖ ．， ２ ０１ ４
ＡＮＳ ＹＳ在 沥 青 混 凝 土 心 墙 坝 渗 流 分 析 中 的 应 用
寇 甲兵 ， 米艳 芳 ， 杨 必娴
（ 云 南 省 水 利 水 电勘 测 设 计 研 究 院 ， 昆明 ６ ５ ０ ０ ２ １ ）
［ 摘 要］ 针 对 有 限元 软件 在 沥 青 混凝 土 心墙 坝渗 流场 分 析 中的 应 用进 行 了研 究。 沥 青混 凝 土结 构 以其极佳 的 防渗性 能 、 良好 的 自适应 变形 能力 等优 势 ， 被 越 来越 多的 工程 所 采 用 ， 而渗 流稳 定一 直 以来都被 认 为是 影响 土 石 坝安 全 运 行 的主要 控 制 因 素。 结合 工程 实例 ， 应 用有 限 元软件 对 沥青 混凝 土心墙 坝 的渗 流场进 行分 析 ， 对 其渗 流 稳 定情 况进 行 计 算 。 实例 应 用表 明 ， 将Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ有 限元 软件 应 用 于沥青 混凝 土心墙 坝 的渗 流 场分 析 ， 能较 直观 、 快速、 真 实地 反 映坝 体渗 流场 的 实际运行 情 况 ， 有 较 强的 工程 实用价值 。 ［ 关键词］ 渗流 场分析 ； 沥青 混凝 土 ； Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ有 限元 ； 心墙 坝
ｉ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ．Ａｓ ｐ ｈ ａ ｌ ｔ ｃ ｏ ｎ ｃ ｒ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ｈ ｏ ｗｅ ｄ ａ ｓ ｔ ｒ ｏ ｎ ｇ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｍｏ ｍｅ ｎ ｔ ｕｍ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈｅ ａ ｄ ｖ ａ ｎ— ｔ ａ ｇ ｅ ｓ ｏ ｆ ｉ ｔ ｓ ｅ ｘ ｃ ｅ ｌ ｌ ｅ ｎ ｔ ａ ｎ ｔ ｉ— ｓ ｅ ｅ ｐ ａ ｇ ｅ ｐ ｅ ｆｏ ｒ ｒ ｍａ ｎｃ ｅ， ｇ ｏ ｏ ｄ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ａ ｄ ａ ｐ ｔ ｉ ｖ ｅ ｄ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ，ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｈ ａ ｓ ｂ ｅ ｅ ｎ ａ ｄ ｏ ｐ ｔ ｅ ｄ ｂ ｙ ｍｏ ｒ ｅ ａ ｎｄ ｍｏ ｒ ｅ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉｎ ｒ ｇ，ｂｕ ｔ ｆ ｏ ｒ ａ ｌ ｏ ｎｇ ｔ ｉ ｍｅ，ｓ ｅ ｅ ｐａ ｇ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｈ ａ ｓ ｂ ｅ ｅ ｎ ｃ ｏ ｎ ｓ ｉ ｄ － ｅ ｒ ｅ ｄ ｔ ｏ ｂ ｅ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｉ ｎ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ ｏ ｆ ｉ ｎ ｌｕ ｆ ｅ ｎ ｃ ｉ ｎｇ ｓ ａ ｆ ｅ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｅ ａ ｒ ｔ ｈ ａ ｎ ｄ ｅ ａ ｒ ｔ ｈ—ｒ ｏ ｃ ｋ ｄ ａ ｍ． Ｃｏ ｍｂ ｉ — ｎ ｉ ｎ ｇ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｅ ｎｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉｎ ｒ ｇ ｅ ｘ ａ ｍｐ ｌ ｅ，ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｅ ｐ ａ ｇ ｅ ｏ ｆ ａ ｓ ｐ ｈ ａ ｌ ｔ ｃ ｏ ｎ ｃ ｒ ｅ ｔ ｅ ｃ ｏ ｒ ｅ ｗａ ｌ ｌ ｄ ａ ｍ
基于ANSYS的复杂地质条件下大型渗流场计算
ＡＤ Ｐ Ｌ 以下功 能 ：
（） １ 参数 ；２ 表达 式 和 函数 ； ３ 分 支 和循 环 ； （） （）
（） ４ 重复 功能 和复 写 ； ５ 宏 ； ６ 用户 子程序 。 （） （） ＡＤ Ｐ Ｌ有很 多 优 点 ， 中 之 一 是 可 以利 用 Ａ － 其 Ｐ
实现 干燥 区和饱 和 区进 行 联 立 统一 求 解 ， 免 了 干 避
方 程相 似 、 始条 件 与边 界条 件 的相 似等 特点。 初 Ａ Ｙ ＮＳ Ｓ中渗 流 场 与 温 度 场 各 种 相 应 量 比较 见 表
１ 一 ［
燥 区渗透 系数取 为 ０时导致 渗透 矩 阵奇异 而无法进
ＡＰ ＤＬ模 块 来 自动 迭代 计 算 出渗流 边 界 和 自由面 。
温 度 场 与渗 流场 之 间具有 理 论基 础 相 似 、 微分
为 了便 于 与结构 计算 网格 相 对 应 ， 算 中采 取 了 固 计 定 网格 法 （ 不变 网格法 ） 。其 中干燥 区（ 自由面 以上 的 区域 ） 的渗 透 系 数 取 很低 的值 （ 文 在具 体 计 算 本 时 ， 燥 区渗透 系数 取 １０Ｘ１ ｃ ／ ） 从 而 可 以 干 ． ０ ｍ ｓ，
３ ．四 川 电力 进 出 口公 司 ， 四川 成 都 ６ ０ ６ ） １０ １
摘
要： 利用 ＡＮ ＹＳ温度场分析模块计算大岗山水 电站复杂地质条件下的大型渗流场 ， Ｓ 取得了较好的效果 。
关键词 ： ＮＳ Ｓ软件； Ａ Ｙ 渗流场 ； 计算方法 ； 应用软件 ； 岗山水 电站 大
中图 法 分 类 号 ： Ｖ ２ ． Ｔ ２３６ 文 献 标 识码 ： Ｂ 文章 编 号 ：０ ３—９０ （ ００）４—０ ２— １０ ８５ ２ １ ０ ４ ０ ４ ０
ANSYS在土石坝防渗加固分析中的应用
ANSYS在土石坝防渗加固分析中的应用土石坝是一种常见的水利工程结构，用于蓄水或防洪目的。
土石坝防渗加固是土石坝设计中非常重要的一环，其主要目的是防止坝体内的水从坝体内部泄漏出去，影响坝体的稳定性和使用寿命。
在土石坝防渗加固设计中，ANSYS软件可以发挥重要的作用。
1.坝体内水压分析：土石坝在蓄水或雨水侵蚀的情况下，坝体内部会产生水压力。
通过ANSYS软件可以对坝体内部的水压力进行分析，包括水压的大小、分布情况等。
这些信息对于设计合适的防渗加固措施非常重要。
2.渗流路径分析：土石坝防渗加固的设计需要准确地预测坝体内水的渗流路径。
通过ANSYS软件可以建立数值模型，模拟坝体内水通过不同部位的渗流路径，找出可能的渗漏点和路径，为加固设计提供参考。
3.加固材料力学性能分析：土石坝防渗加固通常涉及到各种加固材料，如混凝土、聚合物和土工合成材料等。
通过ANSYS软件可以对这些材料的力学性能进行分析，包括强度、刚度、变形等，为加固设计提供依据。
4.加固结构设计优化：在土石坝防渗加固设计过程中，需要确定合适的加固结构形式和参数。
通过ANSYS软件可以建立不同加固结构的有限元模型，进行受力分析和设计优化，找出最优的加固方案。
5.加固效果评估：在加固完成后，需要对加固效果进行评估。
通过ANSYS软件可以对加固后的土石坝进行受力分析和模拟，评估加固效果，判断是否满足设计要求。
综上所述，ANSYS在土石坝防渗加固设计中的应用具有重要意义。
通过ANSYS软件的分析和模拟，可以帮助工程师更准确地了解土石坝的受力和渗流情况，设计出更科学、安全、经济的防渗加固方案。
在实际工程应用中，工程师们可以借助ANSYS软件的强大功能，提高土石坝防渗加固设计的效率和可靠性，确保土石坝的安全运行和长期稳定性。
ANSYS在隧道渗流计算中的应用_郝晨琦
开 发 应 用ANSYS在隧道渗流计算中的应用郝晨琦１刘福胜２（１．深圳高速工程顾问有限公司，广东 深圳 ５１８０３４；２．华南理工大学，广东 广州 ５１０６４１） 摘 要：针对无压稳定渗流场，根据温度场与渗流场在理论基础、微分方程和边界条件方面具有极大的相似性，可以利 用ＡＮＳＹＳ热分析功能对其进行模拟计算。
以方斗山隧道为实例，运用ＡＮＳＹＳ参数化语言编程，通过程序迭代计算，得出了 渗流自由面，整个模型和衬砌的渗流量随注浆圈渗透系数的变化规律，并证实围岩注浆圈可使衬砌渗流量明显减少 ，对 隧道的设计施工具有一定的参考意义。
关键词：ＡＮＳＹＳ；渗流场；渗流量；浸润面；注浆圈 ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－６３９６．２０１０．１３．０１８ Application of ANSYS in Tunnel Seepage Calculation １ ２ ＨＡＯ Ｃｈｅｎ－ｑｉ ，ＬＩＵ Ｆｕ－ｓｈｅｎｇ （１．ＳｈｅｎＺｈｅｎ Ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｎｓｕｌｔａｎｔｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，ＳｈｅｎＺｈｅｎ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ ５１８０３４；２．Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＧｕａｎｇＺｈｏｕ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ ５１０６４１） Abstract:Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｇｒｅａｔ ｓｉｍｉｌａｒｉｔｙ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆｉｅｌｄ ａｎｄ ｓｅｅｐａｇｅ ｆｉｅｌｄ ｉｎ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ，ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｅｑｕａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｂｏｕｎｄａｒｙ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ＡＮＳＹＳ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｔｈｅ ｎｏｎ－ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｔａｂｌｅ ｓｅｅｐａｇｅ．Ｔｈｅ ｓａｔｕｒａｔｅｄ ｓｕｒｆａｃｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｌａｗ ｏｆ ｗｈｏｌｅ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｌｉｎｉｎｇ ｓｅｅｐａｇｅ ｆｌｏｗ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｃｉｒｃｌｅ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｉｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｔａｋｅ Ｆａｎｇｄｏｕｓｈａｎ ｔｕｎｎｅｌ ａｓ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ，ｕｎｄｅｒ ｕｓｉｎｇ ＡＮＳＹＳ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｌａｎｇｕａｇｅ．Ｉｔ ｐｒｏｖｅｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｃｉｒｃｌｅ ｃａｎ ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｓｅｅｐａｇｅ ｆｌｏｗ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｌｉｎｉｎｇ，ａｎｄ ｈａｓ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｖａｌｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｕｎｎｅｌ． Key words: ＡＮＳＹＳ；Ｓｅｅｐａｇｅ ｆｉｅｌｄ；Ｓｅｅｐａｇｅ ｆｌｏｗ；Ｓａｔｕｒａｔｅｄ ｓｕｒｆａｃｅ；Ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｃｉｒｃｌｅ１引言边界条件的相似性，为利用ＡＮＳＹＳ热分析模块来求解渗流问 题提供了依据。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第2章水工流体力学问题的ANSYS模拟ANSYS软件具有专门针对流体的计算模块，可以模拟理想流体的流动、稳定和非稳定渗流。
本章主要介绍利用ANSYS进行简单的渗流分析和流体分析。
2.1 水工渗流场模拟需要指出的是，在ANSYS中并不存在专门的渗流分析模块，但由于渗流场与温度场的有限元计算公式相同，因此可以利用ANSYS中的热分析模块进行分析，只需相应参数对应采取即可。
鉴于问题的复杂性，这里仅用一个重力坝的例子进行分析。
2.1.1 数值模拟对象考虑混凝土大坝下水的渗流。
假定坝下土壤的渗流系数K约为每天15米，即K＝15m/天，试确定该土壤的渗流速度分布。
本问题为一个稳态渗流问题，可以利用ANSYS的稳态热传导进行分析。
2.1.2 有限元模型本问题中，考虑混凝土坝体不透水，渗流主要发生在坝基部分，因此，模型仅涉及坝基，具体建模过程如下：1．模型的定义启动ANSYS，设置好文件夹及文件名；2．设置分析类型点击Preferences，在弹出的对话框中选择Thermal，选择热分析，点击OK；随后进入前处理模块：Main Menu>PreProcessor；3．设置单元类型对于二维渗流（热）分析，采用Plane55单元。
Element Type>Add/Edit/Delete…，弹出对话框：4．定义材料参数稳态渗流分析中，主要设置材料的渗透系数（本问题中，坝基材料的渗透系数为K ＝15m/天，其对应热分析中的热传导系数）。
设置方法如下：Material Props>Material Models …，弹出对话框中：5．建立数学模型本问题中，通过创建关键点，再由关键点直接生成二维（坝基）面。
●在命令行中，分别输入关键点命令，生成关键点：K,1,0,0；K,2,5,0；K,3,9,0；K,4,16,0；K,5,16,4；K,6,16,5；K,7,9,5；K,8,9,4；K,9,5,4；K,10,5,5；K,11,0,5；K,12,0,4●连接关键点生成面Modelling>Creat>Areas>Arbitary>Throuth KPs…，弹出点选择对话框：8，9）、（3，4，5，8）、（8，5，6，7）、（12、9，10，11），生成其它四个面。
6．划分网格指定面的属性这里，仅有一种材料和一种单元，采用默认值。
Meshing>Mesh Attribute>All Areas…，弹出对话框中，默认设置，点击OK。
指定线划分密度选定所有的线，指定单元长度为1。
Meshing>Mesh Tool划分网格Meshing>Mesh Tool，在弹出的对话框中：2.1.3 稳定渗流计算首先进入求解模块：Main Menu>Solution。
1．指定渗流边界条件对于渗流而言，存在多种边界条件，包括流量、水头、流速等。
本问题中为水头边界条件，及上游水头为10m，下游水头为0.5m（ANSYS中对应为温度边界条件），对于不指定的边界默认为不透水边界（本问题中假定模型左右两侧、底部及坝底为不透水）。
具体做法为：点击Define Loads>Apply>Thermal>Temperature>On Nodes，弹出点选择对话框：指定上游边界如上图，框选上游河床底节点，点击OK后，弹出下面对话框，Lab2框中选择TEMP，在VALUE中输入10，点击Apply，完成上游边界指定。
指定下游边界如下图，框选下游河床底节点，点击OK后，弹出下面对话框，Lab2框中选择TEMP，在VALUE中输入0.5，点击Apply，完成上游边界指定。
2．求解点击Solve>Current Ls，完成求解。
3．计算结果查看进入后处理模块：Main Menu>General PostProc。
●查看水头等值线分布Plot Results>Contour Plot>Nodal Solu…，弹出对话框：●查看渗流梯度等值线分布Plot Results>Contour Plot>Nodal Solu…，弹出对话框：查看渗流速度矢量分布Plot Results>Vector Plot>Predefined …，弹出对话框：查看渗流速度沿路径A-B 的分布Path Operations>Define Path>By Nodes…，弹出节点选择框，依次点选A 到B及AB之间的节点，从而创建名为AB的路径PATH。
映射数据到路径AB上：Path Operations>Map Onto Path…绘制AB路径上的渗流速度变化：Path Operations>Plot Path Item>On Graph…点击或保存文件。
2.2 理想流体的流动在管道（隧洞或其它类型管道）内流动的液体可以分成两种不同的运动形式：层流和紊流。
根据著名的雷诺试验，在层流的情况下，当染色液进入导管中时，将看到导管中有一条平直的有色线束，并且各液层互不掺混；而紊流则不同，在紊流情况下，相邻液层互相掺混。
ANSYS中可以利用热分析模块进行理想流体的流动。
2.2.1 数值模拟对象考虑绕圆柱体流动的理想空气流，如下图。
圆柱体直径为5cm，空气流的靠近速度U＝10cm/s，计算圆柱体周围的速度分布（假定空气在圆柱体周围5倍直径的范围内，其上游和下游的自由流动速度相同）。
2．设置分析类型点击Preferences，在弹出的对话框中选择Thermal，选择热分析，点击OK；随后进入前处理模块：Main Menu>PreProcessor；3．设置单元类型对于二维渗流（热）分析，采用Plane55单元。
Element Type>Add/Edit/Delete…，弹出对话框：4．定义材料参数稳态渗流分析中，主要设置材料的渗透系数（对应热传导系数KXX）。
设置方法如下：Material Props>Material Models…，弹出对话框中：5．建立数学模型本问题中，主要建立一个扣除圆柱（面）的举行流动区域。
可以通过建立一个矩形面和实体圆，通过布尔操作，扣除该圆。
具体做法如下：●建立举行区域Modelling>Create>Areas>Rectangle>By Dimensions…●建立实体圆Modelling>Create>Areas>Circle>Soild Circle…●通过布尔操作扣除圆Modelling>Operate>Booleas>Substract>Areas，弹出面选择框：⏹先选择举行面，点击OK；⏹再选择圆面，点击OK；6．网格划分●指定面属性这里，仅有一种材料和一种单元，采用默认值。
Meshing>Mesh Attribute>All Areas…，弹出对话框中，默认设置，点击OK。
划分网格本文问题中采用指定划分精度的自由划分方式。
Meshing>Mesh Tool…，在弹出的对话框中作如下设置后，点击Mesh；在弹出的面选择对话框中，点击Pick All，即完成网格划分。
2.2.3 理想流计算首先进入求解模块：Main Menu>Solution。
1．设置边界条件本问题中，主要是左右两侧边界上的流体速度边界。
Define Loads>Apply>Thermal>Heat Flux>On Lines…，弹出线选择框，选择左侧边界线后，点击Apply，在弹出的对话框中VALI中输入10，单击OK即完成左侧边界的设置。
Define Loads>Apply>Thermal>Heat Flux>On Lines…，弹出线选择框，选择右侧边界线后，点击Apply，在弹出的对话框中VALI中输入-10，单击OK即完成左侧边界的设置。
2．求解Solve>Current Ls 。
3．计算结果的查看首先进入后处理模块：Main Menu>General PostProc 绘制流速矢量图绘制沿不同路径的流速分布按下图设置AB 和CD 两个路径，绘制沿AB 和CD 的速度变化曲线。
PathA和B的两个节点后点击OK，弹出对话框；Path Operation>Define Path>By Nodes…，弹出节点选择框，点选靠近C 和D的两个节点后点击OK，弹出对话框；●绘制沿路径AB的流速分布⏹首先读入路径AB：Path Operations>Recall Path…，在弹出的对话框中AB后，点击OK。
⏹将数据映射到路径Path Operations>Map Onto Path…，在弹出的对话框中：⏹绘制曲线Path Operations>Plot Path Item>On Graph…，在弹出的对话框中：●绘制沿路径CD的流速分布⏹首先读入路径CD：Path Operations>Recall Path…，在弹出的对话框中AB后，点击OK。
⏹将数据映射到路径Path Operations>Map Onto Path…，在弹出的对话框中：⏹绘制曲线Path Operations>Plot Path Item>On Graph…，在弹出的对话框中：。