大坝内应力分析

有限元论文

大坝的应力分析与优化

福建工程学院

姓名：王立友

学号：0607104205 专业：勘查技术与工程班级：0702班

指导老师：张士元

2010-4-26

大坝的应力分析与优化

————函数加载法分析

前言：

重力坝是一种古老而重要的坝型，主要依靠坝体自身重力来维持坝身的稳定。岩基上重力坝的基本剖面呈三角形，上游面通常是垂直的或者稍微倾向下游的三角形断面。重力坝具有诸多优点，比如安全可靠，结构作用明确，应力计算和稳定分析比较简单等。但是坝体是要承受重力和不断变化的长期作用的水压力，为确保工程和人民的财产安全，坝体的稳定可靠。需要对大坝进行应力分析

有限元单元法作为一种数值计算方法，在工程分析领域中应用较为广泛，自20世纪中叶以来，以其独有的计算优势得到了广发的发展和应用，已出现了不同的有限元算法，并由此产生了一批非常成熟的通用和专业有限元商业软件。随着计算机技术的飞速发展，各种工程软件也得到了广发的应用。本文我们将采用一种有限元软件对大坝的应力进行分析。

1.研究对象：

有一大坝水面高度25m，坝体上端

宽度10m，下端宽度20m，坝体材料的

弹性模量为50GPa，柏松比为0.3。然后

将坝体改进，在大坝的底部设置一个坡

度，对大坝的应力进行分散。如有图所

示

2.研究目的：

试对两种坝体的水坝进应力分析，

来判断两种坝体的安全可靠性。进行优

化选择。

3.研究手段：

利用有限元对其进行分析，该问题

属于线性静力学问题。由于坝体的跨度大

于其他方向上的尺寸，因此在分析工程中

按照平面应变问题求解，同时由于坝体内

侧水的压力是梯度分布的，所以我采用函

数加载法施加荷载。

4.研究过程：

a．建立有限元模型，并设定单元类型8

node 82，以及弹性模量和柏松比等材

料属性。

b．创建建和模型，采用直接建模的方

法，直接建立节点和单元。创建大坝

的关键点，生成面。

c．划分网络格。对关键点和关键线进行网络格密度控制。并且对坝体进行约束。设置约束对象。

d．加载求解。首先我们对大坝的应力进行函数转化，通过函数加载法进行求解，设应力函数为PRES=9800*{Y}-9800*25。将函数荷载施加于坝体，对坝体进行加载求解。

e．查看显示结果，最终得到坝体的合位移等值线和等效应力场等值线。两种坝体的结果如下图所示

合位移等值线图（上两图）

等效应力场等值线图（上两图）

5.讨论分析：

两种模型对比分析总结

两种模式对比我们可以得到一下三条结论：

A．上游坡坡度即α值的改变对上游坡面的应力分布影响比较大。

B．当有坡度时，可利用上游水面的重力帮助稳定大坝减小上游坡面坝底应力，并在拐点处产生较大的应力，当α减小到一定程度后拐点可能由于应力集中而产生破坏。

C．当无坡度时，坡面仅在上游坡面坝底产生应力集中但是坝底处的应力值比其他模型都更大容易使坝底处产生破坏。

因此应该合理的控制上游坡面坡度α，使其应力分布使坝体所受应力分散，进而使坝体承载力充分发挥，达到尺寸的优化。

6.总结：

本文应用有限元对大坝进行函数加载的方法求解大坝的位移变形及应

力场分布情况。等到了比较精确的求解。从不同坝体形状的改变对坝体进行优

化设计。从分析求解的过程中我们也发现，有限元分析是用较简单的问题代替

复杂问题后再求解。这个解不是准确解，而是近似解，由于大多数实际问题难

以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成

为行之有效的工程分析手段。