文档介绍：2004 ANSYS 中国用户论文集
外掺 MgO 砼快速筑拱坝三维有限元仿真分析程序
罗军杨光华袁明道
广东省水利水电科学研究院
朱以文顾伯达李伟
武汉大学土木建筑工程学院

[ 摘要] 以 ANSYS 通用软件为基础,应用 APDL 语言进行二次开发而成的《外掺 MgO 砼快速筑拱坝三维
有限元仿真分析程序》,分前、后处理和计算求解器 3 部分,综合模拟拱坝施工、运行中的各类
参数变化,易于修改、调整,是对拱坝设计、施工进行深入研究的一个良好平台。本文对该程
序的主要原理、功能、流程进行了较为详细的开发介绍。
[ 关键词] 三维有限元仿真程序外掺 MgO 砼拱坝 ANSYS 开发
1. 前言
广东省阳春长沙拱坝是我国也是世界上第一座应用外掺 MgO 砼不分横缝快速筑拱坝新
技术的工程实例。该项新技术的成功应用,在快速筑坝技术研究和经济效益方面取得显著进
步。
广东省水利厅十分重视该项技术的总结和完善工程应用技术研究的工作,为此“外掺
MgO 砼快速筑坝技术应用研究”课题列为 2001 年度广东重点水利科研项目。《外掺 MgO 砼
快速筑拱坝三维有限元仿真分析程序》研制即属于该课题中“设计技术研究”的主要内容
之一。
本程序是由武汉大学土木建筑工程学院和广东省水利水电科学研究院于 2001 年 3 月
-2002 年 12 月期间,不断完善共同完成的。程序可完整地实施外掺 MgO 快速筑拱坝过程的
时变温度场和相应的应力/位移场的仿真计算,并可方便地变换施工参数、材料参数来研究
施工期和运行期的工作性态,可作为拱坝工程设计分析的工具之一。
程序在研制过程中,相关的阳春长沙拱坝阶段研究计算成果与清华大学有限元法仿
真、北京勘测设计院陈正作的拱梁法仿真的研究成果作了对比、验证,同时结合原型监测资
料、试验成果也作了必要的对比分析,程序的可靠性得到了一定的论证;程序在后期曾应用
于广东省坝美拱坝实例和粤北某 123 米的高拱坝剖析工程的仿真计算,有关成果并与广东省
水电勘测设计研究院的相关成果作了对比,使程序的实用性和可靠性得到了进一步论证。
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2004 ANSYS 中和计算速度,对于超过130米以上高度的拱坝,由于其单元、节点数、
相应施工期、计算步骤、输出结果容量都会大量增加,本程序的计算过程可能大到计算机无
法处理的地步,因此,建议本程序主要用于130米以下坝高的外掺MgO砼不分横缝快速筑拱坝
三维有限元仿真计算。
2. 开发平台及其特点
50 年代中期至 60 年代末,有限元法出现并迅猛发展,由于当时理论尚处于初级阶段,计
算机的硬件及软件也无法满足需求,有限元法和有限元程序无法在工程上普及。到 60 年代
末 70 年代初开始出现了大型通用有限元程序,它们以功能强、用户使用方便、计算结果可
靠和效率高而逐渐形成新的技术商品,成为工程结构强有力的分析工具。ANSYS 软件就是其
中的佼佼者。以 ANSYS 为代表的工程数值模拟软件,不断吸取计算方法和计算机技术的最新
进展,将有限元分析、计算机图形学和优化技术相结合,已成为解决现代工程学问题的必不
可少的有力工具。
《外掺 MgO 砼快速筑拱坝三维