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大型水工渡槽动力分析计算讨论

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duoxinzhang 发表于 2009-2-10 16:09:38 | 显示全部楼层 |阅读模式
各位同仁:

     随着南水北调中线工程的上马,渡槽工程的设计的施工及研究越来越重要,中线穿越河北等地震区,为此大型水工渡槽的抗震、减震及抗风技术的核心问题是渡槽结构的动力学问题,而大型渡槽的动力学问题实属FSI的动力学问题,其重要特征是槽内水体和槽体固体两相介质相互作用。一般流固耦合系统方程的特点是定义域同时有流体域和固体域,未知变量无法在固体域或流体域中单独求解。为此,国内外学者,曾采用附加质量法(westergaard H.M)、质量-弹簧模型(Housner理论)、流体位移有限元模式和任意的拉格朗日欧拉(ALE)法来建立流固耦合的模型。但是,westergaard H.M1931年研究地震作用于坝面的动水压力问题时给出的附加质量模型的条件是:假设坝体的挡水面是刚性垂直的、水深为常量、库水向上游无限延伸以及地震动为水平简谐振动等Housner1957年假设流体不可压缩,流体微团运动速度小到足以忽略速度的二次以上的项,根据势流理论得出单位厚度矩形容器内水体对容器壁的脉冲压力和对流压力的等效质量-弹簧模型。由于水工渡槽断面的多样性和地震动激励的随机性,前述两种模型的假定条件在各种类型的水工渡槽动力学问题中无法实现,且前述两种模型只能考虑水体对槽体的一阶作用,而无法考虑槽体的变形对水体的影响,因渡槽结构是空间薄壳柔性结构,槽体变形会明显影响水体和槽体的相互作用,故在水工渡槽动力学问题中采用附加质量模型和质量-弹簧模型将会带来很大误差,甚至使计算结果失真。流体位移有限元模式则以流体位移为待求未知量,流体与结构均为位移计算格式,流-固交接边界易于处理,容易应用标准的有限元程序,但待求未知量的个数较多,占用的计算机内存较多,且容易产生伪模态。采用的ALE方法,考虑了流固耦合问题的非线性大晃动特征,建模较为复杂,不便工程应用。以水体无粘、可压缩和小扰动,水体表面运动为小波动,固体为线弹性为条件,建立了FSI系统的位移压力有限元格式,给出流固耦合系统的动力特性方程;并基于FSI系统计算动力特性和响应。


    上述各种方法的优劣请各位同仁发表高解。
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 楼主| duoxinzhang 发表于 2009-2-11 15:32:23 | 显示全部楼层
今天有空查了一些资料: 附加质量法主要是武水的高正农做过一些计算分析;弹簧质量模型文献较多,有郑州大学的陈淮;兰州理工的季日臣;西安理工的刘云贺等,ALE的主要有华南理工的吴轶,流体位移模式有同济的楼梦麟等,压力位移自由度格式的华北水利水电学院的张多新等人,大家讨论讨论吧。
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 楼主| duoxinzhang 发表于 2009-2-12 21:29:09 | 显示全部楼层
今天在Elsevier中看到了吴轶大家的文章,摘要放在这里了,全文因版权问题不能上传,要有同仁需要留下联系邮箱。
Study on dynamic performance of a three-dimensional high frame supported
U-shaped aqueduct
Yi Wua, Hai Hong Mob,∗, Chun Yangb
a Department of Civil Engineering of Guangzhou University, Guangzhou 510405, PR China
b Department of Civil Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510640, PR China

Abstract
In this paper, the dynamic characteristics of a three-dimensional high frame supported U-shaped aqueduct are studied, in which the Arbitrary
Lagrangian Eulerian (ALE) method is applied to simulate the interaction effects, the large amplitude sloshing effects of water and effects on
the aqueduct structure, coupling effects between the 3D high frame-supported aqueduct and water in it. Results of researches show that external
actions induced large water sloshing effects will greatly change the distribution and the value of hydrodynamic pressures and stresses in the
aqueduct. Especially for the prestressing aqueduct structures, strong water sloshing in the aqueduct will not only greatly affect the effectiveness
of the arrangement of prestressing steel bars, but also lead to crack or fatigue crack in the aqueduct. Therefore hydrodynamic pressure should be
included as an important external load in the aseismatic design of a large-scale aqueduct structure, which has been neglected in normal design and
seismic analysis of aqueduct structures because of limited dynamic researches.
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yanqing60 发表于 2016-6-17 03:11:01 | 显示全部楼层
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