基于ANSYS Workbench的水电站坝后浅埋管有限元分析及优化

题名	基于ANSYS Workbench的水电站坝后浅埋管有限元分析及优化
作者	马鹏强
导师	赵廷红
答辩日期	2019
学位名称	硕士
关键词	压力管道 ANSYS Workbench 有限元分析模态分析优化设计
摘要	本文基于数值模拟法,以位于青海省尖扎县与化隆县的交汇处的李家峡水电站的坝后浅埋管作为研究对象,通过运用ANSYS Workbench大型有限元分析软件,建立李家峡水电站坝后浅埋管三维模型和有限元模型,对浅埋管进行静力学分析以及模态分析,分析浅埋管管身的应力、应变以及振动特性。其次结合分析得到的管身应力、应变与振动特性,以钢衬厚度、钢筋折算厚度为设计变量,以其最大等效应力、最大变形量、钢衬和钢筋总体积为目标函数建立优化设计的数学模型,对浅埋管进行响应曲面优化分析,验证改进后设计方案的可靠性,对比优化前后的工程量和造价,分析其经济性。本文的主要研究内容和结论如下:(1)介绍有限元分析法的基本概念、有限元分析法的独有特点及有限元分法的具体分析过程,分别总结概括ANSYS Workbench软件的简介、特点、分析的基本过程,以及在ANSYS Workbench软件中对应材料的选取方法和钢筋混凝土有限元模型中钢筋的三种处理方式。(2)以坝后浅埋管的具体实际情况为依据,确定了完建期工况、正常运行期工况以及校核工况三种工况,对压力管道管身进行三维非线性有限元仿真分析,并根据对计算成果——管身应力、应变云图的分析,参考不同工况下浅埋管管身每个地方的受力,得出浅埋管管身最大拉、压应力均远未超过其设计值,有较大的富余,管身较不利工况出现在校核期工况。其次对压力管道在水电站正常运行工况下进行模态分析,可知水电站在相同机组型号和开机台数工况下运行时,压力管道管径并未产生剧烈振动,压力管道2阶频率为26.2152Hz,而压力管道的固有频率为30.239Hz,固有频率大于2阶频率,虽然该压力管道不会发生共振,但是两者相离很近,故在后文优化设计中尽量提高压力管道的固有频率,但也应该远离其三阶固有频率42.516 Hz,最好在两者加权平均数左右,即把压力管道固有频率设计在34.000 Hz左右。(4)结合ANSYS Workbench数值模拟得到的管身应力值以及振动特性,对坝后浅埋管初始结构断面进行优化设计,通过比较和优化设计前后压力管道的工程量和成本,可以发现优化后的浅埋管结构是安全的,而且还可以大大降低工程量和工程造价,经济效益非常可观。
页数	61
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语种	中文
收录类别	CNKI
中图分类号	TV73
文献类型	学位论文
条目标识符	https://ir.lut.edu.cn/handle/2XXMBERH/95432
专题	兰州理工大学
作者单位	兰州理工大学
第一作者单位	兰州理工大学
推荐引用方式 GB/T 7714	马鹏强. 基于ANSYS Workbench的水电站坝后浅埋管有限元分析及优化[D],2019.