拱坝与坝基有限元网格参数化剖分
程序示例
1、概 述:
拱坝是水工三种主要建筑中最省材料、最优美的一种坝型。本程序可实现拱坝与地基组合结构的自动网格剖分,并进行三维显示。拱坝与坝基的网格均采用参数化剖分实现,适合于材料均匀、河道方向结构无变化的地基。模型与剖分参数采用读取文件方式输入。程序采用c++语言编制,绘图采用opengl库函数。成果图如下:(以溪洛渡大坝示例)
注:给定拱坝设计参数文件,使用本程序可在1分钟内自动实现拱坝与坝基的自动建模及有限元网格剖分。
图1 成果图
2、基本剖分思路:
首先对拱坝进行剖分;
将坝基划分为左岸、右岸、底部基础,对三部分基础分别进行剖分;
将拱坝、左岸基础、右岸基础、底部基础合并,消除重合节点。
3、剖分步骤:
第1步、剖分拱坝
以拱厚方向网格数、拱圈高程方向网格数、梁向网格数为基本参数:
图3 拱坝有限元网格图
根据需要设置不同的网格剖分参数,可获得不同疏密程度的网格。
第2步、剖分基础
左岸基础剖分,如图所示,以左岸延伸长度、左岸网格数、底部延伸长度、底部网格数为参数,首先剖分基础与拱坝相连接的部分,
以河道上游延伸长度、上游网格数、下游延伸长度、下游网格数为参数,将左岸部分拉伸,
右岸基础剖分,与左岸类似,如图所示,以右岸延伸长度、右岸网格数、底部延伸长度、底部网格数为参数,首先剖分基础与拱坝相连接的部分,
以河道上游延伸长度、上游网格数、下游延伸长度、下游网格数为参数,将右岸部分拉伸,
剖分大坝底部基础,并向上下游拉伸,拉伸长度和网格数与左右岸基础参数相同,
第3步、组合网格
合并有限元网格,并消除重合节点:
左岸地基 |
大坝与底部地基 |
右岸地基 |
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图9 组合有限元网格
4、附 录
附1:剖分参数
拱坝剖分参数:
拱圈左岸上游、下游曲线剖分网格数(上游、下游相同)
拱圈右岸上游、下游曲线剖分网格数(上游、下游相同)
拱厚方向剖分网格数
拱圈之间高程方向剖分网格数(nCircle:拱圈数;Sn数组大小比拱圈数小1)
地基剖分参数:
左、右岸基础沿两岸方向延伸长度,延伸剖分网格数(左、右岸相同)
大坝底部基础方向延伸长度,延伸剖分网格数
大坝左、右岸基础沿上游方向延伸长度,延伸剖分网格数(左、右岸相同)
大坝左、右岸基础沿下游方向延伸长度,延伸剖分网格数(左、右岸相同)
附1:有限元结果云图
拱坝与地基物理场云图
拱坝物理场云图
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