收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

裂纹内水压对重力坝断裂特性影响的研究

刘钧玉  
【摘要】: 在实际工程中,混凝土坝等结构由于温度、地震、干缩等原因不可避免地会出现表面裂纹,裂纹的出现改变了坝体的受力状态,并在裂纹尖端将产生较大的应力集中现象,对坝和结构的安全造成不利影响。水库蓄水以后裂纹内的水压力作用将引起额外的材料损伤而降低结构抵抗开裂的能力。尽管人们已经认识到裂纹内水压可能改变结构的抗力强度,但是由于缺少现场实测、实验室试验、数值分析的数据,裂纹内水压力对结构的影响仍然是结构设计和安全评价中的一个不确定因素。因此,研究裂纹内水压力对结构安全性的影响将具有重要的意义。 比例边界有限元法(Scaled Boundary Finite Elemem Method,简称SBFEM)是最近发展起来的一种新的数值方法,它不仅集合了传统有限元法和边界元法的优点,同时具有自己独特的优势。首先,它只需离散部分边界使问题降低一维,从而减小了计算工作量以及前处理的工作量。其次它避免了基本解求解的复杂性和奇异积分,可以方便地处理各向异性材料。在无限域模拟方面,它精确满足无穷远处的辐射条件,且不需要增加任何计算量就能够方便地模拟一类非均质无限地基。在断裂力学方面当相似中心选在裂尖处时裂纹面不需要离散,且在径向位移和应力具有完全精确的解析解,使得裂纹尖端应力强度因子的计算既准确又方便,处理应力奇异性问题是比例边界有限元法的另一个突出优点。 本文应用比例边界有限元法在断裂力学应用中的优势,联合子结构法(超单元)对弹性多裂纹问题进行了分析,进一步推广了比例边界有限元法的应用范围,使得应用比例边界有限元法分析水坝的水力劈裂问题成为可能。由于比例边界有限元法具有半解析的特点,对于一大类体荷载和面荷载可以解析地求解不需要引入额外的近似,本文建立了含裂纹内水压的重力坝应力强度因子的比例边界有限元计算方程,该方程由二阶齐次常微分方程转变为二阶非齐次常微分方程,求解方法发生一定的变化,通过典型算例验证了收敛性和精度。并计算了正交异性材料,双材料交界面及多裂纹有裂纹面荷载作用情况下的应力强度因子。最后研究了不同裂纹长度、不同水压分布、不同坝体坝基弹模比的情况下应力强度因子的变化规律,得到一些有意义的结论。 在研究坝体的地震响应时,通常要研究无限地基对坝体响应的影响,一般计算公式中只包含了弹性刚度与阻尼项,而忽略了迟滞效应。本文应用比例边界有限元方法建立了考虑迟滞效应影响的无限地基动力相互作用方程。通过一种新的高阶透射边界对无限地基进行模拟。该透射边界是基于无限域动力刚度矩阵的连分式解形式。连分式的系数通过以动力刚度矩阵表示的比例边界有限元方程递推计算。数值算例验证了该透射边界的收敛性,并与解析解进行比较表明该方法具有较高的精度。并将该透射边界应用于重力坝—地基—库水系统动力分析,将计算结果与工程上常用的无质量地基进行了对比。该方法可以方便有效的进行二维和三维大型结构—地基相互作用分析。 在以上研究的基础上,本文充分利用比例边界有限元法在结构—地基相互作用分析中及断裂力学中应用的两大优势,对重力坝—地基—库水系统进行了动态断裂分析,给出了裂纹尖端应力强度因子时程变化规律,以及坝体的最大应力分布。表明比例边界有限元法可以有效应用于坝体的动态断裂分析。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 姜风春,刘瑞堂,张晓欣;三点弯曲试样动应力强度因子求解的振动分析方法[J];工程力学;2002年04期
2 胡卫华,吕运冰;周期性Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹的应力强度因子[J];武汉理工大学学报(交通科学与工程版);2002年01期
3 薛孟君,刘跃进,杨班权;胶补加筋板应力强度因子及胶层剪应力计算[J];力学与实践;2003年05期
4 董世明 ,汪洋 ,夏源明;中心裂纹圆盘集中载荷作用下的应力强度因子[J];中国科学技术大学学报;2003年03期
5 梁拥成,刘一华,刘小妹;一种确定应力强度因子的数值方法[J];合肥工业大学学报(自然科学版);2003年04期
6 刘金才,刘义山,王晓华;三角形截面管裂纹的应力强度因子[J];沈阳工业大学学报;2003年04期
7 苗一,谢禹钧;拉伸工字形截面梁腹板中心裂纹的应力强度因子[J];石油化工高等学校学报;2003年03期
8 谢禹钧,刘晓君,王晓华;复合结构圆柱钱币裂纹的应力强度因子[J];机械强度;2004年01期
9 董世明,夏源明;中心裂纹圆盘应力强度因子的测试误差分析[J];实验力学;2004年03期
10 郭树祥,许希武;任意多孔多裂纹有限大板的应力强度因子分析[J];固体力学学报;2005年03期
11 姚河省;米建龙;王海龙;;关于正交异性材料I型裂纹的应力强度因子的探讨[J];太原科技大学学报;2005年04期
12 陈勇;宋迎东;高德平;范绪箕;;热、机械载荷作用下夹杂对应力强度因子的影响[J];计算力学学报;2005年06期
13 敖涛,白象忠,郑坚,刘俊杰,刘思远;具有中心裂纹载流薄板拉伸时的应力强度因子[J];燕山大学学报;2005年01期
14 郭树祥;许希武;;任意多椭圆孔多裂纹无限大各向异性板应力强度因子求解的一种新方法[J];计算力学学报;2006年01期
15 郭树祥;许希武;;任意多椭圆孔多裂纹无限大板的应力强度因子与M积分[J];固体力学学报;2006年01期
16 谢禹钧;王晓华;王伟;徐立志;;拉伸环向周期裂纹管的应力强度因子[J];工程力学;2006年06期
17 姜翠香;李卓球;李克勤;;有限加筋板边界效应对应力强度因子的影响[J];武汉理工大学学报;2006年07期
18 徐慧;伍晓赞;程仕平;李燕峰;龙朝辉;邓超生;;复合裂纹的应力强度因子有限元分析[J];中南大学学报(自然科学版);2007年01期
19 彭自强;彭少民;;数值方法计算应力强度因子的稳定性问题研究[J];武汉理工大学学报;2007年S2期
20 樊鸿;张盛;;求解应力强度因子的单元初始应力法[J];武汉理工大学学报;2008年11期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王灿;孙士勇;陈浩然;;无网格法分析双材料中裂纹位置对应力强度因子的影响[A];复合材料——基础、创新、高效:第十四届全国复合材料学术会议论文集(下)[C];2006年
2 董世明;王清远;舒尚文;;巴西圆盘试件应力强度因子研究的若干进展[A];四川省力学学会2008年学术大会论文集[C];2008年
3 王勇;王钟羡;陈宜周;蒋家羚;;含裂纹圆筒体抗扭刚度和第三型应力强度因子的计算[A];疲劳与断裂2000——第十届全国疲劳与断裂学术会议论文集[C];2000年
4 韦昌芹;邵永波;;管节点中穿透裂纹的应力强度因子分析[A];第14届全国结构工程学术会议论文集(第一册)[C];2005年
5 董世明;王清远;舒尚文;;扁平巴西圆盘试件的应力强度因子分析[A];第十四届全国疲劳与断裂学术会议论文集[C];2008年
6 苏成;郑淳;;应力强度因子可靠度分析的响应面—蒙特卡罗法[A];第十四届全国疲劳与断裂学术会议论文集[C];2008年
7 邹广平;唱忠良;曲嘉;;紧凑拉伸试样应力强度因子的动态响应[A];第七届海峡两岸工程力学研讨会论文摘要集[C];2011年
8 刘贺翔;陈珂;毛灵涛;;测取不同缝长单缝有机玻璃梁应力强度因子的试验研究[A];北京力学会第17届学术年会论文集[C];2011年
9 程宸;万水;蒋正文;;基于界面力学的有限元方法计算正交各向异性材料的应力强度因子[A];第十九届玻璃钢/复合材料学术交流会论文集[C];2012年
10 南海顺;王保林;;纳米尺度下表面残余应力对应力强度因子的影响[A];第16届全国疲劳与断裂学术会议会议程序册[C];2012年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘晓宇;关于裂纹安全评定及TOFD检测标准的研究[D];北京化工大学;2012年
2 高志文;高温超导块材在电磁力作用下的断裂特性理论研究[D];兰州大学;2008年
3 贾宏志;含裂纹结构加固问题中的哈密顿体系方法[D];大连理工大学;2012年
4 赵传宇;CFL加固钢板中表面裂纹扩展规律研究[D];华南理工大学;2013年
5 陈景杰;含裂纹损伤船体结构强度分析方法研究[D];大连理工大学;2011年
6 王立清;工程中含接触问题的孔边裂纹应力强度因子数值研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
7 刘钧玉;裂纹内水压对重力坝断裂特性影响的研究[D];大连理工大学;2008年
8 杨在林;SH波作用下半空间中夹杂与裂纹的相互作用[D];哈尔滨工程大学;2005年
9 折勇;直角域中圆形夹杂与裂纹反平面动力的相互作用[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 周素霞;高速列车空心车轴损伤容限理论与方法研究[D];北京交通大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 邹彩凤;考虑接触问题的多孔含裂连接结构的应力强度因子分析[D];西北工业大学;2005年
2 王锋;三维应力强度因子分析及干涉预应力影响研究[D];西北工业大学;2007年
3 张盛明;双材料表面裂纹应力强度因子的数值研究[D];浙江工业大学;2010年
4 沈逸文;金属梯度材料裂尖应力强度因子研究[D];南京航空航天大学;2012年
5 陈建兵;用分域边界单元法双映射奇异元计算裂纹的应力强度因子[D];哈尔滨工程大学;2005年
6 锁永永;对压力管道上几种典型裂纹形式力学特性的数值模拟分析[D];兰州大学;2012年
7 伍晓赞;涡轮转子接触应力分析及应力强度因子计算[D];中南大学;2006年
8 涂周杰;表面裂纹疲劳扩展和应力强度因子研究[D];华中科技大学;2006年
9 吕明月;双相压电体非圆孔边裂纹Ⅲ型动应力强度因子[D];哈尔滨工程大学;2012年
10 王璐;基于有限元的管道内表面多裂纹干涉研究[D];东北大学;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978