[發明專利]基于混合模型的核電站防波堤越浪沖擊模擬方法

有效

• 申請號: 201310463821.4
• 申請日: 2013-09-30
• 公開（公告）號: CN103544342B
• 公開（公告）日: 2017-01-04
• 發明（設計）人: 王歡歡;金先龍;楊勛;樓云峰;王小慶;張偉偉
• 申請（專利權）人: 上海交通大學蘇北研究院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明涉及一種核電站防波堤施工技術領域的方法，特別是涉及一種基于混合模型的核電站防波堤越浪沖擊模擬方法。

背景技術

近幾十年來，作為一種高效清潔能源，核電事業得到了快速的發展，全球新建的核電站數量在穩步增加。在充分利用核電這種新型能源的同時，其可能導致的危險后果也逐漸被人類重視。出于安全因素的考慮，核電站防波堤的設計標準有著更為嚴格的要求。當罕見的天氣或災害發生時，如臺風潮或海嘯，會在核電站周邊海域產生大潮、巨浪。當巨浪沖擊防波堤，造成擋浪墻等結構的損毀，如缺乏相應的應急措施，核電站建筑物將會遭到不同程度的破壞，堤后方廠區內也會產生大量的積水，危及核電站的安全，造成嚴重的后果。因此，需要對核電站防波堤抗沖擊性能及越浪過程進行數值模擬，以便盡早發現防波堤在施工過程中的薄弱環節及可能出現的問題，為核電站防波堤的設計建設提供技術支持。

經對現有技術的檢索發現，在核電站防波堤抗沖擊及越浪過程模擬領域，與物理模型試驗相比較，有限元方法以其簡單快捷及結果準確而得到了廣泛的應用。然而大多數研究仍集中在防波堤的二維簡化模型，對于超大規模的核電站防波堤工程，至今缺乏有效的整體分析方法，在考慮整體結構的分析同時又對局部細節進行細致分析。

S.Shin等在Coastal?Engineering,2006,Vol.11(5):4580-4592上發表文章“Wave?transformation,impact,and?overtopping?on?a?rubble?mound?breakwater:large?scale?measurements?and?numerical?modeling”（“基于大比尺及數值模擬方法的堆石型防波堤海浪傳播、沖擊及越浪研究”,《海岸工程》，2006，Vol.11(5):4580-4592），文中利用實驗測量及數值模擬的方法，研究了二維簡化模型下海浪的越浪沖擊問題。此類方法將防波堤各護面結構作為流體的固定邊界進行模擬，雖然可以模擬海浪的爬升、翻卷及越浪沖擊過程，但無法獲得防波堤整體的越浪狀況以及易損壞結構的應力應變狀況，具有很大的局限性。因此，目前還沒有一項成熟的數值模擬方法可以對超大規模核電站防波堤即實現全局的分析同時又可以進行局部的精確分析。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于混合模型的核電站防波堤越浪沖擊模擬方法，其滿足了對于超大規模的核電站防波堤數值模擬仿真分析，既可以包含整體模型的分析，又可以對局部結構局部細節進行詳盡分析。

本發明是通過下述技術方案來解決上述技術問題的：一種基于混合模型的核電站防波堤越浪沖擊模擬方法，其特征在于，其包括以下步驟：

步驟一，根據設計圖紙及提供的地質資料，建立防波堤結構局部精細模型；對于比較關鍵及存在較大結構變化的堤段，建立防波堤精細結構的三維實體有限元模型；防波堤由擋浪墻、堆石、干砌塊石、四角空心塊結構組成，各部分之間存在大量的接觸，有限元模型充分考慮堆石、填土、擋浪墻之間的動態接觸關系，并利用多個接觸控制參數對接觸算法進行優化；防波堤在海浪沖擊下，產生位移及變形，同時海浪在防波堤的作用下發生卷吸破碎，兩者之間為典型的流固耦合問題，采用任意拉格朗日歐拉方法進行處理；

步驟二，建立防波堤結構剛體模型及周邊環境實體模型；如果對整條防波堤建立精細有限元模型，其規模將十分巨大，超出現階段超級計算機的仿真能力；為此在其余堤段，利用剛體進行模擬，在降低模型的計算規模同時，又可以保證邊界條件的準確性；再根據地質資料，建立對海浪傳播造成影響的礁石、山體周邊環境的實體模型，以分析礁石山體周邊環境因素對防波堤越浪沖擊的影響；最后將步驟一中建立的防波堤局部精細模型與周邊剛體模型采用固連接觸的方式處理，從而確保結構的連續性；

步驟三，通過向以上步驟一和步驟二建立的核電站防波堤三維混合有限元模型加入初始應力進行初始工況的仿真，得到核電站防波堤在重力、海水壓力作用下的初始狀態；

步驟四，在得到核電站防波堤初始應力分布后，根據防波堤堤前不同潮位下的水文要素模擬波浪的生成，并利用非線性有限元方法進行求解，從而得到核電站防波堤在波浪作用下的沖擊狀況、越浪狀況，實現了整體防波堤的模擬。

優選地，所述步驟三包括以下步驟：