[發(fā)明專利]水電站岸邊式廠房動力分析數(shù)值模型設計方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710591828.2
• 申請日: 2017-07-19
• 公開（公告）號: CN107358002A
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發(fā)明（設計）人: 胡曉文;張志軍;馬玉巖;肖平西;侯攀;呂文龍;盧薇;羅乾坤
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 成都虹橋?qū)＠聞账?普通合伙)51124
• 代理人: 陳仁平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水利水電工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種水電站岸邊式廠房動力分析數(shù)值模型設計方法。

背景技術(shù)

在我國西北、西南地區(qū)的山區(qū)河流縱坡大，適宜于開發(fā)水能資源；水力發(fā)電是目前世界上使用最廣泛的一種清潔的可再生能源。為了高效利用水能資源，目前規(guī)劃或在建的電站趨向于巨型化；水輪發(fā)電機組的單機容量越來越大，運行水頭越來越高。水電站廠房是電站樞紐布置的核心區(qū)域，廠房結(jié)構(gòu)既是水工建筑物和水輪發(fā)電機組機電設備的綜合體，又是電站運行人員活動和生產(chǎn)輸出電能的場所。而廠房結(jié)構(gòu)的巨型化削弱了廠房結(jié)構(gòu)的剛度，水輪機流道脈動壓力的能量更加突出，如何保證巨型機組安全穩(wěn)定運行是業(yè)界必須攻克的難題。廠房內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其受力條件復雜，基于結(jié)構(gòu)力學理論的簡化方法在廠房內(nèi)部部分結(jié)構(gòu)的力學分析中已被證明是不準確的；而隨著近年來有限元單元法在工程結(jié)構(gòu)仿真領(lǐng)域的逐步推廣，采用有限元單元法揭示水電站廠房整體結(jié)構(gòu)的受力機理成為一種可行性非常強的技術(shù)手段。而在采用有限元進行水電站廠房的分析過程中，如何正確、規(guī)范的建立水電站廠房結(jié)構(gòu)的動力分析數(shù)值模型成為了學術(shù)界關(guān)注的重點。

近幾年來，采用有限元計算分析方法進行水電站廠房整體結(jié)構(gòu)動力分析計算已經(jīng)被廣泛使用，但是由于缺少相應的參考標準以及規(guī)范文件，而且由于水電站廠房動力分析數(shù)值模型(以下可簡稱為廠房數(shù)值模型或廠房模型等)的設計中往往包括基巖范圍、不同結(jié)構(gòu)部分的網(wǎng)格單元類型、不同網(wǎng)格單元類型之間的連接形式、網(wǎng)格尺寸、彈性模量以及阻尼比等眾多參數(shù)，而對于這些參數(shù)的選取目前沒有一個統(tǒng)一的參考標準，導致進行水電站廠房設計的單位在廠房動力分析數(shù)值模型的設計上均或多或少的加入了各自的設計理念與經(jīng)驗，因而出現(xiàn)不同的設計單位設計的水電站廠房模型各不相同的情況，進而導致各單位的計算結(jié)果存在較大的差異性，無法實現(xiàn)水電站廠房模型設計的規(guī)范和統(tǒng)一。

另外，對于水電站廠房模型這類體積量較大的模型進行有限元動力學分析時，其計算量通常是非常龐大的，往往需要計算速度非常強大的計算機系統(tǒng)才能完成。因此，在保證計算結(jié)果準確性的情況下，如何建立合適的模型以減少計算工作量，提高計算效率，也是此類模型設計時需要重點考慮的因素。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：現(xiàn)有基于有限元動力分析而設計的水電站岸邊式廠房動力分析數(shù)值模型，其設計方法沒有統(tǒng)一參考設計方法和標準的問題，本發(fā)明以提供一種可實現(xiàn)水電站岸邊式廠房動力分析數(shù)值模型設計的一致性和規(guī)范性，并在確保分析結(jié)果準確性的同時還可縮短設計周期的水電站岸邊式廠房動力分析數(shù)值模型設計方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：水電站岸邊式廠房動力分析數(shù)值模型設計方法，包括如下步驟，

步驟一、構(gòu)建水電站岸邊式廠房的三維結(jié)構(gòu)模型：根據(jù)實際項目工程中水電站岸邊式廠房的設計結(jié)構(gòu)或者實際結(jié)構(gòu)，構(gòu)建水電站岸邊式廠房的三維結(jié)構(gòu)模型；所述三維結(jié)構(gòu)模型由廠房主體部分和基巖部分組成；所述廠房主體部分包括廠房上部排架和廠房下部機層；所述基巖部分的構(gòu)建范圍為：基巖部分的邊界至廠房主體部分的外輪廓之間的距離不低于廠房主體部分的高度H的兩倍；

步驟二、劃分網(wǎng)格：對上述步驟一中構(gòu)建的三維結(jié)構(gòu)模型進行網(wǎng)格劃分，并且設置廠房主體部分的網(wǎng)格尺寸不大于基巖部分的網(wǎng)格尺寸；

步驟三、設定網(wǎng)格單元類型：廠房主體部分中的橫梁結(jié)構(gòu)和立柱結(jié)構(gòu)均采用梁單元，廠房主體部分中的樓板結(jié)構(gòu)和風罩結(jié)構(gòu)均采用板單元，廠房主體部分中的其余結(jié)構(gòu)采用實體單元；基巖部分采用實體單元；

步驟四、設定材料屬性：為網(wǎng)格單元設定對應的材料屬性；其中對于彈性模量的設定為：設置廠房主體部分的彈性模量的取值為廠房主體部分實際所用材料所對應的靜彈性模量值，設置基巖部分的彈性模量的取值為基巖部分實際巖體所對應的靜彈性模量值；對于阻尼比的設定為：設置廠房主體部分的阻尼比和基巖部分的阻尼比均為0.07；

步驟五、設定不同類型的網(wǎng)格單元之間的連接形式：對不同類型的網(wǎng)格單元之間的連接形式采用節(jié)點自由度約束；

步驟六、設定邊界條件：對基巖部分上相應的邊界施加固定約束。

進一步的是：在所述廠房上部排架的上部設置有載荷施加點，并且在對應的載荷施加點處施加有該處實際承受載荷大小的模擬載荷F。

進一步的是：基巖部分的構(gòu)建范圍為：基巖部分的邊界至廠房主體部分的外輪廓之間的距離為廠房主體部分的高度H的兩倍。