船闸闸首三维非线性有限元计算分析与工程应用

摘要

随着我国国民经济的持续稳定发展，国家基础设施建设力度逐步加大，水运工程作为我们国家大型基础建设项目，近年来得到了蓬勃发展，越来越多的水运工程被修建，船闸工程就是其中一种，船闸闸首作为船闸工程的主要组成部分，闸首工程结构计算的准确度对保证船闸设计的合理性起着决定性作用。在本文的船闸下闸首工程的结构计算分析中，考虑地基土体的非线性特性，采用非线性有限单元法对某船闸下闸首进行了计算分析研究，具体工作如下： (1)通过大量文献阅读，了解国内外船闸闸首结构计算方法的研究和发展概况，对现有的船闸闸首结构计算方法进行阐述，并对闸首结构两大计算方法的优缺点进行分析评述。 (2)系统研究和分析了三维非线性有限元分析基本原理，以及非线性有限单元法在实际工程中的应用。通过小算例计算分析，熟悉利用有限元软件进行非线性结构计算的流程；同时较详细地阐述了有限元软件中的非线性材料本构模型及其屈服准则，通过对现有文献分析确定采用D-P准则对闸首进行结构计算。 (3)结合工程实例，对某船闸下闸首进行非线性结构计算，通过对计算成果的分析指出地基的相对薄弱区域即发生塑性变形的区域，同时应用有限元计算成果对地基的极限承载能力进行校核。 (4)通过对结构底板、廊道、空箱的应力和变形分析，指出人字门闸首结构的相对薄弱部位；利用有限元应力计算成果对闸首结构进行内力计算，为工程的结构配筋设计提供科学依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景及意义

1.1.1研究背景

1.1.2研究意义

1.2船闸闸首结构计算方法

1.3问题的提出

1.4本文所做的主要工作

第二章三维非线性有限元基本理论

2.1引言

2.2有限单元法基本知识

2.2.1有限元分析的协调模型

2.2.2空间单元的数学分析

2.2.3空间单元的力学分析

2.2.4位移有限元的应力计算

2.3非线性有限元分析

2.3.1非线性方程组的求解

2.3.2收敛准则

2.3.3非线性有限元计算流程图

2.4 ANSYS有限元软件简介

2.4.1 ANSYS软件

2.4.2 ANSYS软件的功能和模块结构

2.5算例

2.6本章小结

第三章土体本构行为的数值模拟

3.1引言

3.2土体材料的本构关系及其特性

3.2.1土体本构关系

3.2.2土体本构特性

3.3土体的弹塑性本构模型

3.3.1屈服准则

3.3.2流动法则和硬化规律

3.4屈服准则在有限元软件中的实现

3.5本章小结

第四章某船闸下闸首非线性有限元分析

4.1工程概况

4.1.1材料参数

4.1.2结构荷载及效应组合

4.2建模及其网格剖分

4.3加载及求解

4.4地基应力和变形分析

4.4.1初始地应力

4.4.2地基塑性区

4.4.3地基承载力计算

4.4.4地基变形分析

4.5闸首应力变形分析及内力计算

4.5.1应力分析

4.5.2变形分析

4.5.3内力计算

4.6本章总结

第五章总结与展望

5.1全文总结

5.2展望

参考文献

致谢