流固耦合分析方法与皂河泵站地震反应研究

摘要

皂河泵站是南水北调东线第一期工程的第六梯级泵站之一，位于江苏省宿迁市皂河镇北。是以调水为主，结合排涝、航运综合利用的水利枢纽工程。 皂河二站站址处于抗震不利地段，抗震设防烈度为8度。皂河二站作为大型水利工程，其安全运行非常重要。在水工抗震中，地震作用下的动水压力是水工建筑物的重要荷载之一。研究地震作用下水工建筑物与水的相互作用是水工抗震的重要课题。由于流固动力相互作用问题非常复杂，有必要深入研究。 本文综述了泵站的发展概况和结构特点、有限元动力分析方法、流固耦合研究现状以及土——结构动力相互作用研究现状。分析讨论了ANSYS的反应谱法和时程分析法，研究了ANSYS中动水压力的模拟方法，分析讨论了土与结构动力相互作用的分析方法。研究分析了基于APDL语言的二次开发技术，编写了动水压力附加质量的求解模块，以及在ANSYS中求解结构截面内力的程序。研究了基于LS-DYNA软件的U型结构流固耦合数值模拟方法和技术，并进行了算例考证，得到了一些有参考价值的结论。 结合南水北调东线皂河二站工程，建立了泵站、桩基——土基的三维有限元分析模型，并进行了应力、变形和地震反应分析。分析了完建期和正常运行情况下泵站泵房结构的应力和位移大小及分布情况；详细分析计算了泵房结构动力特性和泵房结构的动应力、动位移大小及分布规律。最后对皂河二站的结构抗震安全度进行评价，成果合理，可以为工程设计提供参考。

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第一章绪论

1.1选题的背景和意义

1.2泵站的发展概况和分类特点

1.3地震反应分析理论现状

1.4本文的主要研究工作

第二章基于ANSYS的动力分析理论和计算方法

2.1动力分析有限元基本理论

2.2反应谱分析理论与方法

2.3 ANSYS时程分析法理论与方法

2.4ANSYS中动水压力的模拟方法

2.5土与结构动力相互作用分析的基本理论和研究现状

2.6 ANSYS中结构内力计算

2.7本章小结

第三章基于LS-DYNA的流固耦合动力分析研究

3.1 LS-DYNA理论分析方法简介

3.2 LS-DYNA中的ALE方法

3.3基于LS-DYNA流固耦合分析

3.4本章小结

第四章皂河泵站抗震分析

4.1工程概况

4.2基本资料

4.3计算模型及计算工况

4.4泵站结构的静力分析

4.5泵站站身结构的地震反应分析

4.6本章小结

第五章结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

致谢