拱坝破坏分析的自适应算法

摘要

本文着重研究拱坝裂纹扩展过程模拟中的有限元分析技术,提出一种高精度和高效率有限元计算的网格动态重新划分策略.在有限元前处理过程中,利用自适应单元把可能破坏的三维单元分为8个和它完全相似的体子单元,把面单元分为4个和它完全相似的面子单元,通过形函数有效地解决自适应剖分过程中的悬点问题,并给出相应的算法和形函数表达式.根据裂缝位置的精度要求,可再次利用自适应单元在细分后的单元基础上再次细分,直至达到工程要求的精度.在有限元计算过程中,通过动态调整荷载步长,使每一荷载步正好有一个单元破坏,从而追踪出拱坝在荷载作用下的破坏位置,实现破坏过程追踪的自适应.最后以某拱坝为例,对裂缝位置和裂缝扩展过程进行了描述.结果表明,本文自适应剖分后的单元规整,计算精度高,稳定性好,可应用于研究拱坝的坝踵应力以及破坏过程研究.