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波浪作用下斜坡堤护面块体应力分布数值模拟
| 论文题名： | 波浪作用下斜坡堤护面块体应力分布数值模拟 |
| 关键词： | 护面块体;应力分布;斜坡式防波堤;数值模拟;防护结构 |
| 摘要： | 斜坡式防波堤是港口和近海工程中常用的防护结构，研究斜坡堤表面的护面块体的强度破坏对防止护面块体在极端海况下发生断裂破坏有着重要意义。但在物理模型实验中，由于比尺效应的影响，使得物模实验结果不能真实的反映出原型护面块体结构的强度。因此开展波浪作用下斜坡式防波堤护面块体强度破坏的数值模拟研究具有十分重要的学术意义和工程应用价值。 本文建立了基于有限元离散元耦合方法(FEM/DEM)和光滑粒子流体动力学方法(SPH)的二维流固耦合数学模型，模拟了在波浪荷载作用下斜坡上的护面块体内部的应力分布。结构物的水动力条件采用SPH方法来模拟，造波边界和水槽边界以及结构物边界采用虚拟粒子模拟，提出了流固交界面处的界面力平衡边界条件，在满足流体粒子不可穿透固体边界的边界条件的同时满足固体边界的接触力边界条件，保证了流体与固体耦合面的相容性与移动性。护面块体的受力和运动和变形采用FEM/DEM方法模拟。不同块体间的接触力采用基于势函数的罚函数法来计算，采用连续介质力学的方法计算单元内部的应力，并将单元质量及节点力分配至单元节点上，采用中心差分的显式方法计算单元节点在下一时刻的位置。 在二维数值防波堤建立与离散的过程中采用计算机可视化绘图技术和非结构化网格技术，保证了所划分的网格疏密均匀且对各种形状的边界有很强适应性，同时也保证了块体表面虚拟粒子在不规则截面边界上分布均匀。应用ANSYS软件和本文的数值模型对静水压力作用下的混凝土方块的内部应力分布进行了比较模拟分析，验证了所建立的耦合数学模型的计算精度。通过数值计算给出了波浪作用下位于斜坡上的护面块体的动水压力历时曲线和块体内部的应力分布，讨论了块体内不同角点位置处的应力变化特性。 |
| 作者： | 冯卓 |
| 专业： | 结构工程 |
| 导师： | 姜峰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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