[发明专利]水电站岸边式厂房动力分析数值模型设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及水利水电工程技术领域，尤其涉及一种水电站岸边式厂房动力分析数值模型设计方法。

背景技术

在我国西北、西南地区的山区河流纵坡大，适宜于开发水能资源；水力发电是目前世界上使用最广泛的一种清洁的可再生能源。为了高效利用水能资源，目前规划或在建的电站趋向于巨型化；水轮发电机组的单机容量越来越大，运行水头越来越高。水电站厂房是电站枢纽布置的核心区域，厂房结构既是水工建筑物和水轮发电机组机电设备的综合体，又是电站运行人员活动和生产输出电能的场所。而厂房结构的巨型化削弱了厂房结构的刚度，水轮机流道脉动压力的能量更加突出，如何保证巨型机组安全稳定运行是业界必须攻克的难题。厂房内部结构及其受力条件复杂，基于结构力学理论的简化方法在厂房内部部分结构的力学分析中已被证明是不准确的；而随着近年来有限元单元法在工程结构仿真领域的逐步推广，采用有限元单元法揭示水电站厂房整体结构的受力机理成为一种可行性非常强的技术手段。而在采用有限元进行水电站厂房的分析过程中，如何正确、规范的建立水电站厂房结构的动力分析数值模型成为了学术界关注的重点。

近几年来，采用有限元计算分析方法进行水电站厂房整体结构动力分析计算已经被广泛使用，但是由于缺少相应的参考标准以及规范文件，而且由于水电站厂房动力分析数值模型(以下可简称为厂房数值模型或厂房模型等)的设计中往往包括基岩范围、不同结构部分的网格单元类型、不同网格单元类型之间的连接形式、网格尺寸、弹性模量以及阻尼比等众多参数，而对于这些参数的选取目前没有一个统一的参考标准，导致进行水电站厂房设计的单位在厂房动力分析数值模型的设计上均或多或少的加入了各自的设计理念与经验，因而出现不同的设计单位设计的水电站厂房模型各不相同的情况，进而导致各单位的计算结果存在较大的差异性，无法实现水电站厂房模型设计的规范和统一。

另外，对于水电站厂房模型这类体积量较大的模型进行有限元动力学分析时，其计算量通常是非常庞大的，往往需要计算速度非常强大的计算机系统才能完成。因此，在保证计算结果准确性的情况下，如何建立合适的模型以减少计算工作量，提高计算效率，也是此类模型设计时需要重点考虑的因素。

发明内容

本发明解决的技术问题是：现有基于有限元动力分析而设计的水电站岸边式厂房动力分析数值模型，其设计方法没有统一参考设计方法和标准的问题，本发明以提供一种可实现水电站岸边式厂房动力分析数值模型设计的一致性和规范性，并在确保分析结果准确性的同时还可缩短设计周期的水电站岸边式厂房动力分析数值模型设计方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：水电站岸边式厂房动力分析数值模型设计方法，包括如下步骤，

步骤一、构建水电站岸边式厂房的三维结构模型：根据实际项目工程中水电站岸边式厂房的设计结构或者实际结构，构建水电站岸边式厂房的三维结构模型；所述三维结构模型由厂房主体部分和基岩部分组成；所述厂房主体部分包括厂房上部排架和厂房下部机层；所述基岩部分的构建范围为：基岩部分的边界至厂房主体部分的外轮廓之间的距离不低于厂房主体部分的高度H的两倍；

步骤二、划分网格：对上述步骤一中构建的三维结构模型进行网格划分，并且设置厂房主体部分的网格尺寸不大于基岩部分的网格尺寸；

步骤三、设定网格单元类型：厂房主体部分中的横梁结构和立柱结构均采用梁单元，厂房主体部分中的楼板结构和风罩结构均采用板单元，厂房主体部分中的其余结构采用实体单元；基岩部分采用实体单元；

步骤四、设定材料属性：为网格单元设定对应的材料属性；其中对于弹性模量的设定为：设置厂房主体部分的弹性模量的取值为厂房主体部分实际所用材料所对应的静弹性模量值，设置基岩部分的弹性模量的取值为基岩部分实际岩体所对应的静弹性模量值；对于阻尼比的设定为：设置厂房主体部分的阻尼比和基岩部分的阻尼比均为0.07；

步骤五、设定不同类型的网格单元之间的连接形式：对不同类型的网格单元之间的连接形式采用节点自由度约束；

步骤六、设定边界条件：对基岩部分上相应的边界施加固定约束。

进一步的是：在所述厂房上部排架的上部设置有载荷施加点，并且在对应的载荷施加点处施加有该处实际承受载荷大小的模拟载荷F。

进一步的是：基岩部分的构建范围为：基岩部分的边界至厂房主体部分的外轮廓之间的距离为厂房主体部分的高度H的两倍。