[发明专利]基于混合模型的核电站防波堤越浪冲击模拟方法

摘要

本发明公开了一种基于混合模型的核电站防波堤越浪冲击模拟方法，其包括以下步骤：首先建立防波堤精细结构的三维实体有限元模型；其次建立防波堤结构刚体模型及周边环境实体模型；再通过建立的核电站防波堤三维混合有限元模型加入初始应力进行初始工况的仿真，得到核电站防波堤在重力、海水压力作用下的初始状态；最后在得到核电站防波堤初始应力分布后，得到核电站防波堤在波浪作用下的冲击状况、越浪状况，实现了整体防波堤的模拟。本发明满足了对于超大规模的核电站防波堤数值模拟的仿真分析，既可以包含整体模型的响应规律，又可以对局部结构进行细致分析，并获得局部危险处，为核电站防波堤的工程设计提供参考依据。

主权项

一种基于混合模型的核电站防波堤越浪冲击模拟方法，其特征在于，其包括以下步骤：步骤一，根据设计图纸及提供的地质资料，建立防波堤结构局部精细模型；对于比较关键及存在较大结构变化的堤段，建立防波堤精细结构的三维实体有限元模型；防波堤由挡浪墙、堆石、干砌块石、四角空心块结构组成，各部分之间存在大量的接触，有限元模型充分考虑堆石、填土、挡浪墙之间的动态接触关系，并利用多个接触控制参数对接触算法进行优化；防波堤在海浪冲击下，产生位移及变形，同时海浪在防波堤的作用下发生卷吸破碎，两者之间为典型的流固耦合问题，采用任意拉格朗日欧拉方法进行处理；步骤二，建立防波堤结构刚体模型及周边环境实体模型；如果对整条防波堤建立精细有限元模型，其规模将十分巨大，超出现阶段超级计算机的仿真能力；为此在其余堤段，利用刚体进行模拟，在降低模型的计算规模同时，又可以保证边界条件的准确性；再根据地质资料，建立对海浪传播造成影响的礁石、山体周边环境的实体模型，以分析礁石山体周边环境因素对防波堤越浪冲击的影响；最后将步骤一中建立的防波堤局部精细模型与周边刚体模型采用固连接触的方式处理，从而确保结构的连续性；步骤三，通过向以上步骤一和步骤二建立的核电站防波堤三维混合有限元模型加入初始应力进行初始工况的仿真，得到核电站防波堤在重力、海水压力作用下的初始状态；步骤四，在得到核电站防波堤初始应力分布后，根据防波堤堤前不同潮位下的水文要素模拟波浪的生成，并利用非线性有限元方法进行求解，从而得到核电站防波堤在波浪作用下的冲击状况、越浪状况，实现了整体防波堤的模拟；所述步骤一和步骤二中，防波堤结构局部精细模型为满足防波堤实际结构的模型，水体模型为根据地质实测及水文要素建立的三维有限元模型，防波堤间各结构为充分考虑彼此接触关系的有限元模型，礁石与山体周边环境为根据实际地形建立的有限元模型；所述充分考虑彼此接触关系的有限元模型包括两个方面：防波堤各结构之间的接触关系，通过动态接触算法，模拟各结构之间的相互作用关系，另外对于精细模型与局部精细结构和其余结构交接面，在此采用了接触固连的方式，在保证边界条件连续性的条件下，避免在两种不同精细度的网格间划分大量的过渡网格，并通过插值方法进行数据的交换。