基于Hypermesh的水工結(jié)構(gòu)建模及運(yùn)用

王國(guó)富 楊艷

【摘要】Hypermesh軟件的使用具有明顯的優(yōu)勢(shì)，尤其是在聯(lián)合CAD軟件的使用過(guò)程中，能夠有效控制建模和銜接處理的質(zhì)量，對(duì)于解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)具有重要的作用。本文結(jié)合Hypermesh的建模方案及其使用的實(shí)例進(jìn)行了分析，旨在為水工結(jié)構(gòu)建模的安全評(píng)估提供更優(yōu)質(zhì)的方案。

【關(guān)鍵詞】Hypermesh；水工結(jié)構(gòu)；建模

一、Hypermesh建模

使用這一處理技術(shù)可以完成人機(jī)交互控制網(wǎng)格劃分，采用這一種可視化的操作方式具有明顯的優(yōu)勢(shì)，使用范圍廣泛。根據(jù)不同的網(wǎng)格進(jìn)行對(duì)象的劃分，網(wǎng)格生成算法可以分成基于規(guī)則形狀以及原始實(shí)體兩種算法。第一種需要人為干預(yù)，第二種基本是全自動(dòng)化的剖分。

（一）基本步驟

這一算的基本步驟要從原始資料分析，水利工程建設(shè)的原始資料是CAD平面圖，需要在CAD平面圖上完成建立水工模型的設(shè)計(jì)。其主要的步驟是：

1.基于CAD圖紙，從中選擇各個(gè)部位的斷面，將其保存在Hypermesh中。

2.根據(jù)不同斷面的特點(diǎn)進(jìn)行分析，根據(jù)其實(shí)際的位置放置于Hypermesh中，構(gòu)建一個(gè)大致的建筑輪廓，為后期的判斷做準(zhǔn)備。

3.需要對(duì)斷面間的影響進(jìn)行分析，然后在其中添加點(diǎn)和線，可以提高二維網(wǎng)格的準(zhǔn)確性。

4.根據(jù)空間尺寸，將二維網(wǎng)格制作為三維網(wǎng)格（如圖1所示），在三維網(wǎng)格的基礎(chǔ)上可以完成后續(xù)的操作。

（二）網(wǎng)格質(zhì)量控制

1.網(wǎng)格形狀的控制

網(wǎng)格形狀的控制具有一定的難度，需要選擇好形狀的單元從而可以有效控制壩體應(yīng)力值收斂速度，減少單元?jiǎng)澐值拇螖?shù)，有效提高計(jì)算精度。水工結(jié)構(gòu)模型中可以選擇六面體單元，主要優(yōu)勢(shì)在于具有較好的收斂性，而且成本比較低，便于進(jìn)行銜接處理。

2.網(wǎng)格的疏密控制

根據(jù)計(jì)算機(jī)時(shí)間以及內(nèi)存的影響分析，要求保證符合精度的要求，控制網(wǎng)格的數(shù)量，不必過(guò)分的細(xì)分網(wǎng)格。注意網(wǎng)格的劃分要疏密有致。

3.網(wǎng)格的銜接控制

除了網(wǎng)格質(zhì)量之外，也要根據(jù)有限元的理論進(jìn)行分析，網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)之間的需要使用節(jié)點(diǎn)力的傳遞進(jìn)行有效銜接。等待網(wǎng)格劃分完成之后，要注意對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行銜接處理。

二、具體應(yīng)用實(shí)例分析

（一）仿真模型

在研究某個(gè)節(jié)制閘時(shí)，發(fā)現(xiàn)其采用了水閘和溢流壩相結(jié)合的布置形式，相對(duì)于重力壩等水工建筑物，水閘混凝土的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，而且其中包含了很多組成部分，在網(wǎng)格劃分的過(guò)程中，首先進(jìn)行上部混凝土結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分，之后完成網(wǎng)格模型的建立。

第一，要在CAD圖紙中選擇特征剖面，然后要注意各個(gè)剖面文件的單獨(dú)保存，之后，要注意對(duì)特征剖面進(jìn)行二維網(wǎng)格劃分，同時(shí)也要考慮到三維模型中底板和其他部位的網(wǎng)格銜接處理。第二，第二，二維網(wǎng)格的劃分需要根據(jù)CAD圖紙中每個(gè)部分的實(shí)際尺寸，然后繼續(xù)劃分為三維網(wǎng)格。之后可以不斷的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，注意水閘結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分析至關(guān)重要。第三，要考慮到閘室的結(jié)構(gòu)，閘室地基是一個(gè)整體，因此地基的土層不夠平整，所以最好對(duì)閘室的結(jié)構(gòu)進(jìn)調(diào)整。

在仿真模型建立的過(guò)程中，可以將復(fù)雜斷層網(wǎng)絡(luò)定義為AOV網(wǎng)絡(luò)模型，這一模型可以定義為：

其中的F表示斷層網(wǎng)絡(luò)中斷層題的集合，利用AOV模型的結(jié)點(diǎn)表示，E表示F中元素有序?qū)Φ募希碅OV模型的邊。

此外，對(duì)于裂隙面參數(shù)的產(chǎn)檢概率分布，可以用以下公式進(jìn)行計(jì)算。均勻分布的表達(dá)式為：

式中x的取值范圍是（a，b），其均值與方差為和 ，一般情況下，裂隙面中心點(diǎn)坐標(biāo)都是均勻分布，并且相互獨(dú)立。

（二）質(zhì)量檢查

在質(zhì)量檢查的過(guò)程中，需要簡(jiǎn)化水閘應(yīng)力的算法，此時(shí)可以將其當(dāng)做一個(gè)受分布荷載的簡(jiǎn)支梁，之后進(jìn)行有限元計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知拉壓應(yīng)力分布位置與傳統(tǒng)方法定性分析結(jié)論相同，表示底板符合這一水閘的受力特點(diǎn)，因此說(shuō)明該模型網(wǎng)格質(zhì)量較好。

（三）有限元仿真分析

使用有限元仿真分析的方法，可以保證計(jì)算結(jié)果更趨近現(xiàn)實(shí)情況。根據(jù)表1的匯總可以明確不同不同工況下閘室底板和邊墩制作順河向、橫河向、豎直向最大拉力應(yīng)力。

結(jié)論：

為了確保水工模型的可靠性，需要建設(shè)高質(zhì)量的網(wǎng)格，使用Hypermesh進(jìn)行網(wǎng)格處理，可以建立復(fù)雜且優(yōu)質(zhì)的水工模型。雖然在劃分水工模型的過(guò)程中存在明顯的差異，但是網(wǎng)格的劃分要求具有一致性。Hypermesh軟件和CAD軟件的銜接具有明顯優(yōu)勢(shì)，因此在水閘安全評(píng)估的過(guò)程中可以發(fā)揮重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]茹世榮.水工結(jié)構(gòu)混凝土超聲波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用[J].吉林水利，2017（12）：63-66.

[2]李勝首.水電站水工金屬結(jié)構(gòu)安全檢測(cè)及評(píng)估分析[J].通訊世界，2017（23）：317-318.