文章编号:1673-5196(2023)01-0136-08阶梯式溢流坝台阶面力学性能数值模拟研究及优化赵廷红*,施宇轩(兰州理工大学能源与动力工程学院,甘肃兰州730050)摘要:借助ANSYS有限元分析软件,考虑阶梯式溢流坝台阶面在坝体附近水流作用下的应力状况,对台阶式溢流坝进行优化改进尝试,并对原模型和优化方案进行了综合对比.计算结果表明,台阶隅角内容易出现应力奇异点,进而危害结构安全.而采用在台阶隅角内设计圆角的优化改进措施,可以在基本不影响消能性能的前提下改善这一状况.关键词:阶梯式溢流坝;流固耦合;力学性能;优化方案中图分类号:TV653+.9文献标志码:ANumericalsimulationandoptimizationofmechanicalpropertiesofstepsurfacesforsteppedspillwayZHAOTing-hong,SHIYu-xuan(SchoolofEnergyandPowerEngineering,LanzhouUniv.ofTech.,Lanzhou730050,China)Abstract:WiththehelpofANSYSfiniteelementanalysissoftware,thestressstateofstepsurfaceofsteppedspillwaydamundertheactionofwaterflownearthedambodyhasbeenconcerned,andtheat-tempttooptimizeandimprovethesteppedspillwaydamhasbeencarriedout,followedbythecomprehen-sivecomparisonbetweentheoriginalmodelandoptimizationscheme.Thecalculationresultsshowthatthestresssingularityiseasytoappearinthecornerofthestep,whichwillendangerthesafetyofthestruc-ture.However,thissituationcanbeimprovedbyadoptingtheoptimizationandimprovementmeasuresofthefilletinthecornerofthestepwithoutbasicallyaffectingtheenergydissipationperformance.Keywords:steppedspillwaydam;fluid-structurecoupling;mechanicalproperties;optimizationscheme阶梯式溢流坝是在溢流坝面上从胸墙附近直到坝趾处设计一系列台阶的消能形式.设计良好的阶梯式溢流坝可以显著缩小甚至完全省去消力池,获得巨大的经济效益[1].在以往针对阶梯式溢流坝的各类研究中,常以台阶面附近的水气两相流及自由液面为研究对象,消能率等水力学要素常成为研究的重点.例如,蒋晓光[2]、王强等[3]针对台阶高度对消能率影响进行了研究,Youichi等[4]、田嘉宁等[5]对台阶面附近滑行流、过渡流与跌落流的流态进行划分,张志昌[6]针对溢流面上水面线高度进行了计算等.而当涉及到坝体周围流体对坝体影响的探讨收稿日期:2020-01-22基金项目:国家自然科学基金地区基金(51069004)通讯作者:赵廷红(1974-),女,甘肃临夏人,副教授,博士.Email:zhao...
