基于Hypermesh的水工結構建模及運用

王國富 楊艷

【摘要】Hypermesh軟件的使用具有明顯的優勢，尤其是在聯合CAD軟件的使用過程中，能夠有效控制建模和銜接處理的質量，對于解決復雜結構具有重要的作用。本文結合Hypermesh的建模方案及其使用的實例進行了分析，旨在為水工結構建模的安全評估提供更優質的方案。

【關鍵詞】Hypermesh；水工結構；建模

一、Hypermesh建模

使用這一處理技術可以完成人機交互控制網格劃分，采用這一種可視化的操作方式具有明顯的優勢，使用范圍廣泛。根據不同的網格進行對象的劃分，網格生成算法可以分成基于規則形狀以及原始實體兩種算法。第一種需要人為干預，第二種基本是全自動化的剖分。

（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計。其主要的步驟是：

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

2.根據不同斷面的特點進行分析，根據其實際的位置放置于Hypermesh中，構建一個大致的建筑輪廓，為后期的判斷做準備。

3.需要對斷面間的影響進行分析，然后在其中添加點和線，可以提高二維網格的準確性。

4.根據空間尺寸，將二維網格制作為三維網格（如圖1所示），在三維網格的基礎上可以完成后續的操作。

（二）網格質量控制

1.網格形狀的控制

網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力值收斂速度，減少單元劃分的次數，有效提高計算精度。水工結構模型中可以選擇六面體單元，主要優勢在于具有較好的收斂性，而且成本比較低，便于進行銜接處理。

2.網格的疏密控制

根據計算機時間以及內存的影響分析，要求保證符合精度的要求，控制網格的數量，不必過分的細分網格。注意網格的劃分要疏密有致。

3.網格的銜接控制

除了網格質量之外，也要根據有限元的理論進行分析，網格節點之間的需要使用節點力的傳遞進行有效銜接。等待網格劃分完成之后，要注意對節點進行銜接處理。

二、具體應用實例分析

（一）仿真模型

在研究某個節制閘時，發現其采用了水閘和溢流壩相結合的布置形式，相對于重力壩等水工建筑物，水閘混凝土的結構更加復雜，而且其中包含了很多組成部分，在網格劃分的過程中，首先進行上部混凝土結構網格劃分，之后完成網格模型的建立。

第一，要在CAD圖紙中選擇特征剖面，然后要注意各個剖面文件的單獨保存，之后，要注意對特征剖面進行二維網格劃分，同時也要考慮到三維模型中底板和其他部位的網格銜接處理。第二，第二，二維網格的劃分需要根據CAD圖紙中每個部分的實際尺寸，然后繼續劃分為三維網格。之后可以不斷的簡化結構，注意水閘結構的應力分析至關重要。第三，要考慮到閘室的結構，閘室地基是一個整體，因此地基的土層不夠平整，所以最好對閘室的結構進調整。

在仿真模型建立的過程中，可以將復雜斷層網絡定義為AOV網絡模型，這一模型可以定義為：

其中的F表示斷層網絡中斷層題的集合，利用AOV模型的結點表示，E表示F中元素有序對的集合，即AOV模型的邊。

此外，對于裂隙面參數的產檢概率分布，可以用以下公式進行計算。均勻分布的表達式為：

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

（二）質量檢查

在質量檢查的過程中，需要簡化水閘應力的算法，此時可以將其當做一個受分布荷載的簡支梁，之后進行有限元計算，根據計算結果可知拉壓應力分布位置與傳統方法定性分析結論相同，表示底板符合這一水閘的受力特點，因此說明該模型網格質量較好。

（三）有限元仿真分析

使用有限元仿真分析的方法，可以保證計算結果更趨近現實情況。根據表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、豎直向最大拉力應力。

結論：

為了確保水工模型的可靠性，需要建設高質量的網格，使用Hypermesh進行網格處理，可以建立復雜且優質的水工模型。雖然在劃分水工模型的過程中存在明顯的差異，但是網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勢，因此在水閘安全評估的過程中可以發揮重要的作用。

參考文獻：

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