【摘要】：混凝土壩,尤其是混凝土拱壩的溫度控制問題是其施工期的核心關注點。冷卻水管作為最為常見的溫度控制措施,將在混凝土內部產生較為復雜的溫度場分布情況,一種適用于這種精細化溫度場的計算方法將為實現智能化溫度控制提供良好的理論基礎與技術支撐。但現有研究仍難以達到在不特殊建立水管單元、不加密有限元網格的基礎上,實現對水管附近真實溫度場的正確計算。論文以此目標為研究導向,開展了系統(tǒng)性的研究工作,提出了含水管細尺度溫度場的計算方法,并最終建立了一套完整的、快速的、正確的、可用于工程級別的大體積混凝土仿真分析平臺。本文的主要內容包括:(1)提出了含冷卻水管的混凝土不連續(xù)溫度場的求解方法。通過對理論推導給出的非線性解空間的捕捉,構造了適應于該問題的擴充形函數;針對單元內部含有第一類邊界條件的情況給出了點源式第三類邊界條件的轉化方法;并對含水管問題的求解域簡化、單元內含有不連續(xù)場的積分方案以及時間域的積分方法等方面進行了詳細的研究與討論。(2)提出了無網格依賴性的水管空間離散建模與三維求解方法。基于計算幾何提出了三維富集單元的快速搜索判識算法,實現了在不考慮水管信息的有限元網格中自動得到水管在混凝土中位置的目的;給出了包括單管斜穿單元、管鋪設在單元底面、多管穿越單元等多種復雜空間位置關系下的積分方案與邊界條件修正算法;結合水冷函數算法與管壁換熱遞推算法給出了沿程水溫的計算方法。(3)綜合粗、細尺度計算方法與智能化前、后處理方法,建立了大體積混凝土溫度場仿真平臺�；诘刃Ю鋮s效果的思想,利用麥克勞林級數展開推導了多層水管的等效導溫系數,實現了利用同一套粗網格對不同水管鋪設方案下大體積混凝土溫度場的求解;基于計算幾何給出了混凝土壩復雜、動態(tài)變化的溫度邊界條件智能化探測算法;建立了大規(guī)模工程有限元自動化后處理平臺,解決了人工后處理的困難;基于第5代HTML標準提出了易于信息傳播、便于多方共享的有限元成果互聯(lián)網共享方法。
[Abstract]:The temperature control of concrete dams, especially concrete arch dams, is the core concern during construction. As the most common temperature control measure, the cooling water pipe will produce more complicated temperature field distribution in the concrete. A calculation method suitable for this kind of fine temperature field will provide a good theoretical basis and technical support for the realization of intelligent temperature control. However, the current research is still difficult to achieve the correct calculation of the real temperature field near the water pipe on the basis of no special water pipe element and no encryption finite element mesh. In this paper, a systematic research work has been carried out, and a method for calculating the temperature field of water pipes on a fine scale has been put forward. Finally, a set of complete, fast and correct methods have been established. It can be used for mass concrete simulation and analysis platform of engineering grade. The main contents of this paper are as follows: (1) the solution of discontinuous temperature field of concrete with cooling water pipe is proposed. By capturing the nonlinear solution space derived from the theoretical derivation, the extended form function suitable for the problem is constructed, and the transformation method of the point source type third type boundary condition is given for the case of the first kind of boundary condition in the element. And the solution domain of the water pipe problem is simplified, The integral scheme with discontinuous field in the element and the integration method in time domain are studied and discussed in detail. (2) A mesh-independent discrete modeling method for water pipe space and a three-dimensional solution method are proposed. Based on computational geometry, a fast search and recognition algorithm for 3D enrichment element is proposed, which realizes the purpose of automatically obtaining the position of water pipe in concrete in finite element mesh without considering the information of water pipe. The integral scheme and boundary condition correction algorithm of pipe laying on the bottom surface of the element and the multi-pipe crossing element are given, and the calculation method of the water temperature along the course is given by combining the water cooling function algorithm with the heat transfer recursive algorithm of the pipe wall. (3) the calculation method of the water temperature along the course is given. The simulation platform of mass concrete temperature field is established by the method of fine scale calculation and the method of intelligent pre-and post-processing. Based on the idea of equivalent cooling effect, the equivalent temperature conduction coefficient of multilayer water pipe is deduced by using McLaughlin series expansion, and the temperature field of mass concrete under different water pipe laying schemes is solved by using the same coarse grid. Based on computational geometry, an intelligent detection algorithm for complex and dynamic temperature boundary conditions of concrete dams is presented, and a finite element automatic post-processing platform for large-scale engineering is established, which solves the difficulty of artificial post-processing. Based on the fifth generation HTML standard, an Internet sharing method of finite element results is proposed, which is easy for information dissemination and multi-party sharing.
【學位授予單位】：清華大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TV544;TV642

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