本文關(guān)鍵詞：大體積混凝土實(shí)時溫度應(yīng)力控制研究

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【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展,水能資源開發(fā)與利用效率的不斷提高,我國近二十年修建了一大批大中型水利工程。澆筑大壩所用混凝土是典型的大體積混凝土,為了防止混凝土大壩結(jié)構(gòu)開裂,必須注重溫度應(yīng)力的控制。對大壩混凝土在通水冷卻期間的溫度場、應(yīng)力場進(jìn)行實(shí)時研究與反饋,能有效預(yù)防大壩出現(xiàn)的過大應(yīng)力梯度,為工程中采取及時有效的溫控措施提供有力參考。本文在CUDA平臺下開發(fā)了基于GPU并行計(jì)算的溫度應(yīng)力有限元仿真程序,通過對室內(nèi)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行仿真模擬,對比分析了仿真所得溫度場與實(shí)測溫度場的區(qū)別,利用溪洛渡大壩通水冷卻期間實(shí)測混凝土溫度數(shù)據(jù),研究了混凝土實(shí)測溫度場、應(yīng)力場的演化規(guī)律,并提出了基于應(yīng)力控制的溫控模型。本文主要的研究工作包括:(1)指出了國內(nèi)外大體積混凝土通水換熱系統(tǒng)存在的不足,并從內(nèi)部致裂演化機(jī)理、溫度應(yīng)力場計(jì)算及其應(yīng)力控制理論、實(shí)時監(jiān)測與仿真一體化的應(yīng)力反饋控制三方面總結(jié)了現(xiàn)階段關(guān)于溫度應(yīng)力的研究現(xiàn)狀及不足。(2)總結(jié)了混凝土溫度場、應(yīng)力場有限元仿真的計(jì)算方法,對GPU自編程序主體架構(gòu)及其對應(yīng)的計(jì)算流程,以及邊界條件的處理、施工過程的模擬等方面的具體實(shí)現(xiàn)過程進(jìn)行了詳細(xì)說明。(3)通過算例分析,將計(jì)算結(jié)果與商業(yè)程序MIDAS以及CPU程序計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比,驗(yàn)證了基于GPU的自編程序的準(zhǔn)確性、高效性。(4)通過對室內(nèi)溫控實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,仿真求解混凝土在通水冷卻期間的溫度場分布,并與通過溫度計(jì)所測混凝土溫度數(shù)據(jù)插值所得溫度場分布進(jìn)行對比,分析仿真與實(shí)測溫度場的差異及其主要來源。(5)利用溪洛渡大壩現(xiàn)場澆筑倉實(shí)測混凝土真實(shí)溫度數(shù)據(jù),計(jì)算分析總結(jié)得到倉內(nèi)混凝土溫度場、應(yīng)力場分布及演化規(guī)律。(6)分析了溫度應(yīng)力對旭龍大壩整體受力的影響,總結(jié)了大壩溫度應(yīng)力重點(diǎn)控制部位,并提出了基于應(yīng)力控制的溫度應(yīng)力控制與預(yù)警模型。
【關(guān)鍵詞】：大體積混凝土 實(shí)時控制 GPU并行計(jì)算
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TV544
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 引言8-23
• 1.1 研究背景8-13
• 1.1.1 大體積混凝土的廣泛應(yīng)用8-9
• 1.1.2 大體積混凝土溫度控制的必要性9-11
• 1.1.3 現(xiàn)有溫控措施及其不足11-13
• 1.2 溫度應(yīng)力控制研究現(xiàn)狀13-20
• 1.2.1 開裂原因及演化機(jī)理研究現(xiàn)狀13-15
• 1.2.2 溫度應(yīng)力場計(jì)算及應(yīng)力控制理論研究現(xiàn)狀15-18
• 1.2.3 實(shí)時監(jiān)測與仿真一體化的應(yīng)力反饋控制研究18-20
• 1.3 目前研究存在的不足20-21
• 1.4 本文研究內(nèi)容21-23
• 第2章 基于GPU的溫度應(yīng)力求解程序23-52
• 2.1 溫度場有限元計(jì)算23-29
• 2.1.1 絕熱溫升23
• 2.1.2 熱傳導(dǎo)方程23-24
• 2.1.3 邊值條件24-26
• 2.1.4 有限元法求解不穩(wěn)定溫度場26-29
• 2.2 應(yīng)力場有限元計(jì)算29-34
• 2.2.1 彈性模量29-30
• 2.2.2 熱膨脹系數(shù)30
• 2.2.3 徐變度30-31
• 2.2.4 有限元法求解彈性徐變溫度應(yīng)力場31-34
• 2.3 計(jì)算方法及理論在自編程序中的實(shí)現(xiàn)34-39
• 2.3.1 四面體單元對應(yīng)矩陣系數(shù)34-37
• 2.3.2 邊界條件的處理37-38
• 2.3.3 生死單元模擬施工過程38-39
• 2.4 程序?qū)崿F(xiàn)架構(gòu)及流程39-44
• 2.4.1 前處理部分40-41
• 2.4.2 求解器程序開發(fā)41-44
• 2.5 算例驗(yàn)證44-50
• 2.5.1 程序準(zhǔn)確性分析44-50
• 2.5.2 程序加速效果分析50
• 2.6 本章小結(jié)50-52
• 第3章 基于實(shí)測數(shù)據(jù)的溫度應(yīng)力分析52-69
• 3.1 室內(nèi)試驗(yàn)溫度場對比分析52-61
• 3.1.1 仿真模型及基本參數(shù)設(shè)定52-54
• 3.1.2 計(jì)算結(jié)果及對比分析54-60
• 3.1.3 差異來源分析60-61
• 3.2 基于實(shí)測溫度場的應(yīng)力場求解分析61-68
• 3.2.1 模型及基本參數(shù)設(shè)定61-62
• 3.2.2 前處理程序參數(shù)設(shè)定62-64
• 3.2.3 溫度場演化過程分析64-65
• 3.2.4 應(yīng)力場演化過程分析65-68
• 3.3 本章總結(jié)68-69
• 第4章 溫度應(yīng)力實(shí)時控制模型69-79
• 4.1 溫度應(yīng)力對大壩的影響實(shí)例69-74
• 4.2 基于應(yīng)力控制的溫度應(yīng)力控制模型74-77
• 4.3 本章小結(jié)77-79
• 第5章 結(jié)論及展望79-81
• 5.1 結(jié)論79-80
• 5.2 展望80-81
• 參考文獻(xiàn)81-86
• 致謝86-88
• 個人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果88

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