【摘要】：混凝土壩,尤其是混凝土拱壩的溫度控制問(wèn)題是其施工期的核心關(guān)注點(diǎn)。冷卻水管作為最為常見(jiàn)的溫度控制措施,將在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生較為復(fù)雜的溫度場(chǎng)分布情況,一種適用于這種精細(xì)化溫度場(chǎng)的計(jì)算方法將為實(shí)現(xiàn)智能化溫度控制提供良好的理論基礎(chǔ)與技術(shù)支撐。但現(xiàn)有研究仍難以達(dá)到在不特殊建立水管單元、不加密有限元網(wǎng)格的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)對(duì)水管附近真實(shí)溫度場(chǎng)的正確計(jì)算。論文以此目標(biāo)為研究導(dǎo)向,開(kāi)展了系統(tǒng)性的研究工作,提出了含水管細(xì)尺度溫度場(chǎng)的計(jì)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(jí)別的大體積混凝土仿真分析平臺(tái)。本文的主要內(nèi)容包括:(1)提出了含冷卻水管的混凝土不連續(xù)溫度場(chǎng)的求解方法。通過(guò)對(duì)理論推導(dǎo)給出的非線(xiàn)性解空間的捕捉,構(gòu)造了適應(yīng)于該問(wèn)題的擴(kuò)充形函數(shù);針對(duì)單元內(nèi)部含有第一類(lèi)邊界條件的情況給出了點(diǎn)源式第三類(lèi)邊界條件的轉(zhuǎn)化方法;并對(duì)含水管問(wèn)題的求解域簡(jiǎn)化、單元內(nèi)含有不連續(xù)場(chǎng)的積分方案以及時(shí)間域的積分方法等方面進(jìn)行了詳細(xì)的研究與討論。(2)提出了無(wú)網(wǎng)格依賴(lài)性的水管空間離散建模與三維求解方法。基于計(jì)算幾何提出了三維富集單元的快速搜索判識(shí)算法,實(shí)現(xiàn)了在不考慮水管信息的有限元網(wǎng)格中自動(dòng)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(shè)在單元底面、多管穿越單元等多種復(fù)雜空間位置關(guān)系下的積分方案與邊界條件修正算法;結(jié)合水冷函數(shù)算法與管壁換熱遞推算法給出了沿程水溫的計(jì)算方法。(3)綜合粗、細(xì)尺度計(jì)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(chǎng)仿真平臺(tái)�；诘刃Ю鋮s效果的思想,利用麥克勞林級(jí)數(shù)展開(kāi)推導(dǎo)了多層水管的等效導(dǎo)溫系數(shù),實(shí)現(xiàn)了利用同一套粗網(wǎng)格對(duì)不同水管鋪設(shè)方案下大體積混凝土溫度場(chǎng)的求解;基于計(jì)算幾何給出了混凝土壩復(fù)雜、動(dòng)態(tài)變化的溫度邊界條件智能化探測(cè)算法;建立了大規(guī)模工程有限元自動(dòng)化后處理平臺(tái),解決了人工后處理的困難;基于第5代HTML標(biāo)準(zhǔn)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(wǎng)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(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TV544;TV642

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本文編號(hào)：2293875