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随着计算机的飞速发展,有限元法在工程计算领域得到了广泛的应用。但是混凝土重力坝设计规范中的应力计算却仍是以材料力学法作为基础,有限元法不能成为其主要设计标准。其中一个原因是坝踵、坝趾的应力奇异,许多专家、学者虽对此进行了大量的研究,不过此问题一直没有得到很好地解决。 本文在系统地学习和吸收自适应有限元法的主要理论基础之上,以ANSYS程序作为计算工具,研究了自适应有限元在ANSYS中的实现过程,为验证其可靠性,首先将其应用于L型钢板的应力计算,并对自适应计算中控制参数的影响进行了研究分析,结果证明基于ANSYS的自适应有限元在工程中应用是切实可行的。然后将自适应有限元法应用于大坝有限元应力取值的研究,通过对不同坝高、弹模比(坝体和坝基)的自适应计算,得到如下结论: (1)对于给定的全域能量误差限,采用ANSYS程序的网格剖分自适应策略,可以满足误差要求,并且基本不受单元尺寸改变控制因子的影响,不因坝踵部位应力集中而产生不收敛现象。 (2)对于不同初始网格和无初始网格情况,如果给定一个相同的全域能量误差限,从自适应有限元应力计算中能够得到建基面上基本相同的应力结果。 (3)对于重力坝存在一个稳定的临界全域能量误差限,它不随坝高和弹模比的变化而改变,结果表明临界全域能量误差限是稳定的,本文通过计算得到岩基上重力坝的临界全域能量误差限为2。 最后,针对传统有限元计算坝踵存在较大拉应力情况,本文设想在上游坝基设置V型槽来改善坝踵区应力分布,并对其位置和尺寸进行了优化设计,最后对具有最优化切口槽的重力坝进行了自适应计算分析。为重力坝的结构设计提供了新的思路。