随着我国经济发展的突飞猛进，国家各个行业对电力的需求也越来越大，水电作为一种可持续发展的能源战略方针，对国家经济和社会发展有着巨大的贡献，但水电能源作为潜在的健康能源，在我国的已开发程度远远不及欧美国家，因此开发利用我国丰富的水电资源成为水利水电建设的重要任务之一，而拱坝作为一种既安全稳定，又经济美观的坝型，在现代水利水电建设中发挥着重要的作用，尤其是在地质地形条件较好的峡谷中，有着不可替代的作用。人类修建拱坝有着悠久的历史，拱坝的线形也从最早开始的圆弧拱坝，发展到后来的抛物线拱坝，椭圆拱坝，双曲线拱坝，三次样条曲线拱坝，对数螺线拱坝以及混合曲线拱坝，可以看出拱坝线形的设计与研究已日趋成熟，但实际上这仅仅限于上述已有的拱坝线形研究，如果不创新突破，拱坝线形的研究终将停滞不前，同时拱坝未来的发展趋势是面对更多不利的地质地形条件，这样就需要更多的线形来进行对比论证，所以研究一种新线形对拱坝发展至关重要。本文在这样的背景之下，首先提出了一种拱坝拱圈的新线形——心形线，以心形线为创新出发点和研究对象，推导了心形线作为拱坝拱圈中轴线的数学方程并建立了心形线双曲拱坝的数学模型，并通过在AutoCAD中与C语言程序设计结合实现了心形线双曲拱坝的三维实体模型的程序智能绘制；然后介绍了有限元法的相关原理和ANSYS软件的相关应用；接着设计了心形线双曲拱坝在ANSYS中参数化建模的程序；再接着在ANSYS中对心形线双曲拱坝在特殊荷载工况下进行仿真模拟，根据在有限元分析应力结果，得出心形线作为拱坝拱圈的一种新线形的合理性，再通过与抛物线双曲拱坝进行对比，得出心形线双曲拱坝的优缺点。心形线双曲拱坝的提出及体型建模将为新的拱坝研究与发展提供理论基础和科学依据。作为本论文中研究重点的心形线，其本身的直角坐标系方程用于拱坝建模十分复杂，但通过与心形线的极坐标方程结合，找到了心形线作为拱坝线形进行建模的突破点，因此首先根据心形线的极坐标方程推导了心形线作为拱圈中轴线的数学方程，建立了心形线的极角与拱坝半中心角之间的数学关系，结合已建拱坝的体型参数特点，初步设定了半中心角，就可得到心形线本身的参数，根据已得到的心形线参数，就可建立心形线拱圈中轴线的数学方程以及上下游拱圈的数学方程，通过与设计规范中的拱冠梁数学方程结合，并利用C语言程序设计进行编程，实现了心形线双曲拱坝坐标点的计算和绘制，曲线的拟合，曲面的生成以及拱坝体型的建模；在完成初步建模之后，便可在ANSYS中进行应力分析，并根据有限元分析结果，对应力不符合设计规范的部位进行参数的调整，最终可得到符合设计规范的心形线双曲拱坝，本文为以后进行心形线双曲拱坝的优化设计奠定了基础。