基于Hypermesh的水工结构建模及运用

王国富 杨艳

【摘要】Hypermesh软件的使用具有明显的优势，尤其是在联合CAD软件的使用過程中，能够有效控制建模和衔接处理的质量，对于解决复杂结构具有重要的作用。本文结合Hypermesh的建模方案及其使用的实例进行了分析，旨在为水工结构建模的安全评估提供更优质的方案。

【关键词】Hypermesh；水工结构；建模

一、Hypermesh建模

使用这一处理技术可以完成人机交互控制网格划分，采用这一种可视化的操作方式具有明显的优势，使用范围广泛。根据不同的网格进行对象的划分，网格生成算法可以分成基于规则形状以及原始实体两种算法。第一种需要人为干预，第二种基本是全自动化的剖分。

（一）基本步骤

这一算的基本步骤要从原始资料分析，水利工程建设的原始资料是CAD平面图，需要在CAD平面图上完成建立水工模型的设计。其主要的步骤是：

1.基于CAD图纸，从中选择各个部位的断面，将其保存在Hypermesh中。

2.根据不同断面的特点进行分析，根据其实际的位置放置于Hypermesh中，构建一个大致的建筑轮廓，为后期的判断做准备。

3.需要对断面间的影响进行分析，然后在其中添加点和线，可以提高二维网格的准确性。

4.根据空间尺寸，将二维网格制作为三维网格（如图1所示），在三维网格的基础上可以完成后续的操作。

（二）网格质量控制

1.网格形状的控制

网格形状的控制具有一定的难度，需要选择好形状的单元从而可以有效控制坝体应力值收敛速度，减少单元划分的次数，有效提高计算精度。水工结构模型中可以选择六面体单元，主要优势在于具有较好的收敛性，而且成本比较低，便于进行衔接处理。

2.网格的疏密控制

根据计算机时间以及内存的影响分析，要求保证符合精度的要求，控制网格的数量，不必过分的细分网格。注意网格的划分要疏密有致。

3.网格的衔接控制

除了网格质量之外，也要根据有限元的理论进行分析，网格节点之间的需要使用节点力的传递进行有效衔接。等待网格划分完成之后，要注意对节点进行衔接处理。

二、具体应用实例分析

（一）仿真模型

在研究某个节制闸时，发现其采用了水闸和溢流坝相结合的布置形式，相对于重力坝等水工建筑物，水闸混凝土的结构更加复杂，而且其中包含了很多组成部分，在网格划分的过程中，首先进行上部混凝土结构网格划分，之后完成网格模型的建立。

第一，要在CAD图纸中选择特征剖面，然后要注意各个剖面文件的单独保存，之后，要注意对特征剖面进行二维网格划分，同时也要考虑到三维模型中底板和其他部位的网格衔接处理。第二，第二，二维网格的划分需要根据CAD图纸中每个部分的实际尺寸，然后继续划分为三维网格。之后可以不断的简化结构，注意水闸结构的应力分析至关重要。第三，要考虑到闸室的结构，闸室地基是一个整体，因此地基的土层不够平整，所以最好对闸室的结构进调整。

在仿真模型建立的过程中，可以将复杂断层网络定义为AOV网络模型，这一模型可以定义为：

其中的F表示断层网络中断层题的集合，利用AOV模型的结点表示，E表示F中元素有序对的集合，即AOV模型的边。

此外，对于裂隙面参数的产检概率分布，可以用以下公式进行计算。均匀分布的表达式为：

式中x的取值范围是（a，b），其均值与方差为和 ，一般情况下，裂隙面中心点坐标都是均匀分布，并且相互独立。

（二）质量检查

在质量检查的过程中，需要简化水闸应力的算法，此时可以将其当做一个受分布荷载的简支梁，之后进行有限元计算，根据计算结果可知拉压应力分布位置与传统方法定性分析结论相同，表示底板符合这一水闸的受力特点，因此说明该模型网格质量较好。

（三）有限元仿真分析

使用有限元仿真分析的方法，可以保证计算结果更趋近现实情况。根据表1的汇总可以明确不同不同工况下闸室底板和边墩制作顺河向、横河向、竖直向最大拉力应力。

结论：

为了确保水工模型的可靠性，需要建设高质量的网格，使用Hypermesh进行网格处理，可以建立复杂且优质的水工模型。虽然在划分水工模型的过程中存在明显的差异，但是网格的划分要求具有一致性。Hypermesh软件和CAD软件的衔接具有明显优势，因此在水闸安全评估的过程中可以发挥重要的作用。

参考文献：

[1]茹世荣.水工结构混凝土超声波无损检测技术应用[J].吉林水利，2017（12）：63-66.

[2]李胜首.水电站水工金属结构安全检测及评估分析[J].通讯世界，2017（23）：317-318.