冰-水耦合作用下流冰对明渠的撞击破坏响应分析

作者：贾治元; 贡力^*; 党丹丹; 董洲全; 杨腾腾

来源：振动工程学报, 2023, 36(04): 1033-1043.

DOI：10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.2023.04.017

• 冰-水耦合
• 流冰撞击
• 明渠
• 数值模拟
• 模型试验

为研究水介质中流冰对输水明渠的撞击影响，基于流固耦合的计算方法，运用LS-DYNA软件对水介质中流冰与明渠的撞击过程进行非线性有限元仿真，并通过几何比尺为1∶10进行模型试验验证。以流冰与明渠碰撞角度、流冰厚度、明渠衬砌混凝土强度等级为变量，探究其对流冰碰撞输水明渠的影响规律。结果表明：碰撞角度为90°工况下的明渠衬砌撞击区的最大等效应力与X方向最大位移分别是38.66°，45°，63.43°工况平均峰值的3.01倍和4.19倍，且90°工况下明渠衬砌撞击区发生了约为5.72×10-6 m的损伤变形，而38.66°，45°，63.43°工况下的损伤变形约0～4.78×10-7 m，表明倾斜的坡面可以有效减小流冰对明渠撞击区的撞击力、位移及损伤变形；流冰厚度对明渠衬砌撞击的最大等效应力与X方向最大位移呈现出近似的线性关系；流冰对明渠衬砌撞击的最大等效应力与X方向最大位移随着混凝土强度等级的增大而逐渐减小，两者呈现出近似的线性关系。综合分析所模拟的不同工况可以发现，冰渠之间的水由于受到冰运动时的挤压作用而预先产生一个高压力场，在求解分析时应充分考虑，不可忽略；同时，试验值与模拟值基本吻合，表明数值模拟仿真模型准确可靠。

• 单位
  土木工程学院; 兰州交通大学