本發(fā)明屬于大壩仿真，具體涉及一種基于有限元的多時(shí)序大壩結(jié)構(gòu)仿真方法、系統(tǒng)及其存儲(chǔ)介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、有限元仿真技術(shù)在大壩結(jié)構(gòu)安全分析中發(fā)揮著重要作用，它是一種數(shù)值方法，用于解決復(fù)雜的工程問(wèn)題，如結(jié)構(gòu)力學(xué)、流體力學(xué)、熱傳導(dǎo)等。在大壩結(jié)構(gòu)安全中，常常用來(lái)做結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析、應(yīng)力應(yīng)變分析、滲流分析、長(zhǎng)期性能和災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，這種方法能夠較好地反映混凝土壩的實(shí)際安全狀態(tài)。此外，三維動(dòng)力有限元分析方法也被證明在評(píng)估大壩安全性態(tài)上具有重要作用，尤其在地震活躍地區(qū)的大壩安全性評(píng)估中。在有限元分析方法上，大壩結(jié)構(gòu)安全主要使用線型靜力分析和動(dòng)力分析兩種。其中靜力分析主要適用于恒定載荷條件下的大壩響應(yīng)。動(dòng)力分析用于評(píng)估大壩在地震、洪水水位快速上漲等其他動(dòng)態(tài)載荷條件下的響應(yīng)。

2、大壩結(jié)構(gòu)的有限元分析模型常用的技術(shù)方法如下：

3、(1)構(gòu)建有限元模型，分為幾何模型和材料屬性：根據(jù)大壩的設(shè)計(jì)圖紙或者bim模型創(chuàng)建三維模型，包括大壩本身、基礎(chǔ)、周圍的土體以及可能的水體。指定每種模型實(shí)際施工材料的物理和力學(xué)屬性，如混凝土、巖石、土壤的彈性模量、泊松比、密度、抗拉強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度等。

4、(2)劃分有限元網(wǎng)格：將大壩結(jié)構(gòu)和周圍環(huán)境離散化為多個(gè)小的單元，這些單元可以是二維的(平面應(yīng)變或平面應(yīng)力)或三維的。單元的大小和形狀根據(jù)所需的精度和計(jì)算資源來(lái)確定。

5、(3)應(yīng)用合適的邊界條件(氣溫、風(fēng)速、日照強(qiáng)度、庫(kù)水位等)帶入模型進(jìn)行計(jì)算。

6、(4)利用有限元軟件進(jìn)行求解，常用的軟件包括ansys、abaqus、paraview、tecplot。

7、(5)對(duì)有限元結(jié)果進(jìn)行后處理和結(jié)果分析：主要是分析輸出的數(shù)據(jù)，如應(yīng)力云圖、位移矢量、安全系數(shù)等。并根據(jù)結(jié)果評(píng)估結(jié)構(gòu)的安全性和性能，必要時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)或提出加固建議。

8、(6)將分析結(jié)果與實(shí)際的大壩相關(guān)真實(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證模型的有效性，并針對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)(1)中的參數(shù)和(2)中的有限元網(wǎng)格進(jìn)行重新調(diào)整，直至有限元結(jié)果與現(xiàn)實(shí)結(jié)果趨于一致。

9、在大壩安全分析的應(yīng)用中，目前主流的有限元分析方法主要有以下幾個(gè)方面的不足和局限性：

10、(1)模型建模專業(yè)性過(guò)強(qiáng)。需要用戶具有非常高的結(jié)構(gòu)力學(xué)基礎(chǔ)和理解能力，因此，難以在大壩結(jié)構(gòu)安全的運(yùn)維人員中推廣應(yīng)用。

11、(2)建模成本高。目前的大壩結(jié)構(gòu)分析通常采用單次分析模式，對(duì)于同一個(gè)大壩結(jié)構(gòu)不同時(shí)期不同工況下的結(jié)構(gòu)分析通常以單次招標(biāo)的形式進(jìn)行。受不同分析機(jī)構(gòu)和不同分析人員的理解差異較大的影響，分析結(jié)果之間不具備連貫性和一致性。

12、(3)在緊急工況條件下分析不及時(shí)。目前有限元分析都需要重新擬定參數(shù)和格網(wǎng)，哪怕是統(tǒng)一分析人員進(jìn)行分析，也需要在本次分析開(kāi)始之前，結(jié)合上次分析過(guò)程到本次分析之間的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化。對(duì)模型重新進(jìn)行參數(shù)率定后，才能開(kāi)展工作。耗時(shí)較長(zhǎng)，分析結(jié)果實(shí)時(shí)性差。

13、因此，亟需提出一種能夠解決有限元模型分析時(shí)間長(zhǎng)、結(jié)果連續(xù)性差等問(wèn)題的有限元多時(shí)序大壩結(jié)構(gòu)結(jié)果仿真預(yù)演體系及應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就是為了解決上述背景技術(shù)存在的不足，提供一種基于有限元的多時(shí)序大壩結(jié)構(gòu)仿真方法、系統(tǒng)及其存儲(chǔ)介質(zhì)，允許運(yùn)維人員能夠在系統(tǒng)中快速調(diào)取大壩結(jié)構(gòu)本日有限元分析成果，并能夠在緊急工況條件下基于現(xiàn)有結(jié)果快速響應(yīng)。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于有限元的多時(shí)序大壩結(jié)構(gòu)仿真方法，包括以下步驟：

3、持續(xù)采集大壩的實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、實(shí)際邊界環(huán)境條件；

4、通過(guò)大壩當(dāng)前的實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、實(shí)際邊界環(huán)境條件和屬性信息，計(jì)算有限元結(jié)果，得到大壩當(dāng)前的有限元結(jié)果文件作為實(shí)測(cè)工況結(jié)果文件，并基于當(dāng)前的時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行單獨(dú)存儲(chǔ)；

5、基于大壩當(dāng)前的有限元結(jié)果文件更新大壩的屬性信息；

6、展示連續(xù)的若干個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的大壩有限元結(jié)果文件及其變化過(guò)程。

7、上述技術(shù)方案中，還包括以下步驟：基于指定時(shí)間節(jié)點(diǎn)的大壩有限元結(jié)果文件和預(yù)設(shè)邊界環(huán)境條件，通過(guò)有限元計(jì)算，得到在預(yù)設(shè)邊界環(huán)境條件下以該指定時(shí)間節(jié)點(diǎn)為起點(diǎn)的多時(shí)序且連續(xù)的大壩有限元結(jié)果文件，作為預(yù)測(cè)工況結(jié)果文件進(jìn)行存儲(chǔ)和展示。

8、上述技術(shù)方案中，所述預(yù)測(cè)工況結(jié)果文件基于對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)邊界環(huán)境條件和時(shí)間節(jié)點(diǎn)單獨(dú)進(jìn)行存儲(chǔ)。

9、上述技術(shù)方案中，還包括以下步驟：同步展示實(shí)測(cè)工況結(jié)果文件，以及基于不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)和預(yù)設(shè)邊界環(huán)境條件的預(yù)測(cè)工況結(jié)果文件。

10、上述技術(shù)方案中，所述實(shí)測(cè)工況結(jié)果文件和預(yù)測(cè)工況結(jié)果文件均分別包括邊界環(huán)境條件文件、壩段結(jié)果文件和屬性信息文件；所述壩段結(jié)果文件包括監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)歷程文件、結(jié)構(gòu)分量場(chǎng)瞬時(shí)文件和結(jié)構(gòu)特征值摘要文件。

11、上述技術(shù)方案中，實(shí)測(cè)工況結(jié)果文件和預(yù)測(cè)工況結(jié)果文件均存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)；所述數(shù)據(jù)庫(kù)包括：一級(jí)目錄，為總目錄；二級(jí)目錄，包括邊界環(huán)境條件文件夾、壩段結(jié)果文件夾和屬性輸入文件夾；

12、邊界環(huán)境條件文件夾、壩段結(jié)果文件夾下的三級(jí)目錄均包括實(shí)測(cè)工況結(jié)果文件夾和預(yù)測(cè)工況結(jié)果文件夾；

13、邊界文件夾下的四級(jí)目錄，在其三級(jí)目錄的每個(gè)文件夾內(nèi)按照設(shè)定時(shí)間段設(shè)置文件夾；邊界文件夾下的五級(jí)目錄，按照上級(jí)目錄的時(shí)間段和文件類型存儲(chǔ)相應(yīng)時(shí)刻的實(shí)測(cè)或者預(yù)測(cè)工況結(jié)果文件中的邊界環(huán)境條件文件。

14、壩段結(jié)果文件夾下的四級(jí)目錄，在三級(jí)目錄的每個(gè)文件夾內(nèi)分為監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)歷程文件夾、結(jié)構(gòu)分量場(chǎng)瞬時(shí)文件夾和結(jié)構(gòu)特征值摘要文件；壩段結(jié)果文件夾下的五級(jí)目錄，在其四級(jí)目錄的每個(gè)文件夾內(nèi)按照設(shè)定時(shí)間段設(shè)置文件夾；壩段結(jié)果文件夾下的六級(jí)目錄，按照上級(jí)目錄的時(shí)間段和文件類型存儲(chǔ)相應(yīng)時(shí)刻的實(shí)測(cè)或者預(yù)測(cè)工況結(jié)果文件中的監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)歷程文件、結(jié)構(gòu)分量場(chǎng)瞬時(shí)文件或者結(jié)構(gòu)特征值摘要文件；

15、屬性輸入文件夾下的三級(jí)目錄，分為屬性文件夾和監(jiān)測(cè)歷程文件；屬性文件夾存儲(chǔ)當(dāng)前的測(cè)工況結(jié)果文件中的屬性信息文件；監(jiān)測(cè)歷程文件用于存儲(chǔ)當(dāng)前的實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

16、上述技術(shù)方案中，在預(yù)測(cè)工況結(jié)果文件夾下的所有文件的文件名，采用標(biāo)識(shí)符標(biāo)識(shí)該文件對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)邊界環(huán)境條件；

17、在實(shí)測(cè)工況結(jié)果文件夾和預(yù)測(cè)工況結(jié)果文件夾在的所有文件的文件名，采用時(shí)間字符標(biāo)識(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)；

18、在壩段結(jié)果文件夾的所有文件的文件名，采用編號(hào)字符表示該文件對(duì)應(yīng)壩段編號(hào)。

19、上述技術(shù)方案中，還包括以下步驟：獲取外部輸入指令，識(shí)別指令中的時(shí)間節(jié)點(diǎn)、邊界環(huán)境條件和壩段編號(hào)，并基于對(duì)應(yīng)的標(biāo)識(shí)符、時(shí)間字符和編號(hào)字符在數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行查詢，找到并顯示符合輸入指令的大壩有限元結(jié)果文件。

20、本發(fā)明提供了一種基于有限元的多時(shí)序大壩結(jié)構(gòu)仿真系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)方案所述的基于有限元的多時(shí)序大壩結(jié)構(gòu)仿真方法。

21、本發(fā)明還提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)方案所述的基于有限元的多時(shí)序大壩結(jié)構(gòu)仿真方法。

22、本發(fā)明的有益效果是：針對(duì)有限元分析在緊急工況條件下分析不及時(shí)的問(wèn)題，本發(fā)明通過(guò)持續(xù)高頻率的計(jì)算大壩有限元結(jié)果，不斷滾動(dòng)更新物理參數(shù)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，縮短大壩結(jié)構(gòu)在緊急工況條件下反演參數(shù)所需的時(shí)間，加快分析速度。同時(shí)，本發(fā)明基于實(shí)時(shí)的更新的有限元計(jì)算結(jié)果，更新后續(xù)有限元計(jì)算過(guò)程中的屬性信息，保證多時(shí)序的有限元計(jì)算結(jié)果精度。

23、針對(duì)目前的大壩結(jié)構(gòu)分析通常以單次或者單個(gè)時(shí)間段進(jìn)行分析，成果不夠連續(xù)，分析結(jié)果之間不具備連貫性和一致性的問(wèn)題，本發(fā)明結(jié)合有限元計(jì)算服務(wù)，構(gòu)建大壩從澆筑到運(yùn)維期連續(xù)不斷的有限元分析結(jié)果存儲(chǔ)及展示體系，確保有限元分析結(jié)果的一致性和穩(wěn)定性。

24、針對(duì)模型建模專業(yè)性過(guò)強(qiáng)，對(duì)分析人員要求高的問(wèn)題，本發(fā)明將有限元分析過(guò)程封裝成計(jì)算服務(wù)，采用自動(dòng)調(diào)用的方式進(jìn)行，用戶無(wú)需對(duì)分析過(guò)程進(jìn)行干預(yù)和了解，即可直接查看和運(yùn)用分析結(jié)。

25、進(jìn)一步地，本發(fā)明針對(duì)不同時(shí)刻不同工況的有限元結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行單獨(dú)存儲(chǔ)，便于后續(xù)計(jì)算時(shí)可以直接調(diào)用指定時(shí)刻指定工況的有限元數(shù)據(jù)，提高了后續(xù)有限元計(jì)算的效率和精度。

26、進(jìn)一步地，本發(fā)明基于區(qū)分工況、時(shí)刻和大壩結(jié)構(gòu)的需求，設(shè)計(jì)有限元邊界文件及結(jié)果文件存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)及命名規(guī)則，形成了數(shù)據(jù)庫(kù)表，對(duì)不同時(shí)刻的工況計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分類存儲(chǔ)，便于后續(xù)查詢和預(yù)測(cè)工況計(jì)算時(shí)進(jìn)行調(diào)用，為多時(shí)序的大壩有限元結(jié)構(gòu)展示和分析提供了數(shù)據(jù)支撐，同時(shí)提高了有限元計(jì)算過(guò)程的效率。

27、進(jìn)一步地，本發(fā)明通過(guò)唯一的標(biāo)識(shí)字符區(qū)別不同工況、不同時(shí)刻和不同壩段的結(jié)果數(shù)據(jù)，便于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的同時(shí)，也便于后續(xù)計(jì)算的識(shí)別和調(diào)用，提高了后續(xù)有限元計(jì)算的效率和精度。

28、進(jìn)一步地，本發(fā)明可以通過(guò)外部輸入指令接收預(yù)設(shè)的邊界環(huán)境條件，并基于數(shù)據(jù)庫(kù)中的歷史計(jì)算結(jié)果，實(shí)現(xiàn)多工況的計(jì)算分析，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)不同條件下的大壩有限元預(yù)演結(jié)果展示，為大壩的安全分析提供有力的數(shù)據(jù)支撐。