尾礦庫排洪系統結構仿真軟件的案例
尾礦庫排洪系統結構仿真計算解決方案
1、背景介紹
尾礦庫作為重大危險源之一，在國際災害事故排名中位列第18位，根據中國鉬業2019年8月刊《中國尾礦庫潰壩與泄漏事故統計及成因分析》的統計，在46起尾礦庫泄漏事故中，由于排洪設施導致的尾礦泄漏事故占比高達1/3，給人民生命和財產安全造成了巨大損失。
2015年至2020年五年間，不少于4座尾礦庫發生了排洪系統坍塌事故，甚至引發了次生重大突發環境事件，數十萬人民的正常生活受到影響。
圖 1 排水豎井坍塌引起的尾礦庫泄漏事故現場（圖片源自網絡）
《尾礦庫安全規程GB39496-2020》中明確指出，“尾礦庫排洪構筑物應進行結構計算，結構計算應滿足相應水工建筑物設計規范要求，排水井還應滿足 GB 50135 的相關要求”。目前尾礦庫排洪系統結構計算依據的主要資料為《尾礦設施設計參考資料》，專用計算軟件尚為空白。這主要是由于尾礦專業、結構專業、數值仿真模擬等多專業的融合知識體系龐雜，工程經驗依賴性強。
尾礦庫排洪系統結構計算軟件是一款專門用于計算和設計尾礦庫排洪系統結構安全的工程設計工具。該軟件支持排水井、排水斜槽、涵管、隧洞等多種排洪系統結構形式計算，為尾礦設計人員更加科學、可靠地進行結構選型與配筋設計提供了有效手段。
該軟件將復雜的框架式排水井有限元仿真流程進行封裝，設計工程師只需輸入形狀和材料參數，無需考慮建模流程及仿真細節，就可輕松掌握框架式排水井受力狀態。大幅度降低了排洪系統結構計算的專業技術門檻，提高了設計與現行規范的融合水平。
展開 尾礦庫排洪系統結構仿真軟件WKStruc
</p><p class="ql-align-justify">云道智造基于自主通用多物理場仿真PaaS平臺Simdroid（伏圖），對排水井、排水斜槽、涵管、隧洞等多種排洪系統結構，開展了計算模塊定制與功能開發，為尾礦設計人員更加科學、可靠地進行結構選型與配筋設計提供了有效手段。將復雜的框架式排水井有限元仿真流程進行APP封裝，設計工程師使用封裝的仿真APP，只需輸入形狀和材料參數，無需考慮建模流程及仿真細節，就可輕松掌握框架式排水井受力狀態。尾礦庫排洪系統結構仿真APP的使用，大幅度降低了排洪系統結構計算的專業技術門檻，提高了設計與現行規范的融合水平。</p><p class="ql-align-center"><img src="https://cdnwww.simapps.com/upload/image/20240207/32a6c019-44ae-47e3-ae0a-5a01e5b2e262.png" alt="尾礦庫排洪系統結構仿真APP助力尾礦庫本質安全" height="277" width="800"></p><p class="ql-align-center"><strong>圖 2 尾礦庫排洪系統結構仿真軟件</strong></p><p class="ql-align-justify"><strong>2、尾礦庫排洪系統結構仿真解決方案</strong></p><p class="ql-align-justify">本文以6柱框架式排水井為例，對尾礦庫排洪系統結構仿真軟件的計算流程進行介紹。
展開 ALOF系統─專業的工程結構斷裂失效仿真軟件
ALOF系統─專業的工程結構斷裂失效仿真軟件
ALOF，英文名全稱為Analyses Laboratory of Fracture，是一個面向斷裂失效過程的仿真實驗室；它以斷裂力學為基礎，對含缺陷構件進行模擬分析，為失效分析專家提供科學數據和判斷。ALOF采用目前世界上最先進的裂紋擴展計算技術(擴展有限元法XFEM和虛節點多邊形有限元法VNM)，由數位具有機械工程和計算力學專業背景的留洋博士、中外籍教授團隊歷時四年開發而成。ALOF的總體技術與性能達到國內領先、國際先進水平。
在三維復雜工程結構斷裂失效仿真分析時，ALOF具有四個顯著特色：
⑴ 更簡單─“一鍵式”建模過程：ALOF具有一鍵式導入完整CAD模型與一鍵式生成疏密合理的2D和3D裂紋擴展計算網格，可以多種形式導入裂紋數據，并擁有人性化的GUI界面。這些技術大大簡化了裂紋擴展的建模過程，降低了失效分析人員對數值模擬分析的理論門檻。
⑵ 更精準─全自動裂尖區分層加密：ALOF可自動追蹤裂尖并自動分層加密其局部區域網格，從而使精準的裂紋擴展仿真分析成為可能。ALOF除了具有在裂尖布置疏密合理的三角形、四面體等單元外，還可以生成和使用高精度的四邊形和六面體等單元，專業為個人PC機用戶定制仿真計算方案。
⑶ 更專業─豐富的失效準則庫：ALOF使用的兩個關鍵技術可為多樣用戶提供K、J、COD、擴展角等斷裂力學參量，還提供給定裂紋長度下的結構壽命指標；同時，ALOF支持用戶二次開發，以設計自己的失效判據。
⑷ 更高效─全自動的裂紋擴展計算：ALOF采用了修正的擴展有限元技術，才真正可以高效模擬任意2D和3D工程結構中的非平面裂紋及其擴展過程。
展開 