发展工程数值分析软件-LSEC.ppt

1 数值分析软件的国家需求 1993年8月27日，青海省海南藏族自治州共和县境内的沟后水库发生溃坝，冲毁大片农田、房舍、铺面，死亡300余人，多人下落不明。 2003年7月1日，上海轨道交通4号线发生涌水涌砂事故，直接经济损失1.5亿元人民币。 2008年9月8日，山西襄汾发生尾矿坝溃坝事故，267人死亡。 2008年11月15日，杭州地铁风情大道工地发生塌陷事故，17人死亡，4人失踪。 2009年6月27日，上海市闵行区一在建13层住宅楼整体倒塌，周围楼宇也出现险情 重大工程事故频发原因：设计不当、施工方法欠妥和对工程运行问题处置不当造成。 我国是目前世界上土木工程发展最快的国家，重大工程规模宏大、数量众多、环境复杂是人类历史上前所未有的，土木工程合理设计与防灾减灾已经成为当今土木工程学科中最重要、最活跃和最具挑战性的研究领域。 数值分析软件是复杂工程中必不可少的辅助设计工具 大坝、地下厂房、隧道、公路边坡设计都需要大型数值计算软件 新建工程需要数值计算 发展水力发电是节能减排的需要 2020年我国水电装机要比现在翻一番,新建工程大多为复杂工程 已建工程的安全分析与管理需要数值分析 水库8万多座 堤防20多万公里 2 我国工程数值分析软件现状 国外商业计算软件大举进入中国市场，让中国企业（高校）花费大量的财力物力。 我国各高校、科研院所、设计院都在大力采购国外的商业软件，花费大量的财力。据了解，美国ITASCA公司的FLAC3D软件在高校的价格是20万以上，离散元程序PFC3D在高校的价格是30万以上，比美国本土贵出1倍多，这还是所谓的“高校折扣价”。隔三差五出现的更新版本让很多中国企业（高校）花费大量的财力进行升级更新。 目前，很多高校宣传材料，将拥有国外流行的商业软件作为重要的软件实力，争相购买。而真正用好软件的单位不多。 我国已有计算程序正在逐渐退出工程分析领域。 我国的工程有限元分析从上世纪60年代起步，有很多单位编制了很好的计算程序，已经在工程中得到广泛应用； 传统的计算程序没有友好的界面和方便的前后处理功能，应用不便； 程序的功能单一，缺乏持续的维护和验证; 计算速度慢，计算规模受到很大限制; 正在逐渐退出岩土工程的数值分析领域； 水利工程中自主软件依然是应用中坚，但商业化几乎空白，也面临退出市场的局面 国际商业程序并非万能，很多程序并不适用于中国国情 通用有限元软件用于工程计算成本高，以Abaqus为代表，同类的还有Adina、Ansys等。通用程序设计时并非为工程专用，内容十分庞大，掌握这种程序至少要花费半年的时间摸索。 岩土工程计算程序，以FLAC和FLAC3D为代表，同类的还有Plaxis、GeoStudio等。但是对国外的岩土工程问题来开发的，并不完全适用于中国的国情。如没有我国惯用的和我们自主研发的本构模型，很多使用者都尝试过在商业程序中开发这些模型。这种工作一方面毫无创新，同时又会花费大量的时间去探索程序所提供的模型开发环境。 另外，国外商业程序所提供的土体参数建议值，都没有考虑到中国国情，很多参数实际上不适用于中国的工程问题。 3 发展数值分析软件的机遇 市场需求：复杂的工程问题需要 国家战略：软件是行业的核心竞争技术 社会环境：行业呼吁“民族软件”，打破“数值分析软件，中国人不行”神话 有利条件：工程部门支持，数学与交叉科学中心 基础：多年开发与工程应用成果，软件雏形 4 利科软件的构想与进展 目标：界面友好，交互能力强、可靠性高的岩土与结构工程分析软件 功能模块 渗流场 应力位移场（静力与动力响应） 温度场 多场耦合 稳定安全系数 前后处理模块 开发一年多，现有开发人员4人，需要扩展队伍 计算模块有近20年的发展历程 渗流计算模块（已应用，基本成熟） 静力应力变形计算模块（已应用，改进中） 渗流应力变形耦合模块（已应用，改进中） 稳定安全性计算模块（正在开发） 动力响应模块（准备开发） 温度场计算模块（准备开发） 5 展望 国家提供支持 数学、力学、工程、计算机多方面人才结合，全力投入研发 * 发展工程数值分析软件 吴梦喜，博士，高级工程师中国科学院力学研究所环境力学实验室 ttp://lwpy.imech.ac.cn/linke/index.html 促进建设领域科技进步 内容提要 1 数值分析软件的国家需求 2 我国工程数值分析软件现状 3 发展数值分析软件的机遇 4 利科软件的构想与开发进展 5 展望 　　两河口水电站工程 以水电行业为例介绍国家需求 深孔泄洪洞 后期导流洞 放空洞 2条初期导流洞 洞式溢洪道 “漩流竖井”非常泄洪洞 引水发电系统 土心墙堆石坝 水电站是一个复杂的工程系统 两河口水电站枢纽布置平面图 两河口水电站坝体典型横剖面图