致广大,尽精微!国内首个数字孪生水利有限元结构仿真分析模型!
添加时间:2024-03-19 09:16:45 作者:参数君
来源:数字孪生城市
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从我国最早建设的大型水利枢纽工程,到国内规模和难度最大的大坝加高工程,丹江口工程屡次以弄潮儿的姿态,在我国水利事业发展进程中留下自己的姓名。数字孪生丹江口工程是国内首个以水质安全为业务需求主线的数字孪生工程,水质“四预”智慧体系的构建可精准服务于中线水源供水水质管理,为南水北调后续工程高质量发展提供强有力支撑。王芬旗导读
01.
致广大!
链接数字孪生流域、数字孪生水网,深度信息互馈数字孪生汉江流域
数字孪生丹江口工程紧密围绕大坝安全、库区安全、水质安全业务需求,深度融合数字孪生汉江流域,开展了数据底板、孪生平台、智能应用建设,初步建成了具有 “四预”功能的数字孪生丹江口工程。项目阶段性成果分别在水利部组织的数字孪生流域建设中期评估、应用案例评比中,获得优秀。
利用“天-空-地-水”多维立体感知技术,依靠卫星遥感、无人机监测、物联网监测、水下测量等手段,从多尺度、多维度开展水利工程监测,构建数字孪生数据底板。
距离丹江口大坝1公里处,南水北调中线水源有限责任公司调度指挥大厅装备先进,技术人员正有条不紊地操作着数字孪生丹江口工程系统。工作人员可随时开展水质监测分析、在线推演预测、预警分析、态势预演和预案管理业务(“四预”)等应用建设,并基于三维可视展示,及时掌握库区水质状况及未来变化态势,实现水质监测、模型推演预测、态势预演、方案比选和决策全链条贯通。
作为数字孪生丹江口工程牵头建设单位,中线水源公司始终在思考,如何结合自身实际,在系统研发中充分践行“需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力”总要求,又如何实现数字孪生工程与数字孪生流域、数字孪生水网建设的有机链接。王芬旗导读
2021年,丹江口水库实现满蓄目标时,中线水源公司技术发展部主任李全宏介绍:“在此次满蓄过程中,我们接入了长江委数字孪生汉江流域水文预报成果,实现了流域与工程互馈”。不仅如此,公司亦积极与南水北调集团开展深度技术交流探讨,共享数字孪生水利研发成果,助力数字孪生水网建设。
02.
尽精微!
国内首家融合数字孪生水利系统构建有限元结构仿真分析模型
数字孪生也称数字映射、数字镜像,其显著特征是对实体对象的动态仿真。数字孪生系统使用多种算法来模拟、分析和优化物理实体的行为。有限元分析(Finite Element Analysis,FEA): 用于模拟物理结构的应力、变形和热传导等物理特性。FEA算法广泛应用于工程和结构的数字孪生系统中。
作为国内首家将有限元技术在数字孪生水利系统中运用的项目,数字孪生丹江口工程通过构建有限元结构仿真分析模型,在数字世界将坝体解构为210余万个有限元单元,借助物理机制驱动、实测数据修正的全新计算模型,达到精准掌握、预判大坝在各种温度、水位等条件下各位置安全性态的目的,新老坝体结合部位安全情况及预判也尽在掌握之中。王芬旗
大坝安全性态评估:通过构建有限元结构仿真分析模型,可以将大坝解构为大量有限元单元,利用物理机制驱动和实测数据修正的计算模型,精准掌握和预判大坝在各种温度、水位等条件下的各位置安全性态,包括新老坝体结合部位的安全情况。
水质安全监控:数字孪生丹江口工程通过构建水质污染输移扩散模型,可以快速推演出污染物未来的输移扩散路径、在不同水域和水深的含量、对供水的影响等重要结论,及时发出预警并提供指导性预案。
地质灾害预防:数字孪生丹江口工程也可以快速推演地质灾害的演进过程,例如,满蓄后如果发生地质灾害,系统能够解答是否会发生、何时发生、如何发生、对周围设施有何影响等问题,为水利决策提供坚实支撑。
数字孪生丹江口工程通过构建数字孪生体,实现了大坝、水质、库区、防洪、供水等多个方面的“四预”(预测、预警、预报、预防)智能应用,形成了与物理世界实时同步的数字孪生,基本实现了工程安全动态综合评估、供水安全滚动保障及水质安全精准模拟,让科学处置“跑”在风险前面。