基于渐变网格剖分方法的再生混凝土细观数值试验

细观上,把混凝土看成是由骨料、砂浆以及它们之间的界面等组成的多相复合材料,对于光滑的球形骨料,预先进行镶边处理,并在此基础上首先对封闭域形成表面单元,然后采用拓扑映射的渐变网格剖分方法往里拓扑成四面体单元网格,按同样方法依次生成界面单元网格和砂浆单元网格,删除表面单元和多余节点后形成混凝土试件的三维细观有限元网格模型。采用该细观有限元模型进行再生混凝土的单轴压缩数值破坏试验,结果表明,该网格模型在单机环境下很快的就能完成数值试验,与以往的自由网格剖分法和映射网格剖分法生成的细观有限元模型相比不仅在计算规模上大大缩小了,而且模拟的破坏形态与实际非常吻合,精度也很高。     

自然电场三维有限元正演模拟

有针对性地开展高精度数值模拟工作,解决现有的结构化网格剖分技术的误差非对称性问题,为精细反演解释提供支撑。首先对常规结构化网格剖分技术进行分析总结,并基于前人工作提出一种新的适用于起伏地形的三维结构化网格剖分技术,同时推导了四面体有限元基本方程,然后建立均匀半空间三维点源模型进行算法验证,最后建立渗流自然电场地电模型,探讨渗流走向以及起伏地形对地表自然电位分布的影响。数值结果表明,该剖分技术实现简单,能有效解决误差非对称性分布问题,且模拟精度高,对复杂模型适应性强。在自然电场渗流模型中,渗流方向上能观测到电位正异常,而正负地形分别会引起电位异常的减小与增大。数值结果可为自然电场法在工程与环境领域的数据反演解释提供良好的基础。     

交贯隧道边界元数值模拟中的网格剖分方法

分别分析了三维情况下隧道表面结构化和非结构化网格的生成原理.主要通过对隧道表面进行分块,采用映射方法先在平面内进行非结构化三角网格剖分,然后依据断面的拟合插值函数投影到几何体表面,形成隧道表面的非结构化三角网格剖分.在交贯隧道边界元数值模拟计算中实现了交贯隧道表面网格中交贯点的快速追踪查找,解决了交贯隧道表面交贯处的网格剖分衔接问题,并且通过在VB环境下的OpenGL编程,实现了网格剖分的可视化,并得到了符合边界元计算所需的网格单元节点数据.     

基于变分方法的体素图像四面体化

四面体网格在医学图像、可视化等领域有广泛的应用.现有的体素图像生成四面体网格算法通常需要进行去噪、分割、四面体化等多个步骤,从而导致误差的不断累积.这里提出了一种直接由带噪音的原始体素数据生成最终需要的四面体网格的算法.本算法的核心是针对体素图像四面体化的需求提出了一种基于全变分稀疏模型的优化方法,并通过交替方向乘子法等数值算法高效地优化该变分模型,直接从输入的原始体素图像中得到四面体网格,同时对网格的顶点位置、连接关系、四面体的属性信息都进行了优化.通过在模拟数据与真实数据上的实验表明,该算法在处理即使带有噪音的数据时也能很好地重建四面体网格,并能保持原始信号的尖锐特征.     

高层钢结构BIM软件研发及在上海中心工程中的应用

为研发我国具有自主知识产权的高层钢结构建筑信息模型(BIM)软件并全面应用BIM,选用ObjectARX技术在AutoCAD平台上进行二次开发.建立高层钢结构BIM软件,实现了BIM与高层钢结构结构工程各个阶段的数据接口,并在上海中心项目中应用该软件系统.软件实现高层钢结构有限元计算、规范校核等功能,并可以读入相关有限元软件的计算模型,基于设计结果完成BIM的三维实体的数字拼装技术;组织节点数据结构,完成复杂钢节点的参数化造型和编辑技术;实现基于BIM的结构材料信息等的建筑工程数据管理,以及BIM与施工图、加工图的实时、一致性关联.上海中心项目应用说明,该BIM软件实现了建筑信息模型的理念,将对我国建筑业信息化进程起到推动作用.     

BIM技术结合三维地质建模在岩土工程中的应用 ——以新世界会展中心项目为例

随着信息化程度的不断加深,岩土工程行业的发展正逐步与新技术相结合。通过将BIM技术与三维地质建模进行集成,可使岩土工程师对地下地质构造进行充分了解和分析,从而建立工程模型,为岩体工程行业发展提供技术支撑。本文以BIM技术结合三维地质建模在沈阳新世界会展中心项目的应用为依据,利用采集到的勘探数据和地质背景调查资料,采用GTP和B-Rep方法,建立了工程场地地上地下一体化三维空间模型。通过对空间模型的可视化分析,实现了剖切分析、基坑开挖模拟和土方量计算,以及地下水模拟,分析了研究区场地工程地质构造条件,对施工过程中存在的潜在风险进行评估,提出了风险管控措施,从而为建筑物设计、施工和风险防控提供科学准确的决策依据。最后,将BIM技术结合三维地质建模在岩土工程行业中的应用进行展望,得出这种方式具有较高的推广价值。     

载荷映射方法及其在模具结构优化中的应用

针对金属薄板冲压成形过程中成形力在板料与模具之间传递的关系,提出一种不同类型网格之间的载荷映射计算方法.该方法通过映射单元的精确定位,在板料壳单元与模具实体的四面体单元之间建立了一种对应关系,构建板料单元节点上的成形力与模具网格之间载荷映射的关系模型,从而得到模具表面精确的载荷分布.实例研究将该方法应用于模具结构的优化...     

基于超单元形函数坐标变换的有限元网格剖分和冷却水管网格二次剖分方法

当用Ansys的前处理模块进行网格剖分建模时,映射网格剖分受到许多条件限制而自由网格剖分不容易控制,往往不能按照自己的意愿进行网格剖分,并且剖分出来的网格不规则.针对这一问题,采用超单元网格剖分的建模思想,通过基于形函数的坐标变换,用Fortran语言编程实现网格剖分.用该方法进行网格剖分,不但易于控制网格单元形状大小,而且便于修改网格.并且,用超单元的高次形函数进行坐标变换,可以很好地对曲边曲面形状的结构模型进行网格剖分.大体积混凝土的温控防裂一直是人们非常关注的问题,而冷却水管技术是一种有效可行的温控防裂技术.在超单元的基础上实现了添加冷却水管的网格二次剖分方法,使大体积混凝土的水管冷却仿真计算得以实现.     

岩土工程虚拟场地系统

岩土工程虚拟场地系统是一个包含工程地质、水文等内容的信息平台,这个平台能将岩土工程地质勘查资料信息有效地转化为相应工程问题的计算软件数据模型．为了实现虚拟场地系统,首先对岩土工程设计软件的模式进行总结,之后对建立虚拟场地的数据支撑以及相关地质建模的方法,以及如何从虚拟场地中提取计算模型进行探讨．最后,通过介绍自主开发基于虚拟场地边坡防护系统,验证虚拟场地系统的能力．     

基于Delaunay三角形的非结构化有限元GPR正演

介绍传统Bowyer-Watson三角网逐点插入法的原理与实现步骤,并将固定边界限制、Laplacian光顺、边压缩、边分裂、点插入等拓扑变换技术应用于网格剖分的优化;为了使数值解的误差在全域内接近于均匀分布,通过间隔函数法实现点源、线源等网格渐变控制,结合局部粗化或细化技术,建立高质量Delaunay三角形网格,实现自适应网格剖分。通过1个起伏地表与断层模型网格剖分实例验证非结构化网格对于物性参数分布复杂或几何特征不规则的地电模型的适应性。根据GPR有限元波动方程,应用三角形剖分、线性插值的Galerkin有限单元法进行求解。建立1个复杂GPR地电模型,利用Delaunay三角形对该GPR地电模型进行自适应网格剖分。研究结果表明:非结构化网格对于物性参数分布复杂或几何特征不规则的地电模型都具有良好的适应性;非结构化三角形网格剖分质量好,单元密度易控制,易于实现自适应有限元,能提高复杂模型正演精度。     

基于ADE的IFC到CityGML层次转换模型

新型城市化建设和管理过程中,借助建筑信息模型(building information modeling, BIM)与地理信息系统(geographic information system, GIS)的数据集成,不但能实现建筑物的精细化表达,而且室外信息得以兼顾,实现空间分析及室内外一体化表达。但BIM与GIS两种不同的数据格式无法直接实现数据的互通。为此,首先分析了模型IFC和CityGML在文档形式等方面的差异,并实现了多个简单建筑物IFC模型到CityGML3.0 LOD2、LOD3的转换。其次,针对上述数据集成实验中语义丢失问题,扩展GIS的CityGML3.0数据格式,提出CityGML B-Con扩展模型,完善IFC到CityGML3.0的一对一映射关系。最后,实现多个不同复杂程度建筑物IFC模型到CityGML B-Con扩展模型的转换。实验结果表明,利用CityGML B-Con模型能实现BIM与GIS的数据集成。宏观层面来说,能够增强转换后建筑物外观的细节程度,微观层面而言,BuildingConstructiveElement和BuildingInstallati...     

复变量求导法灵敏度分析及弹塑性参数反演

提出了灵敏度分析和弹塑性参数反演的一种新方法.针对非线性参数反演过程中灵敏度计算困难的问题,利用复变量求导法,把隐式函数的求导过程转化为函数值的计算,进而高精度地计算出参数灵敏度.相对于常规的基于有限差分的灵敏度数值计算方法,该方法更为高效.以岩土工程中弹塑性参数反演问题为背景,给出了基于复域位移分析的参数反演过程,对弹性模量、泊松比、粘聚力以及内摩擦角进行了反演.数值算例表明,所提出的方法对单一参数和耦合参数的非线性反演问题均有效可靠,解决了参数反演时位移对反演参数不敏感问题.     

PSA-ANFIS方法的研究

矿山中的岩土工程灾害预测问题,是采矿工程领域亟需研究解决的重大课题.本文即针对这些问题,采用正交试验设计法和模式搜索算法研究了自适应神经模糊推理系统(ANFIS)的训练参数和模型结构的优化方法,提出和建立了基于模式搜索算法的自适应神经模糊推理方法(PSA-ANFIS).进一步采用一多峰函数进行离散,构建了训练数据对、检测数据对和预测数据对,对PSA-ANFIS的拟合能力和预测能力进行了研究.结果表明,无论是在拟合精度和预测精度上,还是在训练参数的调整、模型结构的建立和训练过程上,PSA-ANFIS均适合于解决矿山岩土工程灾害预测这一高度非线性的映射问题.     

基于BIM+数字孪生的高边坡施工检算动态反馈方法

为有效进行高边坡施工过程中不利工况的施工检算及动态反馈,以二次开发为依托,提出了基于参数化BIM模型及有限元方法快速进行高边坡不同工况稳定性检算的整套方案,并通过实际工程案例进行验证。首先,采用Revit二次开发技术实现不利工况高精度正向反馈至BIM模型;其次,将该BIM模型导入Abaqus中进行快速检算,基于Abaqus二次开发将有限元计算结果的自定义结构化输出;最后,采用Mesh重构方法将快速检算的结果向BIM环境反馈。结果表明：所提方案实现了数字孪生体与施工现场之间的同步关联,并且实现了数值计算结果与BIM环境互通。可见,BIM技术通过开发后可真实高效反映施工情况,并作为中间枢纽实现施工检算与成果管理,可为相关施工检算及BIM应用提供新思路。     

装配式建筑施工建筑信息模型应用成熟度评价

针对目前装配式建筑信息模型(BIM)应用水平差异大、应用效果不明显的问题,从施工阶段入手,建立装配式建筑施工BIM的成熟度评价模型.首先,结合熵权法和灰色关联聚类综合确定指标权重,引入云模型进行成熟度评价;其次,建立装配式建筑施工BIM应用成熟度评价指标和方法.工程案例表明:模型具有可行性,可为装配式建筑的BIM推广和成熟度评价提供参考.     

基于工业基础类标准的建筑信息模型数据交互及应用

针对当前工业类基础(IFC)标准文件的开发应用存在文件格式转换繁杂、数据互操作性弱及信息有效利用率低等问题,提出一种IFC模型数据映射至数据库、BIM模型在Web端重构及信息在线可视化分析的实施方法。基于Web框架,搭建IFC标准文件映射至关系型数据库的应用框架。该应用框架利用JavaScript语言对IFC标准文件深度解析,采用Python语言将IFC模型数据和建筑全生命周期有效信息储存至关系型数据库,结合实际案例及分析,展现并验证该应用框架的实施效果。结果表明：该方法可实现项目数据交互的完整性和高效性,支持建筑全生命周期相关应用的二次开发;同时融合智能建造技术和科学管理,提升BIM信息管理的有效性,促进建筑业数字化发展和智能化应用拓展。     

FAST地锚基础工程中的若干问题探讨*

FAST工程主动反射面为一半径300 m、口径500 m的球冠面,是一种基于柔性基底的预应力整体索网结构,索网包括2225个主索节点及下拉索驱动装置和地锚。由于台址岩土单元复杂,地锚点多、分布范围广、定位精度要求高、与场地其他基础设施的相互干涉大,给地锚基础的设计带来了一定的难题。本文针对FAST地锚基础中的特殊问题一一展开研究:以工程地质调查和测绘为基础,通过抓台址区主控因素,集合影响台址岩土性质的自然因素,对岩土单元进行了合理的分区;通过建立台址开挖后的BIM模型,利用极射投影技术实现了地锚中心点的精确定位;利用极射投影结果,对设备之间的相互干涉情况进行了调节和处理。研究成果最终确保了FAST地锚基础工程的顺利竣工。     

重大工程地下空间信息系统开发应用及其发展趋势

地下空间信息系统(USIS)是当前岩土工程研究中的一个重要发展方向.介绍了建立地下空间信息系统的目的和意义,论述了USIS的开发方法及其关键技术,包括:数据库技术、界面实现技术、MAPGIS二次开发技术、OpenGL三维图形开发技术、数字制图与智能分析技术等,并结合东深供水改造工程地下空间信息系统进行了开发方法和关键技术的应用研究,最后,对USIS的发展趋势作了较深入的分析,指出了今后研究的几个主要方向.     

论D-P系列强度准则边坡安全系数的转换本质

在岩土工程边坡稳定性分析中,Drucker-Prager系列强度准则因克服Mohr-Coulomb准则在数值计算方面的不足,而有着较大的工程应用价值。大型有限元软件ANSYS、ABAQUS等采用的材料屈服准则均为M-C六边形外角点外接圆D-P准则。在利用有限元强度折减法分析边坡稳定性时,由外角点外接圆D-P准则计算出的安全系数利用转换公式即可得到其他D-P准则下的安全系数,因此研究D-P系列准则间的一系列安全系数转换公式具有重大意义。许多学者就D-P系列强度准则之间的转换关系推导出不同的安全系数转换公式,对其进行了比较分析,论证了安全系数的转换本质;并提出一种安全系数转换的新方法,得到了D-P系列强度准则的安全系数之间转换的统一表达式,并通过算例验证该公式的正确性。