三维结构极限上限分析的有限元方法

根据塑性上限定理，采用罚一对偶方法，解决了三维极限分析中的塑性不可压问题，建立了三维结构上限分析的有限元规划格式，给出了相应的优化迭代求解算法。克服了目标函数非线性非光滑所导致的数值计算困难，使迭代过程产生的极限载荷因子和相关速度场收敛于真解的上限。该方法已应用于带缺陷压力容器的数值极限分析中，计算实例表明该方法具有数值稳定性好、精度高、收敛快等优点，并具有较广的适用范围。     

正交各向异性结构塑性极限载荷的上限分析

利用数值方法研究了正交各向异性材料结构的塑性极限分析问题。基于 Hill- Tsai屈服准则 ,将塑性极限分析中的上限定理以及有限元方法运用到正交各向异性体的极限分析中 ,最终将上述问题归结为求解一个带等式约束的非线性规划问题。借助数学规划中的非线性理论 ,可构造出上述问题的直接迭代求解算法。最后给出了相关算例的分析。计算结果表明该方法能为正交各向异性材料结构的工程设计和应用提供一种分析计算手段     

基于非协调矩形弯曲单元的薄板极限上限分析方法

为了研究板结构的极限承载能力问题,采用ACM非协调矩形弯曲单元对几种不同工况下的正方形板和长方形板进行了极限上限分析。据塑性极限分析的上限定理和Mises屈服条件,建立了基于ACM非协调矩形弯曲单元的刚塑性薄板极限上限分析的数学规划格式,并采用直接迭代算法进行了求解,得到了正方形板和长方形板的极限载荷,相应地绘制出了它们极限状态下的塑性耗散功分布云图。数值计算表明:得到的结果合理,采用非协调矩形弯曲薄板单元ACM进行板的极限上限分析具有格式简单、计算精度较好、计算效率较高、收敛速度较快等优点。     

多载荷结构极限分析的无搜索迭代算法

详细研究了结构极限分析的现有方法,在考虑多组独立变化载荷联合作用的情况下,结合传统的极限分析理论,提出了加载路径射线辐射求解法,并基于这种射线辐射状的加载路径,推导了多组载荷联合作用下结构塑性极限上限分析的数学规划格式,并编制了相应的有限元程序。文中的数值算例表明本文所提出的这种射线辐射状的加载路径是合理且有效的,同时采用无搜索数学规划方法能够很好的避免弹塑性分段逐步增量的复杂计算,克服规划中目标函数非线性所导致的困难。     

弹塑性结构安定性分析数值方法及应用

针对极限与安定理论上限分析中存在的问题,建立了复杂变化载荷作用下弹塑性结构安定上限分析的有限元数学规划格式. 利用研究结构在基准载荷域各个角点处安定的办法,克服了机动定理中对时间积分的困难,提出了一种直接迭代算法求解,以克服目标函数非线性非光滑所导致的困难. 该格式同时考虑了温度对材料屈服极限的影响. 算例表明本文作者所提出的安定上限分析算法具有计算效率高、收敛性好和数值精度高等优点. 由于采用了位移模式有限元,因而具有较广的适用范围,可用于复杂承压结构的工程分析.     

平面圆管结构极限上限分析的弹性模量缩减法

为采用梁单元高效准确求解平面圆管结构极限承载力,提出了相应的极限上限分析的弹性模量缩减法。首先利用齐次广义屈服函数定义结构的单元承载比,然后结合弹性模量缩减过程获得逼近结构塑性极限状态的失效模式,同时,基于平截面假设推导了平面圆管截面的弹性应变能与塑性耗散功的计算公式,进而在结构失效模式上构造出平面圆管结构极限上限荷载的迭代计算方法。算例分析表明,平面圆管结构极限上限分析的弹性模量缩减法具有良好的计算精度和效率,其与EPIA误差在7%以内,迭代次数较EPIA减少一半以上,解决了由于梁单元截面各处的等效应变和应力不相同而导致的上限荷载乘子不能直接运用的问题。研究结果可为平面圆管结构的极限分析和安全评估提供参考。     

理想刚塑性结构极限分析的数学规划算法

从塑性极限分析理论的上限定理出发，将理想刚塑性结构极限分析问题归化为求：ｆ（ｘ１，ｘ２，…，ｘｎ）＝∑Ｒｉ＝１∑ｎｊ＝１ａｉｊｘｊ＋ｂｉ的凸函数的最小值及最小值点的问题，给出了解决上述问题的数学规划算法。     

正交各向异性材料塑性极限与安定的下限分析

正交各向异性材料的塑性极限及安定计算仍处于研究及应用的初级阶段。该文将Hill屈服准则引入到塑性分析的Melan定理之中,结合有限元离散技术和非线性大规模优化算法,将下限分析列式转换为圆锥二次优化问题,对转换后的数学问题进行数值求解。所建立的计算平台及流程可以较高效地求解多种正交各向异性材料组成的复杂三维结构的塑性极限及安定载荷域,且完成了多个算例的计算。计算结果对比验证了该方法的正确性,同时也展现了该方法的普适性和较高的计算效率。该研究扩展了塑性极限及安定理论的应用范围,为含各向异性复合材料的结构工程设计及安全校核提供了可行的计算分析方法。     

GM准则解析无缺陷弯管的塑性极限载荷

用GM(几何中线)屈服准则,对受内压作用无缺陷弯管进行塑性极限分析,求得极限载荷的解析解.该解为弯管壁厚t、平均半径r、曲率半径R0以及屈服强度的函数;极限载荷随着R0值的增大而增大,当R0→∞时,计算出的塑性极限载荷与直管的爆破压力相同.与Tresca,Mises和TSS屈服准则预测的极限载荷比较表明,Tresca屈服准则预测极限载荷的下限,TSS屈服准则预测极限载荷的上限,GM准则预测的极限载荷恰居二者中间,最明显的特点是该解具有与Mises准则几乎相同精度的求解结果.     

软黏土中桶形基础侧向极限承载力计算的简化方法

基于塑性极限分析理论的上限法极限分析模型,结合最优化方法可以求得桶形基础侧向极限承载力,并对结构相对埋深对承载机理及受力机制的影响进行了研究．根据其相对埋深,将桶形基础结构划分为3种受力模式,即相对埋深β小于0．52时的浅插式、相对埋深β大于1．2时的深插式与介于两者之间的过渡模式．针对上限法极限分析的繁琐与复杂,基于桶形基础不同埋深时的受力机制,探讨了桶形基础侧向极限承载力计算的一种简化方法,并提出了对荷载作用高度的修正．为结构整体稳定性分析提供了一种实用方法．通过大比尺物模试验验证及工程实例的计算与分析比较,进一步证明了该方法的可行性和有效性．     

大直径矩形顶管开挖面极限支护力计算方法

为进一步研究大直径矩形顶管开挖面稳定性,通过建立实际工程地质数值模型,对大直径矩形顶管发生主动极限破坏时开挖面前方土体的破坏区域进行简化;基于破坏模式,改进现有的楔形体计算模型,推导矩形截面主动极限支护压力的计算方法;将该方法得到的极限支护力值与实际工程计算结果进行对比验证合理性,继而进行影响因素敏感性分析。结果表明：提出的梯形楔形体计算模型与数值模拟结果相近,且优于等效截面计算结果,可见本项研究能够为大直径矩形顶管在土层中顶进时的确定合理的支护压力提供依据。     

开尔文源格林函数数值积分方法

分析了开尔文源格林函数近场扰动项的奇异性与远场波动项的振荡特性,分别给出了相应的积分方法;通过改变积分表达式来消除扰动项的奇异性,并对变形后的函数采用改进的梯形法进行计算;采用变量代换方法计算波动项,对变量代换后函数出现的"伪奇异点"区域进行局部加密处理;根据波动项的衰减特性,提出其积分区间上下限截断误差的控制方法.数值计算结果表明:所提出的计算方法能够同时兼顾精度与效率,适用于对单个浮体的静水航行兴波进行数值模拟及多个浮体的兴波干扰进行数值分析.     

仿生态鱼道出口衔接段管桩优化数值模拟

针对大藤峡水利枢纽建造生态景观湖+仿生态鱼道结合的新型鱼道中出口衔接段流速过大不能满足鱼类正常生殖洄游问题,在出口衔接段设置多种不同直径圆形、方形梅花桩型式的管桩结构,并采用MIKE3进行数值模拟。分析了四种管桩布置方案表、中、底层流速分布和每组管桩群后横断面的水力特性;结果表明布设管桩结构后衔接段水流流态平稳,布置直径为0.25m的圆形管桩和边长为0.25m的方形管桩的两种方案下水流流速满足目标鱼类上溯条件;方形管桩的流速更低、更适宜鱼类上溯。出口衔接段设置管桩结构可以有效的改善水流流态、降低流速,在管桩后低流速区休憩的上溯鱼群可为上游生态景观湖添色。     

正交各向异性旋转壳的极限分析

提出了一种轴对称壳极限分析的数值方法。该方法首先用拟协调元构造弹性应力场,然后用温度参数法构造残余应力场,将极限分析转化为一个数学规划问题,最后用序列二次规划(SQP)算法进行求解,得到了基于H ill屈服准则的正交各向异性旋转壳的下限值。同时由于von M ises屈服准则是H ill屈服准则的一个特例,因此该方法也可以用于各向同性轴对称壳的极限分析。分别计算了服从H ill屈服准则和von M ises屈服准则的受内压的组合壳的下限,计算结果可为各向异性压力容器的设计提供参考。     

层流泡状流运动的数学模型

研究在绝热条件下层流泡状流在垂直管段中充分发展段的运动情况。在对气泡受力进行分析的基础上,采用双流体模型及时间平均方法,建立了用于预测空泡率、液相速度等重要参数径向分布的数学模型,并针对实验条件进行了数值计算,计算值与实验数据吻合得很好。计算结果表明,壁面存在的影响是空泡率分布在近壁处产生尖峰的原因。该文提出一种新的壁面存在引起的作用力的表达式,可以较好地预测层流泡状流的运动情况。     

浅层顶管施工引起地面沉降的预测

在软土地层中顶管施工所引起的地面沉降常常会造成邻近建筑物和地下管线的移动甚至破坏－ 通过对土与顶管的受力及变形的分析,在施工前预测特定顶管工程可能引起的地面沉降的幅度及其形态－ 理论分析和现场实测显示,顶管施工时管节周围土的运动是三维的－ 建立了处理上述三维问题的简便计算方法－ 基于半解析元法将顶管施工中三维土运动问题转换成一维数值计算－ 在轴向离散而在环向和径向取解析函数,建立了半解析单元的位移函数－ 给出了包括位移函数、刚度矩阵和荷载矩阵在内的理论分析过程－ 计算结果表明,半解析元法对于计算顶管施工中的地面沉降是行之有效的方法－ 根据分析与计算结果得到一些有价值的结论,包括结构与土的相互作用而言,顶管管节相当于隧道的衬砌－ 虽然顶管施工引起的地面沉降的沉降槽也近似于误差曲线,由于土的粘塑性变形,地面沉降的幅度在施工过程中是变化的－     

轴对称场涡流的数值计算方法

计算轴对称场的涡流 ,用数值方法求解贝塞尔方程·利用相量法将分析静态场的有限差分法用于分析正弦稳态场 ;将求解电场强度的微分方程变为求解磁场强度的微分方程 ,使得第二类边值问题变为第一类边值问题·用磁场强度的旋度求得电场强度 ,再由电场强度求得电流密度·用来计算油井套管的涡流 ,计算结果与实验结果相符·     

深水海底管道全尺寸压溃试验及数值模拟

针对深水海底管道压溃问题,研制了深水海底管道屈曲试验装置,该装置可承受水压43MPa,全长11．5m,直径1．6m．使用该装置设计并开展了全尺寸管道压溃试验．利用ANSYS软件建立三维圆柱壳模型进行管道压渍数值模拟分析,并将试验结果与数值模拟结果进行对比,来研究径厚比、初始凹坑缺陷、初始椭圆度缺陷等因素对管道压溃的影响．结果表明,管道压溃载荷随着径厚比的增大而显著降低,单个点状凹坑缺陷对于管道压溃载荷影响较小,初始椭圆度缺陷则明显降低了管道的压溃载荷．