边界面模型在ABAQUS的开发应用

目前岩土动力分析中,土体的本构模型大多采用等效线性粘弹性模型,其仅是通过迭代的手段来近似地反映土体的剪切模量与阻尼比随应变水平的非线性关系,不能反应孔压的增长和永久变形的发展,与土体的真实特性尚有较大差距.因此采用能反映土体动力特性的弹塑性模型是十分有必要的.给出了边界面模型的Euler向后本构积分算法和的一致切线模量矩阵的推导,介绍了利用UMAT子程序在ABAQUS中开发了边界面模型的具体过程.对三轴不排水静、动力试验进行了数值模拟.结果表明,所开发的边界面用户材料子程序具有较好的稳定性和较高的计算精度,从而可利用ABAQUS前后处理方便、计算精度高和模拟复杂问题能力强的优点,为岩土动力分析提供了一种可供选择的手段.     

桩板墙桩土作用机理有限元分析

桩板墙是一种已得到广泛应用的新型支挡结构.该文采用数值分析方法对岩土体和桩共同作用下,桩上部岩土体剩余下滑力的作用形式、桩身传力方式、桩身内力的计算方法等进行了分析.得到了板桩墙能够显著改善桩后岩土体桩轴法线方向应力矢量的方向和分布特征,使桩后岩土体的桩轴法线方向的应力矢量分异减小;同时能够将上部坡体和下部锚固段岩土体连接成一个共同作用体,利用其自身强大抗弯能力,在阻止上部变形体出现过大的侧向变形的同时,协调两部分岩土体侧向变形;还能有效改善因开挖引起的坡脚应力集中现象和上部拉应力现象,避免岩土体因过大的应力集中而导致塑性破坏的认识.其分析方法和得到的认识,可为相关工程的优化设计提供参考.     

改进的地基-结构体系上部结构合理性初步分析

文章为了更加真实地反映结构-地基体系在地震作用下的内力和变形特征,在以往结构-地基的地震反应模型中提出的三维空间地基模型的基础上,考虑加上上部刚框架结构,与以往上部四结点平面应力等参单元结构模型模拟上部梁柱构件的不同,采用杆件单元有限元模型.计算表明,上述结构地震反应分析的杆件有限元模型的分析结果与理论分析完全一致,说明了这种模型的合理性,可以进一步应用于结构-地基的动力分析.     

考虑围压效应的高土石坝动力响应分析

试验结果表明土石材料的动力特性参数有很强的围压依赖性,所以在高土石坝动力计算分析中考虑围压效应是十分必要的.在广泛应用的Hardin-Drnevich本构模型的基础上,提出了改进动剪切模量与动剪应变关系式及阻尼比与动剪应变关系式的方法,得到一个可以考虑围压效应的改进模型,与实际工程试验曲线对比结果表明,新模型可以较好地模拟土石料在各个围压下的动力特性.根据新模型编制相应计算程序并应用于长河坝高土石坝地震动力反应分析中,得到了大坝整体动力反应规律与大坝地震永久变形,为工程设计提供参考.     

岩土介质渗流场与应力场耦合理论的研究进展

综述了岩土介质渗流应力耦合理论研究的现状与进展,从多孔介质与裂隙介质的渗流应力耦合理论出发,阐述了单裂隙面的水流运动规律和耦合特性的研究方法,对裂隙网络耦合理论中几个具有代表意义的渗流模型作了较详细的描述和比较,初步介绍了表征各向异性岩土体耦合特性的渗透张量的确定方法,最后就岩土介质渗流场与应力场耦合理论的发展趋势提出自己的看法.     

沥青混凝土心墙坝三维有限元静动力分析

针对沥青混凝土心墙均质坝,运用非线性三维有限元法进行静动力分析.对大坝填筑与蓄水阶段分别进行模拟,并计算了沥青混凝土心墙坝动力响应,分析了坝高、动剪切模量、地震峰值加速度及地震波对心墙最大动剪应变的影响,总结了心墙应力与变形、动剪应变分布规律.结果表明:静力状态下,尤其是满蓄期,应重点关注心墙坝肩处、顶部和底部区域,且高心墙处于更不利的应力与变形状态.地震作用下,动剪应变最大值发生在河谷中央心墙顶部区域,但动剪应变幅值较小,一般不超过0.5%.     

沥青混凝土内时本构模型

基于Gibbs自由能公式,推导了沥青混凝土的内时本构模型.模型考虑沥青混凝土的温度敏感性和非线性,体积模量、剪切模量、强化函数和内变量的演化方程为绝对温度的函数,并且体积模量和剪切模量分别是第一应力不变量和第二偏应力不变量的非线性函数.通过不同温度下的应力-应变关系试验确定了模型的参数并对模型进行验证,结果表明:所建立的内时本构模型可以描述沥青混凝土的高温度敏感特性和力学特性.     

焦炭塔地震响应的参数化有限元分析

采用有限元方法对焦炭塔建立参数化模型,分别应用地震反应谱理论和时间历程响应理论,分析了焦炭塔在不同工作阶段的地震响应,得到了结构的位移响应及应力分布,对参数化有限元分析的实施方法进行了探讨.为塔设备的地震分析设计提供了一种方便的实现方法.     

建筑结构动力分析有限元模型

为了正确处理结构—地基动力相互作用 ,改善以往固定边界模型将地震能量全部陷入结构计算模型的不合理状况 ,以框架结构为例提出了建筑结构地震反应分析的有限元模型及其透射边界。模型中采用四结点平面应力等参单元模拟上部框架结构的梁柱构件。地基采用平面应变四结点等参单元离散 ,在地基有限元网格中设置底部透射边界和侧面捆绑边界以考虑结构—地基的动力相互作用。算例表明上述建筑结构地震反应分析的有限元模型给出了合理的结构地震反应 ,可进一步应用于地震时结构几何与材料非线性响应直至结构破坏时的计算机仿真。     

南水北调中线工程砂土地震液化和变形破坏动力数值分析——以漳河河漫滩段为例

砂土液化问题一直是土动力学与岩土地震工程研究领域的重要课题之一.基于南水北调中线一期工程总干渠漳河河漫滩段工程,通过现场和室内试验获取岩土体的动力学参数,利用岩土数值分析FLAC3D软件,砂土本构模型选为Finn模型,输入近场地邯郸台记录的实际地震波,对渠基砂土地震液化和渠道变形破坏特征进行了动力数值分析.结果表明,在地震作用下,超静孔隙水压力最大值位于渠堤底部砂土层中,但渠堤底部砂土层由于初始应力较大,其孔压比不高,不会发生液化;在渠道底部以及渠堤外侧坡面平台至坡脚局部区域土体虽然超孔隙水压力较小,但有效应力小,超孔压比反而大,砂土层发生了液化;在地震作用下变形主要发生在渠堤和浅层地基土里,具有对称性;渠堤边坡的变形破坏主要表现为在渠堤顶面发生震陷和拉裂破坏,在坡脚处发生水平侧向流动和挤压隆起变形.计算过程中,在渠堤及地基的不同位置设置监测点,得到了地震作用过程中不同位置处超孔隙水压力、有效应力和位移的动态变化规律.通过剪应变增量判断,在地震力作用下渠堤及地基中形成了贯通的剪切滑动面,易发生整体滑动破坏.研究成果对南水北调砂土液化特性的认识和防治有一定的意义.     

三维初始地应力场计算方法与工程应用

基于地应力场产生的原因,建立了地应力场的数学模型.根据实测地应力资料,利用多元非线性回归分析的基本原理,得出了计算区域初始地应力场应力分量的回归公式.据此,可以预测该区域范围内的地应力分布状况.     

Analysis of structural hot spot stress in orthotropic plates

On the basis of the actual steel deck structure of Taizhou Bridge, this paper carries out hot-spot stress analysis on some key spots by using the finite element model which simulates local structure of orthotropic steel bridge decks. A finite element model is established for local structure of orthotropic steel bridge decks, and in the analysis of linear elasticity of the structure, face load is employed to simulate the loads from vehicle wheels. Analysis results show that main stresses are relatively heavy at the joints between diaphragm plates, top plates and U-shaped ribs and the joints between diaphragm plates and U-shaped ribs. These joints shall be regarded as key points for hot-spot stress analysis. Different mesh densities are adopted in the finite element model and the main stresses at different hot spots are contrasted and linear extrapolation is carried out using extrapolation formulae. Results show that different mesh densities have different influences on the hot-spot stresses at the welded seams of U-shaped ribs. These influences shall be considered in calculation and analysis.     

福州市三县洲闽江大桥塔梁固结区光弹性实验研究

应用光弹性实验方法研究福州市三县洲闽江大桥斜拉桥塔梁固结区的应力分布规律－ 实验中采用创新的一次性整体模型浇注方法, 通过整体模型实验, 得到塔梁固结区的应力集中和局部应力分布规律, 对优化工程设计起到重要作用     

基于H型钢残余应力主动控制的矫直工艺设计

针对H型钢辊式矫直过程残余应力的主动控制,基于工程弹塑性理论建立一种矫直过程应力演变的分析模型;采用离散解析实现对模型的快速数值求解;继而基于该分析模型建立一套能够实现残余应力主动控制的工艺参数主动设计方法;运用该方法对典型规格H型钢矫直工艺参数进行工艺设计.建立的分析模型运算结果与有限元结果吻合且计算成本得到有效控制,模型能够实现有限时间内整个矫直工艺参数域内残余应力演变结果的分析;工艺设计方法能够得到一定目标参数和约束条件下的残余应力主动控制工艺参数.     

挤压筒应力的动态过程分析

对挤压筒的挤压过程建立了数学模型,并对其受力进行动态分析,查明了挤压过程中内压力作用长度影响筒体受力最危险点的应力变化规律,即当挤压轴行程为整个工作行程的１／３时,挤压筒最危险点应力可为初始应力的４／３倍．这规律也表明了平面应力分析方法与动态分析方法处理计算的差别：采用前者能得出带有普遍意义的静态分析结果;而采用后者,由于考虑了挤压筒内部不同截面应力,故能得出动态变化结果．这对挤压筒结构优化设计和强度校核有重要的参考价值     

Combined back analysis method of ground stress based on refined geological modeling

A new back-analysis method of ground stress is proposed with comprehensive consideration of influence of topography, geology and nonlinear physical mechanical properties of rock on ground stress. This method based on non-uniform rational B-spline (NURBS) technology provides the means to build a refined three-dimensional finite element model with more accurate meshing under complex terrain and geological conditions. Meanwhile, this method is a back-analysis of ground stress with combination of multivariable linear regression model and neural network (ANN) model. Firstly, the regression model is used to fit approximately boundary loads. Regarding the regressed loads as mean value, some sets of boundary loads with the same interval are constructed according to the principle of orthogonal design, to calculate the corresponding ground stress at the observation positions using finite element method. The results (boundary loads and the corresponding ground stress) are added to the samples for ANN training. And on this basis, an ANN model is established to implement higher precise back-analysis of initial ground stress. A practical application case shows that the relative error between the inversed ground stress and observed value is mostly less than 10 %, which can meet the need of engineering design and construction requirements.     

粗糙面接触的显微光弹性分析及其若干问题

采用量微弹性力方法，按非线性问题的模型理论，确定了涡轮盘上叶片在任一几何形状时的棒头与榫槽六个接触面，非接触自由空边及指定分析截面上的应力光图，给了了它们的应力分布曲线，为非理想表面的接触应力分析这一难题的研究和工程设计提供了经验和启示。     

井下一线作业人员工作压力与安全绩效关系研究

为深层次研究工作压力与安全绩效的关系,提升煤矿企业安全绩效水平。首先,基于行为安全管理理论,提出研究假设模型;其次,编制工作压力与安全绩效关系的调查问卷;再次,采用统计分析法对调查数据进行探索性因子分析,提取6个影响因子;最后,采用结构方程模型对调查数据进行验证性分析,构建工作压力与安全绩效关系的结构方程模型。结果表明：工作负荷、个人角色、家庭冲突对工作压力具有正向预测作用,人际关系、组织氛围和专业发展对工作压力具有负向预测作用;工作负荷对安全绩效具有负向预测作用,组织氛围和专业发展对安全绩效具有正向预测作用;工作压力对安全绩效具有负向预测作用。     

基于CT影像的颈动脉分叉血流动力学特性分析

利用实际病人的CT影像数据构建颈动脉分叉血管几何模型,利用ANSYS有限元软件计算血流速度和压力分布,对颈动脉血流动力学的特征进行分析,如颈动脉剪切应力在一个心动周期里不同时刻的变化情况,颈动脉窦部的血流速度场随时间变化情况,涡流形成的特点;然后分析颈总动脉、颈内动脉和颈外动脉的血流阻力变化情况.数值仿真结果表明,在心动周期的不同时刻,颈动脉窦部的剪切力几乎是最小的.在颈动脉窦部下方附近,涡流易于形成.在收缩期的开始阶段,动脉阻力有一个很大的高峰.这些特点会对研究颈动脉血管疾病有一定的启发.     

岩石面糙率的分布及其对裂隙水流的影响

就岩石央糙率的分布规律及其对裂隙水流的影响进行了计算分析,通过天然大理石板人工构成开裂隙模型所进行的大应力高水头耦合试验研究,对大理石板在糙度的实测数据进行了数值分析,分析表明,该岩面糙率符合斯分布,由此得出了数值岩面,同时,用数学模型确定了裂隙面接触状态与应力的关系,用应力场与渗流场耦合地描述了裂隙流渗随应力变化的渗流特性,从计算途径验证了试验结果。