土与结构间一种新的接触单元模型

将非线性弹性理论与弹塑性理论相结合,对于土与结构间接触面切线方向提出了一种非线性弹性-理想塑性本构模型,用于模拟土与结构相互作用体系中切向变形与破坏机理.该模型将接触带内的变形分为剪切变形与错动变形两部分,对于法线方向采用法向应力与法向相对变形之间的非线性模型.将该模型与有厚度接触面单元相结合,提出了一种用于有限元计算的接触带单元.详细推导了该模型的弹塑性矩阵以及应力修正方法.     

煤矿立井井壁与围土相互作用的实验研究

在自行改造、加工的高应力单剪仪试验系统上对饱和砾砂、粗砂、中砂、细砂同混凝土界面的剪切特性进行了一系列试验研究.通过对试验数据的分析发现,高应力下界面的本构关系可以采用非线性弹性-理想塑性模型,非线性弹性阶段与双曲线模型较一致,界面的强度准则符合无粘聚力的库仑公式,在此基础上导出了界面单元的弹塑性矩阵.对包括弹性和塑性2个变形阶段的情况,采用初应力法得到了修正的弹塑性矩阵.     

沥青路面永久变形的非线性本构模型研究

为了合理地预估沥青路面的车辙, 建立了一个新的非线性粘弹-弹塑性本构模型. 此模型是由广义的Maxwell模型串联一个弹塑性模型而组成. 然后, 从蠕变的角度详细推导了广义的Maxwell模型的线性和非线性的粘弹性本构方程. 采用非线性有限元法对4种沥青混合料的车辙深度进行了计算, 并与SHRP的有限元结果以及SWK/UN的实验结果进行了比较, 说明所建立的非线性粘弹-弹塑性本构模型是有效的. 此模型可以体现沥青混凝土材料的非线性弹性、塑性、粘弹性、非线性粘弹性对沥青路面车辙的影响, 较为全面地反映沥青路面永久变形的特性.     

堆石料本构建模新途径

在对堆石料主要应力应变特性进行分析的基础上,对堆石料的2大类本构模型——非线性弹性模型和弹塑性模型的特点进行举例评析,从理论上指出了这2类本构模型的不足之处,并引入了一类具有独特建模思想的连续介质本构理论——亚塑性理论,对堆石料进行了亚塑性建模及初步应用研究.理论分析和算例表明,所建堆石料亚塑性模型能够合理反映堆石料的主要力学特性,且具有本构参数适用范围广的特点.     

摩擦传递扭矩的大型旋转机械主轴强度分析

承受外载的旋转机械靠摩擦传递扭矩时,主轴属于三维材料非线性与边界非线性的耦合问题——弹塑性接触问题。本文采用有限元增量法对此进行了详细分析,导出了基于流动理论的塑性增量的本构方程及等强化材料在复杂应力状态下的Mises模型的本构矩阵。在有限元计算中采用了精度较高的一阶自校正法,在接触问题分析中设定了自由、粘连、滑动三种边界,并采用了接触单元处理,求解时采用凝缩矩阵法及有限元混合法。对摩擦传递扭矩的水轮机主轴计算结果进行了分析,并与三维光弹实验结果进行了比较,两者是一致的。     

复合桩基桩土非线性相互作用的数值分析

为了对复合桩基桩土非线性相互作用的工作机理进行深入分析,利用ABAQUS对常规桩筏基础(3D桩距)和复合桩基(6D桩距)进行了三维弹塑性分析.利用无厚度接触面单元模拟筏板桩土的非线性接触特性,采用Mohr-Coulomb弹塑性本构模型描述土的非线性特性,桩设为弹性,得到了沉降、桩土荷载分担比、土体绕桩流动等变化情况,并对二者进行了对比分析.分析结果基本反映了桩土筏的实际工作性状,并验证了复合桩基理论的正确性.     

高产气井油管柱双重非线性流致振动模型研究

针对高产气井流体流动诱发油管柱振动引起的破坏问题,采用微元法、能量法结合哈密顿变分原理建立油管柱纵横向耦合非线性流致振动模型,基于弹塑性体接触碰撞理论,建立油套管非线性接触碰撞模型,并将其引入流致振动模型中,得到高产气井油管柱双重非线性流致振动模型.采用有限元法和Newmark-β法求解油管柱的双重非线性流致振动模型,...     

柔性约束颗粒阻尼耗能特性研究

提出了用于分析柔性约束颗粒阻尼（豆包阻尼）的柔性约束新算法．利用离散单元法研究了豆包阻尼的运动及耗能特性，结果表明，豆包阻尼是一种随振动幅值和振动频率呈非线性变化的阻尼结构．同时，系统地研究了豆包结构参数变化对其耗能的影响规律，为豆包阻尼的工程应用提供了指导．     

钢管混凝土拱桥弹塑性极限承载力分析的截面内力塑性系数法

结合钢管混凝土的本构关系模型,基于修正的拉格朗日列式单元增量平衡方程,采用单元节点截面内力塑性系数法建立了钢管混凝土空间拱单元弹塑性刚度矩阵,按当前刚度参数法对材料非线性与几何非线性进行分析,研究了钢管混凝土拱桥空间弹塑性稳定极限承载力非线性分析方法;采用初始内力法考虑阶段间体系转换及弹性内力的传递,计算分析了益阳资江三桥主孔钢管拱桥施工阶段及成桥使用阶段空间弹塑性稳定极限承载力,探讨了仅考虑几何非线性稳定安全系数与弹塑性稳定安全系数之间的区别.研究结果表明:几组钢管混凝土轴心受压构件和偏心受压构件弹塑性稳定极限承载力与试验结果较接近,验证了本文方法与程序正确、可靠;对于钢管混凝土拱桥,弹塑性稳定极限承载力比仅考虑几何非线性的弹性失稳临界力要小,必须考虑弹塑性对稳定安全系数的影响.     

一种考虑微凸体法向弹塑性接触的粗糙面力学模型

提出一种考虑微凸体弹塑性变形影响的接触载荷、接触面积的粗糙表面法向接触力学模型.将微凸体的接触变形分为3种状态,对完全弹性和完全塑性变形阶段分别采用Hertz弹性接触理论和AF塑性接触模型进行建模,并采用一阶幂指数函数描述混合弹塑性阶段的接触载荷和实际接触面积与接触变形之间的关系,再采用数理统计分析的方法建立了粗糙表面法向弹塑性接触模型.将此模型与完全弹性模型、CEB模型、ZMC模型、KE模型对比,研究了塑性指数对粗糙面接触载荷-平均接触距离的影响.结果表明,该模型能够更好地描述微凸体法向接触载荷与接触变形的变化趋势,模型预测的粗糙表面法向载荷与ZMC和KE模型具有较好的一致性;随着平均接触距离的增加,粗糙面接触载荷逐渐减少;随着塑性指数的增加,不同模型预测的法向接触载荷差异逐渐增大.     

钢框架带竖缝钢板剪力墙系统的塑性耗能评估

从耗能视角出发,提出了结构基于塑性耗能的抗震性能评估方法.结合理论推导和有限元数值方法建立了以弯曲小柱作为耗能子单元的带竖缝钢板剪力墙(SSWS)塑性耗能计算方法.基于钢框架及SSWS的协同耗能机制,提出了考虑地震动力特性的损伤指标.通过有限元参数分析、既有的试验结果的校验及钢框架-带竖缝钢板剪力墙结构算例非线性时程分析,证明SSWS塑性耗能计算方法及结构体系评估方法有良好精度,可用以评估结构在给定地震动下的行为.     

吸附微粒对微悬空桥传感器的影响

为了进一步提高传感器的检测精度，对不同位置处吸附微粒的纳米机械传感器的振动特性进行了系统的理论研究.以典型的微悬空桥结构为研究对象，考虑微粒自身质量影响，利用摄动法理论，得到了负载微悬空桥的精确模态振型和相应的谐振频率的表达式.通过该方法，可以很容易地确定吸附微粒的质量与微悬空桥的动态特性之间的关系.结果表明，具有较大质量的微粒对微悬空桥的性能影响较大，随着待测微粒质量的增加，微悬空桥的模态改变不容忽视.最后，通过有限元仿真验证了该结果的准确性.     

盘销系统摩擦尖叫瞬态动力学有限元模型

基于ABAQUS软件建立盘-销系统的瞬态动力学有限元模型,在验证模型正确性的基础上分析了系统的运动状态、摩擦副接触状态、系统能量馈入情况以及非线性频率耦合现象.研究发现:制动盘具有压紧翘曲和高频法向面外振动;销棒呈弯曲为主,扭转为辅的振动模式,且表现为纯滑动的极限环运动;接触压力分布周期性变化,法向力和摩擦力变化引起频率的变化;系统同时存在能量馈入和馈出,但占主要地位的能量馈入维持系统的摩擦尖叫.     

断层剪力墙高层建筑抗震设计理论与关键技术

断层剪力墙高层框架-剪力墙结构是一种新型的高层结构,对它的动力特性和抗震性能还不是很清楚,有必要寻求新的分析方法和计算理论．文中介绍断层剪力墙高层框架-剪力墙结构弹塑性动力反应、结构弹塑性抗震性能与设计理论,以及其设计的关键技术,提出结构弹塑性动力性能和抗震性能分析与评价的新思路．该理论可用于断层剪力墙高层结构抗震设计及研究,也可进一步发展应用于分析解决结构减振耗能、振动控制和基础隔震等问题．     

非光滑NES在转子-叶片系统振动抑制中的应用

用非光滑非线性能量阱(non-smooth nonlinear energy sink，NSNES)抑制转子-叶片系统的振动，NSNES结构采用分段线性刚度梁形式.首先介绍了NSNES的结构和工作原理，然后利用拉格朗日方程建立转子-叶片-NSNES系统的动力学模型，最后采用数值法分析了该耦合系统处于稳态共振时，NSNES对转子振动和叶片振动的抑制能力.在给定参数下，附加于叶片尖部的NSNES在抑制转子振动时，抑振率可达到68%；在抑制叶片振动时，抑振率可达到62%.文中还将该NSNES的抑振能力与具有相同质量线性动力吸振器(linear dynamic vibration absorber， LDVA)的抑振能力进行了对比.     

颗粒阻尼器减震控制的数值模拟

基于离散单元法,建立了颗粒阻尼器对多自由度结构进行减震控制的数值模拟方法,并介绍了系统参数的取值方法.该方法采用合理的计算时步和高效的接触检测算法,能较好地模拟颗粒间以及颗粒与容器壁之间的相互作用.开展了附加颗粒阻尼器的多层框架的振动台试验,通过试验结果与数值模拟结果的对比发现两者吻合良好,说明该数值方法可以较好地模拟颗粒阻尼器的减震控制效果.     

高炮炮箱瞬态弹塑性有限元分析

该文以弹塑性理论和瞬态非线性有限元法为基础,综合运用DYTRAN瞬态非线性有限元分析及其它CAD／CAE软件,对某高炮炮箱进行了接触和强冲击发射载荷条件下瞬态弹性有限元建模与分析,得到并分析了该炮箱应力集中部位应力和塑性应变的空间分布和时间响应规律,揭示了该炮箱在发射过程中失效断裂的原因。     

粒子系统支持下地形流模式表达研究

该文提出一种基于粒子系统的地形起伏动态可视化表达方法.首先利用D8算法并结合坡度等信息构建水流模型，基于DEM数据生成水流场数据；使用空间随机均匀和重要特征位置相结合的方法布设粒子，在粒子系统的支持下模拟高低起伏的地形水流场景，从而间接地实现DEM动态多尺度的可视化.以武汉市的DEM数据为例进行实验，结果表明该方法模拟得到的粒子流效果能真实反映其地形特征，该研究为DEM数据提供了新的表达方法.     

非阻塞性微颗粒阻尼机理的散体元研究

基于作者所建立的球状散体元模型,从细观上研究了非塞性微颗粒阻尼（ＮＯＰＤ）的机理,为ＮＯＰＤ的进一步工程应用提供了理论基础,通过对微颗粒组合体与主结构相互耦合的计算机仿真,对微颗粒组合体与主结构之间能量传递及其运动过程中的能量损耗的定量计算分析,得取了ＮＯＰＤ阻尼机理的一般性结论：ＮＯＰＤ的摩擦耗能与冲击耗能具有相同数量级的阻尼效应,但微颗粒粒径越小,摩控耗能就越明显大于冲击耗;ＭＯＰＤ具有较宽的     

含损伤复合材料AGS结构固有频率数值预测

通过共振峰法求解了蒙皮内含分层损伤复合材料格栅加筋板的固有频率.分别采用复合材料板单元梁单元模拟蒙皮和肋骨,结合Adams应变能法与Rayleigh阻尼相结合的阻尼模型,并引入Hertz型非线性接触单元模型来避免上、下子板间的嵌入现象,推导了求解含损伤复合材料格栅加筋结构动力响应的有限元列式.在上述模型和理论基础上,首先采用精细积分法求解含损伤AGS结构的动力响应,再由外载频率与板内最大动挠度曲线的峰值确定结构的各阶固有频率,从而为蒙皮含分层损伤AGS结构固有频率的数值预测提供了一个较为有效的途径.