有限元-无限元耦合法在桩-土动态反应中的应用

推导了4+2节点动力无限元的位移形函数及坐标形函数,进而得到具有不同波动组合位移衰减形式的二维谐振无限元,并运用通用有限元软件建立了单桩动力荷载下的有限元-无限元(FEM-IEM)耦合模型,分析了竖向、水平及弯矩谐振作用下不同类型单桩在不同土性中的动力反应.计算结果证明,本文提出的耦合方法在计算效率和精度上具有优势.     

无限区域节理的模拟

给出平面四节点映射节理无限元模型及相应算式。在半无限区域的岩土工程中,用此单元模拟无限区域的节理或夹层,可节省数据准备工作量及计算机时、满足精度要求。     

气枪声源诱发的浅海海底地震波场建模与试验

为预报浅海中气枪声源诱发的海底地震波场,将有限元法和无限元法耦合,建立了浅海海底地震波场模型.以雷克子波或实测的水中气枪声源信号为输入激励,分别运用声学有限元、结构有限元构建海水和海底,通过施加绑定约束建立海水和海底介质的流固耦合模型,结合实际情况设置沉积层,利用无限元对海水和海底模型的边界进行截断处理,以模拟无限空间,从而构建气枪声源诱发的浅海海底地震波场有限元-无限元耦合模型.开展了海上试验,从时频分布及能量占比角度,对比了海试数据和模型仿真结果,验证了耦合模型的有效性.     

基于2.5维有限元算法的边界处理及网格划分

由于2.5维周期化技术能有效地处理列车振动波传播模拟过程中计算尺度与计算时间的矛盾,因而国内外学者在此理论基础上将FE(有限元)和粘滞边界以及IFE(无限元)等边界处理方法进行耦合.为讨论上述算法中有限元网格划分区域及单元大小对计算精度影响,通过运用软件Matlab编制程序读取Ansys中的模型信息,并将2.5维有限元和无限元边界耦合等算法在其中得以实现.在此基础上发现在相同的网格划分条件下,采用2.5维无限元边界较粘滞阻尼边界具有更高的精度,同时通过选取不同尺寸的有限元模拟区域及最大网格大小,将计算结果与经典解析解进行比较,并对上述网格划分参数的合理选择提出了建议.     

节理岩体损伤模型的有限元分析

将岩体中固有的初始节理损伤考虑成宏观损伤场，通过引入损伤张量模拟岩体的多裂隙性。损伤张量由节理组的实测数据确定，并引入有效应力来计算节理岩体的力学效应。编制了损伤模型的平面非线性有限元程序，并采用损伤模型和常规有限元模型的有限元程序对某矿山边坡进行对比计算分析。结果表明，损伤模型的有限元解析能反映节理岩体的各向异性。     

岩体中无限区域软弱夹层的模拟

提出平面四结点映射夹层无限元模型及相应算式，在半无限区域的岩土工程中，用此单元与夹层有限单元耦合系统模拟无限区域的软弱夹层，节省了大量的数据准备工作量和机时，了计算精度。     

映射无限元及其在岩土工程中的应用

本文采用一种映射无限元用于模拟无穷边界的计算方法,文中阐述了它的基本原理,讨论了采用这种映射无限元应该注意的问题及其在岩土工程中的应用,建立了基本计算公式。结果表明,采用这种映射无限元可以完全避免以前人们应用无限元时需要选定衰减函数的不便,有效地处理了无穷边界,在计算精度及计算效率方面较有限元具有明显的优越性。     

基于有限元-无限元耦合的2.5D直流电阻率数值模拟

为了解决传统有限元截断边界所引起的问题,提出一种新的2.5D直流电阻率有限元-无限元耦合数值模拟方法。首先推导无限元2.5D单元映射函数,然后提出一种无限元形函数,将其与传统有限元相结合,取代传统的混合边界,使得电位在无限域内连续并在无限远处衰减为0 V,最终形成的刚度矩阵稀疏对称并与场源位置无关。研究结果表明:在相同的网格剖分下,有限元无限元耦合方法比传统有限元法能够在边界测点处得到更高的计算精度,能够在较小的计算范围内得到更优的计算结果,从而有利于减少节点数,提高计算速度;由于系数矩阵不随场源位置改变,有利于加速反演计算。     

交叉隧道地震反应三维有限元和无限元分析

为了研究交叉隧道地震反应，提出一种三维有限元和无限元的耦合方法。基于有限元与无限元耦合的特点，探讨了三维有限元与无限元的构造方式与网格生成方式，深入分析了耦合方法中有限区域尺寸与无限元中节点位置的选取给计算结果带来的影响，得到了一般情况下有限区域尺寸与无限元中节点的最佳取值范围。     

一种空间全匹配型无限映射单元

根据有限元与无限元的耦合方法,提出了能与空间20节点有限单元相互匹配的三维单向、双向及三向映射无限元坐标函数．无需改变单元形状,采用规则单元划分即可解决三维空间无限域问题,概念上易于接受．对半无限弹性地基问题的沉降计算表明,本文无限元法结果与解析结果有一致的逼近,同等精度要求下较纯有限元法有更高的计算效率;在静态有限元分析中应用该法能以较小的计算区域单元数目满足较高的精度,故具有一定的理论分析和实用价值．