基于BIM技术的岩土工程信息模型数值计算功能实现方法

当前岩土工程信息模型更多地应用于可视化展示,一直没能深入到岩土工程的实际应用当中,很难直接进行岩土工程专业分析。究其主要原因,是缺乏将岩土建筑信息模型(building information modelling, BIM)转换成计算模型的渠道。通过数据转换,研究岩土工程模型计算功能实现方法,建立BIM模型与计算模型间的映射关系,来解决这一难题。考虑岩土BIM模型和有限元模型的特点,根据等效刚度法,研究计算驱动的岩土工程BIM模型的概化方法。针对岩土BIM模型的数值计算功能需求,聚焦计算网格剖分环节,基于开源TetGen程序,对BIM模型进行四面体剖分,发展面向数值计算的BIM模型网格剖分技术。进一步,建立四面体网格模型与计算模型的信息一一映射关系,实现BIM软件与岩土工程通用数值分析软件之间的数据转换和信息交换,打通了复杂岩土BIM模型向计算模型转换的关键环节。最后,通过两个工程实例验证所提出的岩土BIM模型计算功能实现方法的可行性与有效性。     

配点型点插值加权残值法

点插值法是一种新型的无单元法，该方法克服了EFGM法中形函数计算复杂、本质边界不容易处理等问题。利用点插值构造试函数，加权残值法求出试函数中的系数，进而得到定解问题的数值解。该方法简化了试函数的选择，适用于岩土工程中的各种数值计算。     

同伦分析方法：研究背景和现状

1研究背景 自然科学和工程中的大部分问题都是非线性的,其求解比线性问题要困难得多。高性能计算机的出现,大大提高了人类求解复杂非线性问题的能力,使得数值计算和模拟成为目前广泛使用的手段。但数值计算也存在其局限性,特别是在处理无限区域、多解、奇性等方面颇为困难。而解析近似方法在处理无限域、多解、奇性等方面具有较大的优势。因此,解析近似方法与数值计算方法一样,具有重要的科学价值,一直得到国际学术界的高度重视。     

有间隙的机械系统自激振动分析-加权平均法

讨论了含有齐线段具有间隙的机械系统的自激振动问题,比较采用平均法与数值计算方法的计算结果后,提出一种新的方法-加权平均法.采用加权平均法可以得到该方程的近似的解析解,同时提高了计算精度.     

基于能量密度因子法的复杂环境下爆炸冲击波超压峰值解析计算

为了快速计算复杂环境条件下的爆炸冲击波超压峰值,利用量纲分析(dimensional analysis, DA)方法推导得到了空中爆炸自由场冲击波超压峰值定性关系式,借助Taylor展开得到了多项式形式的函数表达式。对上述函数关系式的物理意义进行分析,通过能量密度因子(energy concentration factor, ECF)的概念,将空中爆炸自由场冲击波超压峰值计算公式推广到工程上常见的复杂几何环境。利用函数关系式证明了工程中广泛使用的多种估算自由场冲击波超压峰值的经验公式在物理和数学上的合理性,由能量密度因子法得到了包括地面爆炸、两端无限长坑道内爆炸、一端封闭一端开放长坑道内爆炸、十字坑道内爆炸、四周开放的双层建筑间爆炸和长直街道中爆炸等的超压计算解析公式。最后,将解析公式计算结果与实验和数值模拟结果进行了比较分析。结果表明:解析公式与实验和数值结果符合得非常好。     

改进特征数值法求解地下水非稳定流模型

特征数值法是新近发展起来的一种数值计算方法，它只对空间离散，而时间则保持连续，兼具数值法能解决复杂实际问题以及解析法精度高的特点。     

岩土工程数值模拟方法的发展

随着计算机的发展及其岩土工程领域应用的不断深入,岩土工程数值模拟方法得到了空前的发展。本文对目前岩土工程数值模拟方法进行了简要的介绍和评价,可供相关人员在岩土工程数值模拟方法时参考。     

基于SPH-FDM耦合算法的非饱和岩土介质中瞬态导热问题数值模拟

光滑粒子法是近些年来发展起来的一种新的数值计算方法,已经成功应用到多种工程和物理问题的求解中.为修正光滑粒子法计算域边界附近粒子近似缺陷及弥补边界条件处理方法的不足,将有限差分法耦合到光滑粒子法中,使所求解问题在整个计算域上的函数近似精度达到二阶,从而提高计算的求解精度;然后基于有限差分算法处理边界条件的思想来处理定解问题中的第二、第三类边界条件,使复杂边值问题的计算可以归于第一类边值问题的框架下求解.采用光滑粒子-有限差分耦合算法计算了各类不同边界条件下的导热问题,通过和解析解的对比表明,相比传统光滑粒子法,耦合算法能够直接施加各类边界条件,计算结果精度高,求解过程可靠有效.最后模拟了非饱和岩土介质内的热能传输问题,得到了岩土介质中随时间变化的温度演化特点,并分析了隔热层对导热过程的影响以及隔热层导热性质不同情况下的温度分布特征.     

两种地源热泵竖埋U型换热器计算模型适用性比较

地下换热器传热模型是地源热泵系统长期运行性能预测以及岩土热物性参数测试的基础。本文通过对经典的线热源解析模型以及一维柱热源数值模型进行比较,整体上数值模型及解析模型的计算平均水温与实测值接近,并且数值模型偏差比解析模型小。数值模型具有较高准确性,并且可以进行变热流计算,具有较强的工程实用价值。     

基于高斯过程分类与蒙特卡洛模拟的岩土工程结构可靠度分析方法

岩土工程结构可靠度分析中,功能函数一般呈隐式且需借助有限元等数值计算来构建,采用传统蒙特卡洛模拟法求解时常遇到计算耗时大和计算效率低的问题,进而导致该方法在实际工程应用中受到极大限制。将结构可靠度求解问题转化为二元分类问题,把分类性能优异的高斯过程分类模型与蒙特卡洛法相结合,提出了岩土工程结构可靠度分析的高斯过程分类——蒙特卡洛法。根据所建立的隐式功能函数,采用岩土工程结构分析程序构造少量的学习样本,利用学习后的高斯过程分类模型重构极限状态方程,实现随机样本的安全或失效状态的准确识别,进而采用蒙特卡洛抽样模拟获得结构的失效概率与可靠指标。算例研究表明,方法简单易行,与传统蒙特卡洛模拟法相比较,计算效率明显较高,且易于与各种岩土工程结构分析程序或商业计算软件相结合。     

区域扰动问题的数值计算方法

在[1],对球形几何反应堆的区域扰动问题进行研究,得到临界参数关于小参数ε的解析公式。在[3],对无限平板几何问题进行了讨论,并给出了关于ε一次近似的数值计算方法。本文给出它的关于ε二次近似的数值计算方法。     

基于最佳数值逼近法的岩土参数概率模型推断

提出了推断岩土参数概率模型的最佳数值逼近法.该方法主要基于数值逼近原理,运用勒让德多项式来拟合岩土参数的概率密度函数.通过6种经典概率分布与相应的勒让德多项式概率模型的比较,结果表明所得到的逼近表达式有很好的拟合性能.该方法直接根据试验样本信息和统计方法推断,而不是先假定成经典的理论概率分布,因此数学和物理意义更加充分.研究结果表明,该方法避免了复杂的数值计算,计算结果稳定,可以满足岩土工程可靠性分析的需要.图6,表3,参10.     

单矩法计算方法研究

Ｋ．Ｋ．Ｍｅｉ于本世纪７０年代中期提出的单矩法是一种将解析方法和数值方法相结合的混合数值方法，此方法对于计算复杂形体乃至复杂埋入体的电磁散射是一种极为有效手段。本文详细地论述了将单矩法用于求解实际的电磁散射与辐射问题时所涉及的各种计算方法问题。     

注超临界气体井筒温度压力场计算方法

根据传热学、热力学和垂直管流理论 ,建立了注超临界气体井筒温度压力分布的数学模型 ,提出了节点解析法、数值差分法以及焓插值法 3种求解方法。对辽河油田静 35块高凝油注不同介质现场效果进行的对比计算结果表明 ,在 0～ 6 0 0m井深时 ,井筒温降很大 ,随井深的增加 ,温降逐渐变小 ,温度趋于稳定 ;压力随井深的增加逐渐变为线性增加。利用节点解析法和焓插值法计算均能得到满意结果 ,其中解析法结果最为准确 ,而用数值差分法求得的温度偏高、压力偏低     

下期文章摘要预报

基于神经网络的岩土工程结构随机有限元分析邓　建 ,朱合华　　针对有限元蒙特卡罗法计算量大的弊端和岩土工程结构功能函数不能用显式表达的可靠性分析问题 ,提出并论证了基于神经网络的随机有限元 (有限元蒙特卡罗 )分析法 .神经网络具有高度非线性的映射能力 ,可用来逼近结构响应量与随机变量的映射关系 .通过典型岩土工程结构的应用实例分析 ,初步显示了基于神经网络的有限元蒙特卡罗法的应用效果和前景 .波浪对弹性结构三维绕流分析的半解析方法曹志远 ,翟　桐　　采用二维解析和一维离散的方法处理无限流体介质 ,建立一种分析结构与外…     

一种圆环电流空间磁场数值计算方法

圆环电流是最基本的理论磁体单元,其周围空间任意点磁场解析计算推导过程复杂。本文借鉴“割圆法”原理,推导了一种圆环电流周围空间任意点磁感应强度数值计算方法,基于该数值计算方法进行了圆环电流中轴线、圆电流平面、圆电流平面平行面及垂直面上磁场特征数值分析,并通过对比圆环电流完全椭圆积分磁感应强度解析计算结果验证了数值计算方法的准确性。研究结果表明本文圆环电流空间磁感应强度数值计算方法推导过程简单,能够方便计算空间任意点磁感应强度且准确度高。     

一种将线性粘弹微分型本构方程应用到ABAQUS的方法

以3参量Merchant模型、Poyning-Thomson模型,以及4参量Burger模型为例,推导3种常用微分型本构方程的松弛剪切模量Prony级数形式,并确定其在ABAQUS中的输入参数,供ABAQUS调用分析.以算例分析岩土流变性态,将3种模型的应变蠕变、松弛数值解与一维情形下的解析解进行对比,结果吻合较好.对土体采用Merchant粘弹性流变模型的过江盾构隧道进行粘弹性数值分析,得到管片位移均趋于稳定值,说明所提出的方法是正确和可靠的,可以应用于岩土工程数值计算.     

银川地区建筑地基沉降计算经验系数取值研究

为获得适合银川地区的建筑地基沉降计算经验系数,选取银川地区的多处工程场地,采用分层总和法和有限元软件ADINA分别计算地基最终沉降量,对比沉降计算结果并分析两种方法的差异;将理论计算的结果对比建筑地基实测平均沉降量,得出沉降计算经验系数,在置信度为95%的条件下,采用Bootstrap法推断出两种方法对应的沉降计算经验系数的置信区间分别为[0.090, 0.142]和[0.055, 0.092],该沉降经验系数置信区间的获得可为银川地区岩土工程技术人员提供参考和借鉴。     

注超临界气体井筒温度压力场计算方法

根据传热学、热力学和垂直管流理论，建立了注超临界气体井筒温度压力分布的数学模型，提出了节点解析法、数值差分法以及焓插值法3种求解方法。对辽河油田静35块高凝油注不同介质现场效果进行的对比计算结果表明，在0～600m井深时，井筒温降很大，随井深的增加，温降逐渐变小，温度趋于稳定；压力随井深的增加逐渐变为线性增加。利用节点解析法和焓插值法计算均能得到满意结果，其中解析法结果最为准确，而用数值差分法求得的温度偏高、压力偏低。     

矩阵SVD分解法在工程数值计算中的应用

论述了ＳＶＤ分解法的理论基础、数值计算方法,推导了任意矩阵的ＳＶＤ分解式,并对工程数值计算中的奇异、病态、超定方程进行了ＳＶＤ求解．计算结果表明该算法稳定,结果准确,适合于解决实际工程问题．