非线性计算固体力学的若干问题

基于作者近年来在非线性计算固体力学中的工作，讨论了在这个领域中非线性有限元、本构行为数值模拟、应变局部化等若干问题的研究现状和最近发展。希望本文有助于计算力学工作者了解非线性计算固体力学一些重要方面的当前发展动态与趋势，并推动它在工程领域中的应用。     

圆螺纹套管接头上扣与滑脱的数值模拟

用有限元程序ＡＤＩＮＡ对圆螺纺套管接头的滑脱机理进行了研究,利用位移的约束方程处理过盈量和接触条件,通过接触试验和弹塑性平衡迭代,考察了圆螺纹套管接头在上扣时以及拉伸载荷作用下的力学特性,提出了接头滑脱判据,确定了滑脱载荷,该研究结果有助于工程技术人员在进行套管柱设计时合理选用套管接头。     

计算连续介质力学

非线性连续介质力学是现代计算力学的基础课题之一,本书介绍连续介质力学的非线性理论以及在发展大位移动力分析的非线性计算公式化中的应用,书中论述了连续介质力学的基本概念,给出了两个非线性有限元动力学公式化：通用的大变形有限元动力学公式化和能有效地解小变形问题的公式化。     

套管接头螺纹滑脱失效有限元模拟

套管螺纹接头必须满足结构完整性,用能考虑螺纹接触边界存在大变形和大滑移条件的有限元程序,对套管螺纹接头滑脱失效影响参数进行了有限元模拟。模拟结果表明：螺纹锥度大小对滑脱影响很小,材料性能对滑脱影响最大;滑脱的开始位置在接箍的端部。模拟结果与实际情况相吻合。     

套管均匀加载变形仿真研究

作为油田资产中最重要的一部分,油套管的工作状态直接影响作业者能否有效达成生产目标。生产实践表明,油套管服役后受多种因素的共同影响而发生不同形式的变形乃至损伤,因此,一个良好的油套管服役对提高油田井网利用效率、保持注采平衡具有重要意义。借助有限元分析软件ANSYS对套管均匀承载、失稳临压、椭变等不同条件下的变形规律进行仿真模拟研究,可得到油套管不同状态下受力变形规律,用于指导油田生产管柱的设计与损伤预防。     

热采井套管热力耦合的三维有限元分析

套管破坏是稠油热采中的主要问题之一,而热力耦合是导致套管损伤的主要影响因素。基于有限元分析软件ADINA,建立了套管在温度、重力以及地层蠕动荷载组合下的三维有限元模型。应用Parasolid建模方法,建立了热采井套管的结构和热分析几何模型,设定了温度、重力以及地层蠕动组合荷载,并进行了套管、水泥环和不同地层的模型参数选择。通过热力耦合计算,得到了套管的应力与变形情况。分析了计算结果,并为套管防护提出了几点建议。     

冲击力学有限元计算中的数值积分

在Lagrange有限元基础上,介绍了计算运动方程中节点力的不同积分方法.单点积分方法具有较高的计算效率,为了控制沙漏变形,必须引入抗沙漏节点力;采用2×2×2高斯积分可以避免沙漏变形,并有较高的计算精度,但导致计算量增大;而采用局部2×2×2高斯积分则同时具有两者的优点.三维侵彻的计算结果表明局部2×2×2高斯积分能够很好地控制沙漏变形,并有较高的计算效率;一维应变波的模拟计算结果也表明,2×2×2高斯积分比单点积分更加接近理论值.这说明所述方法和所建程序的合理性和有效性,它为侵彻贯穿过程的数值分析提供了一种实用和有效的手段.     

计算接触和碰撞力学—非线性有限元分析中模拟界面现象的基本原理

本书全面阐述非线性力学中接触和碰撞问题的公式表述和有限元近似，书中涉及的论题包括非线性计算固体力学、与接角虫／碰撞相互作用相关的连续体力学、数学结构、变分的框架和有限元的实施，此外，还包括当前在计算接触力学中出现的研究课题：摩擦的复杂性、界面上热一力学的耦合、非弹性碰撞相互作用的守恒处理和接触现象空间离散的新策略。     

力学专业研究生有限元计算与实践能力的培养

为了培养力学研究生科学研究与工程项目实践能力,计算仿真技术能力至关重要。该文围绕有限元软件计算分析能力,开展了课程设计、工程实践和学术交流三方面的教学改革,首先,课程改革中采用了案例、线上线下混合、网络互动研讨等方式,增强研究生有限元软件自主学习能力;其次,工程实践中贴合国家重大战略增强责任感与安全意识,同时巩固学习成果;最后,学术交流中,校内外学科交叉融合,拓宽思路,通过上述措施,探索了新工科背景下,培养高素质复合型力学研究生的计算能力的新方法。     

复杂边界非饱和模型有限元数值模拟

利用有限元集中质量法对一维复杂边界土壤水分运动数学模型（非饱和Richards模型）进行了数值模拟,并进行了模型验证．模型验证结果表明,该方法计算精度很高,符合实际工作要求．     

基于二次场算法的大地电磁二维有限单元法正演

推导了同时考虑电阻率与磁导率变化的大地电磁二维方程,并应用有限单元法进行数值模拟.为了提高计算精度与效率、简化计算节点生成,采用格林定理处理二次场方程源项,并设计实现了一种基于二叉树结构的收缩网格剖分算法;采用基于最少填入元思想的稀疏矩阵符号分析方法,实现了稀疏线性方程组的LDLT求解.利用二次场算法进行模型试算,结果表明所采用的新计算方法大大减少了计算单元数量,提高了计算精度与效率.     

浮顶储罐在地震荷载作用下数值模拟分析

摘要：为了研究浮顶对储罐结构在动力荷载作用下地震响应的影响,选取2000方原油储罐为研究对象,分别建立无浮顶储罐及浮顶储罐的有限元分析模型,进行Ⅲ类场地单向地震激励作用下储罐结构的有限元数值模拟计算,对其在地震荷载作用下的基底剪力、倾覆力矩、晃动波高进行详细的对比。结果表明浮顶的存在对储罐的基底剪力和倾覆力矩产生影响甚微;对晃动波高有一定的抑制作用,2000方储罐波高降低率为41%。     

基于有限元分析的页岩气扩散数值模拟

本文基于Fick扩散定律,结合页岩气赋存形式和运移特点,针对干酪根有机质中溶解气扩散形式,建立干酪根中页岩气扩散数学模型。利用有限元分析方法进行数值求解,得到不同时刻干酪根内部页岩气浓度分布,分析干酪根内部不同位置浓度变化规律,内边界气体平均扩散通量变化规律,并通过计算得出给定符合页岩储层有机干酪根存在条件下干酪根扩散通量。同时在该扩散模型基础上改变边界条件,可以理论上计算多孔介质中气体有效扩散系数,为今后关于页岩气渗流理论和数值模拟研究奠定了基础。     

水泥环对套管抗内压强度的影响研究

通过有限元模拟,计算分析了水泥环对套管的抗内压强度影响。得出有水泥环保护下,磨损套管的剩余抗内压强度变化规律。同时,对水泥环缺失条件下进行有限元计算。分析水泥环缺失一定角度时对套管抗内压强度的影响,得出水泥环在缺失不同角度时套管剩余抗内压强度的变化规律。通过分析发现水泥环缺失一定角度产生应力的集中,套管抗内压强度会比无水泥环保护时更低,若此时套管同时发生磨损,对套管强度和井控安全影响巨大。     

Vehicle Crashworthiness Simulation Based on Virtual Design of Auto-body

Trafficaccidentshavebecomeseriousmenacesthat threatenpeopleandpropertyatanacceleratingrate,particularlyindevelopingcountriessuchasChina, Althoughthecarownershipislow,thenumberoffatalities intrafficaccidentsisrelativelyhigh.Sosafety,asoneof basicperformancesofautomobile,isattachedimportance byautomotivemanufacturersnow.In2000,CMVDR294 “Designregulationonoccupantprotectioninautomotive frontalimpact”promulgatedinP.R.Chinaisbeneficialto evaluatethepassivesafetyofautomotives. Thestructurali…     

伊犁河谷平原灌区地下水流数值模拟研究

本论文运用有限差分法,结合研究区域地下水含水介质系统,采用二维非稳定流数学模型对地下水系统进行了数值模拟,对研究区地下水动态变化进行了评价,为今后的地下水资源评价与管理提供了一种有效的分析方法,为相同条件下的其它区域地下水资源的管理提供了科学依据。利用较为成熟的三维可视化地下水分析计算软件GMS的Modnow模块建立研究区地下水系统的数学摸型,分析预测了研究区在现状条件下的地下水运移规律。并据此提出了研究区的盐碱地治理措施和建议以及水资源利用和生态环境保护措施。     

储层构造裂缝数值模拟技术

数值模拟技术是对储层构造裂缝进行定量预测及确定构造裂缝空间分布的一种有效方法，文中给出了构造裂缝定量预测的数值模拟技术的基本原理和实施方法，该项技术是根据构造变形反演研究区域的边界条件及地质模型用有限元方法进行正演计算，确定出研究区的应力场，再结合岩石破裂准则确定裂缝的空间分布，讨论了地质模型、力学模型和数学计算模型之间的关系，并具体应用岩石破裂准则进行了裂缝计算。     

油井套管水力挤压破坏性质

分析了套管挤压理论的发展概况,认为已有计算理论不太完善。国内外生产中实用的抗挤计算方法不符合实际情况。从工程力学角度分析了强度与稳定两种不同的性质,给出了不同的解题原则,并将其应用于分析套管受挤破坏性质。结果表明,理想圆管的受挤破坏可能是弹性结构失稳,也可能是弹塑性结构失稳;而椭圆管的受挤玻坏则常常是弹塑性结构失稳。     

考虑磁控管不稳定性的微波徳拜介质加热

实际工作中的磁控管输出微波的功率,相位和频率均是不稳定的.本文采用有限元(FEM)计算方法,结合蛙跳技术首次模拟了考虑磁控管不稳定性时微波对矩形谐振腔中徳拜介质的加热.结果表明,磁控管的不稳定性会严重影响到微波对矩形谐振腔体中徳拜介质的加热,尤其是被加热的介质物理尺寸较小的时候这种影响更为明显.磁控管的不稳定性还会影响到微波加热的可重复性,因此在设计微波化学反应器,计算以磁控管作为微波源的微波加热时必须要考虑磁控管的不稳定性.本文建议在研究微波化学反应机理时采用稳定性更好的固态源.