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。     

非连续变形计算力学模型基本原理及其线性规划解

采用Ｃｌｕｌｏｍｂ摩擦定律考虑界面的摩擦接触条件,从的平面问题出发,根据其边值方程的弱形式,利用加权余量法,在分别建立广义有限单元的位移插值模式和接触力元的基础上,推导了多体系统非连续变形计算力学模型的基本控制方程,给出了其线性规划的数学列式和求解该问题的数值算法。     

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。     

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.     

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。     

FEM/BEM方法预测发动机油底壳噪声辐射

结合有限元法和声边界元法建立了发动机油底壳辐射噪声预测模型，开发了相应的计算程序，在多点激励条件下，对油底壳进行了噪声预测．试验结果表明该方法有较高的计算精度，为发动机噪声优化设计打下了良好的基础。     

高粘弹性沥青砂有限元模型参数的力学性能试验研究

为了研究沥青砂材料的基本力学性能,并依此确定高粘弹性沥青砂在不同试验条件下的模量参数,文中选取了温度和加载速率两个因素作为试验变量,对高粘弹性沥青砂分别进行了压缩试验、直接剪切试验和直接拉伸试验。研究发现沥青砂在25℃、加载速率50mm/min情况下取得最小劲度模量,为355MPa.用此参数建立了道路整体有限元模型,对三种工况进行了模拟分析,并确定了加载侧沥青砂与混凝土基层之间发生脱离这一工况为最不利工况。本文的研究将为特定条件的高粘弹性沥青砂的性能测定提供一种可行性的方法。     

倍捻锭子的有限元模态分析

利用ANSYS软件对短纤倍捻锭子构建有限元模型，进行振动模态分析和后处理，并对分析方法和分析结果进行讨论。     

注塑模冷却系统的有限元分析

本文利用有限单元法,采用四边形四节点等参单元,对注塑模二维非稳态温度场进行了数值分析,推导了有限元方程并研制了求解程序软件。在盒状注塑模实例运算中,通过改变冷却系统设计参数,所得温度场等温线与实验结果相符,验证了有限元求解的可靠性。     

基于e-p曲线的塑性力学新方法的有限元算法

以e-p曲线为基础的塑性力学新方法具有思路清晰,求解过程简洁明了等优点,当边界条件是全为应力边界条件,或有位移边界条件但在塑性区边界上仅有零位移边界条件时,采用这种新方法比较便捷．以这种新方法作为理论依据,探讨了它的一种数值计算方法——有限单元法,并对典型的塑性力学问题进行了实例计算．     

ABAQUS在工作辊冷轧薄板有限元动态模拟中的应用

本文首先对工作辊冷轧薄板在ABAQUS中的有限元建模要点进行了说明,其次对计算得到的数据进行了处理。通过对计算结果进行分析,发现计算结果是令人满意的,从而证明了使用ABAQUS分析软件对工作辊冷轧薄板进行有限元动态模拟是可行的。