用于接触面模拟的三维非线性接触单元

提出了一种新的模拟结构缝或接触问题的三维非线性接触单元,在本构关系上,模型同时考虑了已被大量实验证实的接触面法向和切向的非线性特性,法向采用了考虑法向变形的双曲线模型,切向采用了考虑应变化的双曲线模型,模拟了接触面的粘结、滑移和开裂等非线性现象,相对于其它接触单元,本文模型避免了Goodman单元等只考虑缝面变形及法向、切向参数取值的任意性,计算结果常使法向应力出现波动和过量嵌入等缺点,并据此编制了有限元计算程序,利用此程序分析了3个典型算例,验证了模型的合理性和程序的计算精度。     

用接触面弹塑性损伤模型分析群桩基础

探讨了接触面弹塑性损伤模型在群桩基础响应分析中的适用性。建立了用于有限元分析的弹塑性损伤接触面单元。采用多种接触面模型及多组模型参数对单调和循环荷载作用下的群桩基础与地基相互作用进行了三维有限元分析。结果表明:弹塑性损伤单元能够合理地描述包括体应变及其与剪应变的耦合特性在内的接触面主要静动力学特性;接触面的力学特性对桩土相互作用分析有重要影响;Clough-Duncan模型和理想弹塑性模型不能反映接触面的体应变及其与剪应变耦合特性,算得的桩的响应与弹塑性损伤接触面单元差别较大。因此,使用弹塑性损伤接触面单元进行土体与结构物相互作用分析较为合理。     

大桥隧道锚碇三维粘弹塑性数值模拟

为了解某大桥隧道锚碇及围岩体在张拉荷载下的变形状态及时效特性,采用三维显式有限差分软件FLAC3D对该大桥隧道锚碇系统进行三维粘弹塑性数值模拟.根据地质资料以及混凝土锚碇结构尺寸,建立隧道锚碇的三维计算模型,对岩体与锚碇之间的相互作用以及锚碇结构在长期荷载作用下的破坏模式进行研究,分析了由于施工开挖引起的锚碇和隧道围岩的位移及其应力变化.分析结果表明:当考虑岩体的流变力学特性后,在设计荷载作用下,锚碇和隧道围岩的变形均有所增加;与弹塑性计算结果比较,施加荷栽后经流变分析得到的隧道顶拱和底板的切向应力有所降低,拉应力的量值及拉应力区的范围减小,塑性区体积进一步扩大.     

用于接触面模拟的非线性薄层单元

为了使结构与地基间接触面的模拟计算既易于工程实际应用又有较高精度,通过分析研究Ｇｏｏｄｍａｎ单元与Ｄｅｓａｉ提出的薄层单元,综合了二者的优点,在有厚度的Ｇｏｏｄｍａｎ单元模型基础上,借鉴Ｄｅｓａｉ构筑接触面单元的思想,在单元数值模型中,引入了控制嵌入的方法。在本构关系上,所用的模型同时考虑了接触面法向和切向的非线性特性,并提出了超余应力转换和嵌入调整混合迭代模式。依据上述接触面单元模型编制了有限元计算程序,利用此程序进行的算例分析,验证了模型的合理性和程序的计算精度。     

三维多样性体多接触面国界单元法

推导了多弹性体多接触面无摩擦接触问题的边界单元法的计算公式和方法，并编制了相应的ＦＯＲＴＲＡＮ程序。所给出的算例说明对多体接触问题只能根据不同的对象编制不同的多体多接触面计算程序计算，用两体接触问题的解法近计算多体接触问题其误差甚大。     

三维多弹性体多接触面边界单元法

推导了多弹性体多接触面无摩擦接触问题的边界单元法的计算公式和方法，并编制了相应的ＦＯＲＴＲＡＮ程序。所给出的算例说明对多体接触问题只能根据不同的对象编制不同的多体多接触面计算程序来计算，用两体接触问题的解法近似计算多体接触问题其误差甚大。     

混凝土损伤断裂的三维细观数值模拟

提出一种在细观层次建立混凝土三维随机骨料随机力学参数模型的方法.将损伤力学与计算力学相结合,基于ANSYS软件平台进行二次开发,建立2组混凝土立方体湿筛试件的数值模犁:第1组模型模拟3种不同的骨料随机分布;第2组模型模拟混凝土各相材料主要力学参数的随机性,分别假定其参数符合对数正态分布和Weibull分布.通过对这2组模型的轴压进行模拟,揭示混凝土在轴向压力作用下单元的渐进损伤和裂缝的萌生与扩展过程.研究结果表明:数值模拟得到的混凝土立方体抗压强度与试验测得的抗压强度较接近;骨料的随机分布会影响试件裂缝产生的位置和扩展路径,但其对试件承载力的影响不大;混凝土各组成相材料参数的非均匀性降低了试件的极限承载力,采用Weibull分布能较好地表征材料参数非均匀性的影响.     

砂化岩体在开挖干扰下弹塑性损伤数值模拟

以连续介质力学和不可逆热力学为基础,求解砂化岩体损伤演化方程,并将损伤引入到修正的弹塑性本构方程中,提出了适用于砂化岩体的弹塑性损伤三维有限元计算方法.该方法反映砂化岩体在开挖施工干扰下的岩体破坏过程.应用该方法进行数值模拟计算了坪头水电站引水隧道1#竖井开挖过程,分析成果与实际情况较为吻合,验证了该分析方法的合理性,为砂化岩体计算提供了理论依据.     

三维梁单元的弹塑性切线刚度矩阵

采用非线性有限元理论,在Ｕ．Ｌ列式的坐标系下,无虑各向同性经材料,基于Ｖｏｎ－Ｍｉｓｉｓ屈服准则和Ｐｒａｎｄｔｌ－Ｒｅｎｓｓ增量理论,推导出三维梁单元的弹塑性切线刚度矩阵,考虑了位移的高阶项影响和材料的非线性影响,对空间梁单元的非线性有限元程序的编制有十分重要的意义。     

三维梁单元的弹塑性切线刚度矩阵

采用非线性有限元理论 ,在 U .L列式的坐标系下 ,考虑各向同性强化材料 ,基于 Von-Mises屈服准则和 Prandtl-Renss增量理论 ,推导出三维梁单元的弹塑性切线刚度矩阵 .考虑了位移的高阶项影响和材料的非线性影响 ,对空间梁单元的非线性有限元程序的编制有十分重要的意义 .     

卫生洁具三维数值模拟

为了卫生洁具的设计更加节水,采用有限体积法对结构复杂的冲落式坐便器进行了冲水过程的三维数值模拟分析,使用k-ε紊流模型,利用VOF方法处理自由水面,给出了不同l琦阃下的流场数据和壁面不同质点在不同时间的速度线图。     

卫生洁具三维数值模拟

为了卫生洁具的设计更加节水,采用有限体积法对结构复杂的冲落式坐便器进行了冲水过程的三维数值模拟分析,使用k-ε紊流模型,利用VOF方法处理自由水面,给出了不同时间下的流场数据和壁面不同质点在不同时间的速度线图。     

直剪试验中接触面渐进破坏的数值模拟

岩土工程中不同材料间的接触面力学性质是热点研究课题之一.为了研究不同接触面本构模型适用性,对室内接触面直剪试验进行有限元数值模拟,并采用刚塑性模型对接触面破坏过程进行了分析.数值模拟结果表明,计算与试验结果基本一致,不同本构模型计算结果相差不大;直剪试验剪切过程中,接触面上应力应变分布不均匀,导致接触面单元渐近破坏,使得接触面应力-相对位移关系呈非线性;刚塑性模型可以合理描述接触面本构关系,其模型参数较少且容易确定,可用于工程计算.     

开采沉陷粘弹塑性损伤模拟分析

以粘弹塑性及损伤理论为基础,建立了粘弹塑性损伤演化模型,考虑了多种工程因素对开采沉陷规律的影响并进行了深入探讨,通过实例分析给出了几点结论.     

路堤式加筋土挡墙三维数值模拟

本文采用三维有限元程序Z_Soil对一软土地基上路堤式加筋土挡墙建立考虑流固耦合的三维数值模型,分析其地基沉降、墙面变形、筋材应变分布,以及稳定性,并与实测值和二维有限元Plaxis分析结果进行比较。分析结果表明,采用等效竖向渗透系数模拟塑料排水板处理地基是合理的,计算的地基沉降、墙面变形随时间变化历程与实测结果吻合较好;三维有限元在筋、土及其界面单元模拟上要比二维有限元精细,能较好地模拟墙面“鼓肚”现象;三维有限元计算的筋材应变随地基变形而增大,且挡墙底部筋材应变最大,计算结果符合地基变形情况下筋材应变变化规律;三维有限元模拟的挡墙在平面呈弧形扩展的滑裂面形状和位置与现场试验观测结果一致,其较二维有限元在模拟本问题加筋土挡墙上要更加合理。     

东京湾流场三维数值模拟

结合东京湾海水流动的特点，建立了求解其水流运动要素的三维数值模型。在模型中考虑了潮汐、风等的影响，沿水深方向可分成多层计算，定量地给出潮汐在各变化时刻的水流运动要素、潮位分布等。模拟计算结果表明计算值与实测值吻合很好。     

立柱旋涡三维数值模拟

立轴旋涡的边界条件复杂，存在很难求解的曲线自由水面，三维数值模拟相当困难，目前还未见报道，采用VOF方法处理水气二相流自由表面，通过三维数值模拟描述立轴旋涡的形成过程，用拉格朗日法求解液体颗粒的运动轨道，并给出了压力和流速特性，有利于对立轴旋涡的生成机理和消涡措施作进一步分析。     

用边界单元法求解三维弹塑性问题的格式

基于初应力法弹塑性理论,给出了求解三维弹塑性问题边界单元法的一种有效的格式,它适用于较复杂的本构关系,在迭代格式和处理内点奇异积分方面所采用的方法是有效的,能保证精度并加快求解速度。