砂土速率相关黏性特性的有限元分析

根据复杂加载条件下饱和砂土排水平面应变压缩试验,分析了砂土的速率相关的黏性特性.试验发现砂土存在显著的加载速率效应、蠕变变形和应力松弛,并且在应变速率突变、蠕变或应力松弛之后,以新的应变速率重新加载时呈现出高刚度行为.针对砂土的变形强度特性提出了一种非线性有限元计算方法,砂土本构关系采用了三要素弹黏塑性本构模型.将有限元计算结果与试验结果进行比较,表明建议的有限元计算方法不仅可以较为精确地模拟砂土的平均应力-应变关系,同时也可以模拟包含变应变速率加载、蠕变加载、应力松弛加载的全过程黏塑特性.     

基于双线形软化黏聚区模型的混凝土路面损伤开裂及承载力分析

为探究混凝土塑性软化对混凝土路面损伤及承载力的影响,基于双线形软化黏聚区模型,结合ABAQUS有限元软件,对三点加载混凝土小梁试验全过程进行模拟.比较了单、双线形软化黏聚区模型,计算了应力比为0.15、0.25、0.35的双线形软化黏聚区模型的模拟误差,分析了Winkler地基上混凝土路面板从加载到断裂全过程的承载力和截面应力分布变化.结果表明,采用应力比为0.25的双线形软化黏聚区模型,小梁的加载力-裂纹张开位移曲线模拟结果与试验结果一致,小梁和混凝土板的极限承载力分别出现在底部混凝土发生损伤和开裂阶段,混凝土板极限承载力大小为板底拉应力达到混凝土抗拉强度时的1.75倍,为板底刚开始出现宏观裂缝时的1.09倍.Winkler地基上的混凝土板加载破坏表现出脆性断裂特征.     

基于黏弹性理论的沥青罩面层力学响应研究

 根据黏弹性理论构建沥青罩面层三维黏弹性有限元模型,运用大型有限元软件ABAQUS进行动态荷载试验,研究了沥青罩面层的力学响应。结果表明,沥青罩面层由于其本身的黏弹性,在动态载荷作用下会产生与弹性材料不同且更为复杂的应力响应,应力状态随加载和卸载而不断变化,加载时其表面为压应力,底层为拉应力,卸载时则相反,其表面为拉应力,底层为压应力;循环载荷下沥青罩面层受压应力和拉应力的交替重复作用,其表面和层底会产生残余应力,随温度的升高,其松弛模量增强,黏弹性减弱,残余应力逐渐减小。相对于把沥青罩面层作为弹性材料的方法,基于黏弹性的分析方法能够更准确地描述沥青罩面层的力学行为特征。     

基于波动方程的Ansys模型黏弹性边界条件研究

 研究了应用Ansys 有限元软件进行地震波场数值模拟的边界条件问题,提出一种基于波动方程的Ansys 模型黏弹性边界条件构建方法。由波动方程推导并建立了黏弹性边界条件的理论基础,在Ansys 模型中选用带阻尼的Combin14 单元作为加载有限元,采用APDL 代码成功地将黏弹性边界条件施加于Ansys 模型中。对模型进行实例计算,在模型边界设置虚拟检波器,加载Ricker 子波震源,提取计算后的波场快照和时间记录进行对比,结果显示,所施加的黏弹性边界条件可以很好地吸收边界反射波,表明了该方法所构建的Ansys 模型黏弹性边界条件的有效性。     

基于区间参数摄动法的黏弹性区间有限元研究

对线性静力区间有限元应力区间计算方法进行了评述,认为将含有区间参数的高斯点应力在区间参数均值处进行Taylor展开,计算得到的应力区间扩张不明显.将区间分析方法应用于黏弹性问题分析,推导了黏弹性问题的区间参数摄动法计算公式,研制了相应的黏弹性区间有限元计算程序.通过算例分析认为:采用区间参数摄动法进行黏弹性问题分析是可行的;随着位移均值的增加,位移离差也逐渐增大;位移区间最终随着位移均值的稳定而逐渐趋于稳定.     

沥青路面黏弹性泊松比近似方法的比较

为了准确应用黏弹性泊松比分析沥青路面在车轮荷载作用下的动态响应,针对3种常用的黏弹性泊松比近似方法进行了比较研究.推导了这3种黏弹性泊松比(随时间变化泊松比、不可压缩泊松比和常数泊松比)的数值关系,进而建立了一种三维沥青路面黏弹性有限元模型,比较分析了不同温度、不同加载时间下,3种黏弹性泊松比近似方法对沥青路面横向正应力响应的影响.结果表明:不可压缩泊松比始终保持为0.5,适用于高温、低频加载条件;常数泊松比始终保持为0.1,适用于低温、高频加载条件;随时间变化泊松比在0.1～0.5之间变化,应用不受温度与加载模式的限制.采用正确的黏弹性泊松比近似方法对于流动性车辙的研究有重要意义.     

沥青混合料复合结构层间稳定性破坏研究

为了定量描述沥青混合料复合结构的层间破坏过程,本研究基于双线性内聚力模型,建立了直接拉拔试验中圆柱形沥青混凝土的三维有限元模型,该模型采用显式准静态方法求解了收敛问题,并系统比较了准静态参数(网格、加载曲线、质量缩放和模拟拉拔速率)对计算效率和精度的影响。结果表明,当加载曲线类型为光滑线、模拟拉拔速率为试验的10倍且质量缩放为100时,模型计算结果与试验结果最为一致,在沥青混合料复合结构拉拔破坏过程中,层间界面的最大应力集中在环形区域。     

4ENF黏聚解析模型分析

建立了Ⅱ型加载末端切口四点弯断裂试件黏聚模型,给出了界面破坏经历的弹性阶段、弹性-软化阶段、弹性-软化-脱黏阶段相应界面应力分布的解析表达式.为了验证该模型的正确性,对FRP-混凝土4ENF试件进行了有限元分析,在FRP-混凝土界面上设置黏聚单元,界面混凝土和胶层的非线性损伤都由黏聚单元的软化来反映.有限元分析与理论分析结果对照表明,该解析黏聚模型能精确预测4ENF的界面破坏.     

生物软组织黏弹性参数反演方法研究

针对黏弹性参数反演中的模型选择问题,提出应用黏弹性材料的应力松弛曲线作为待反演的参数,不涉及任何黏弹性本构模型,采用有限元仿真与人工神经网络相结合的方法:通过有限元仿真得到不同应力松弛曲线下的剪切波传播速度,然后将仿真得到的数据作为训练样本输入到人工神经网络中进行训练,建立起生物组织黏弹性参数和剪切波传播速度的神经网络输出模型,有效解决了模型选择问题。最后通过粒子群优化算法反演得到组织的黏弹性参数。     

随机参数影响下橡胶密封垫的应力松弛特性

采用Mooney-Rivlin超弹性和Prony级数形式黏弹性模型,将有限元结果与试验数据对比,对模型参数进行验证.运用Ansys-PDS随机分析模块计算各随机参数对表面接触应力的灵敏度,以及超弹性和黏弹性参数变化对表面接触应力松弛特性的影响.结果表明:参数取值合理;对表面接触应力影响较大的随机参数为α_2和C_(10),α_1、τ_1和C_(01)的影响次之,而τ_2的影响可以忽略不计;松弛主要发生在加载第1天,1年内基本保持稳定;超弹性参数取值越大,应力衰减越小,黏弹性参数则相反.     

基于压缩试验的水泥混凝土弹性模量取值法

水泥混凝土弹性模量的取值是水泥结构设计的基础,试验确定其量值始终是一个复杂的过程。结合水泥路面实际,制作了C30水泥混凝土圆柱体试件,在3个加载速率下,按照"简单加载至破坏"和"循环加载后至破坏"这2种加载方式,进行了简单压缩试验,分析了应力应变关系,计算了不同应力水平和应变水平下的割线模量值。研究结果表明:水泥混凝土在极限最大应力的80%范围内和较高加载速率下,主要表现为线弹性,可用标准弹塑性模型来描述;在较低加载速率下,会表现出微弱粘性;混凝土弹性模量的取值可采用简单加载时的"80%度量法",无需进行传统的循环加载,极大地简化了试验操作程序。     

基于平面裁切的三角形乙烯-四氟乙烯气枕成形试验及数值模拟

基于平面裁切的设计方法,制作了边长为2.5m的正三角形乙烯-四氟乙烯(ETFE)气枕模型,结合自动压力控制、三维摄影测量、激光测量等技术对ETFE气枕进行充气成形试验和测量分析.ETFE气枕经历了0~2kPa的充气加压,压力为2kPa、时间为24h的黏弹性徐变,放气至0kPa、时间为24h的徐变恢复等一体化流程.得到了各状态下的气枕内压值、上膜面整体形态和下膜面矢高值,并基于膜面形态计算出应力分布.通过与充气加压过程的几何非线性有限元分析结果进行比较分析,揭示了ETFE薄膜经历弹性变形、黏弹性徐变、徐变恢复等过程时的深刻力学性能与行为.试验结果验证了基于平面裁切的成形设计方法的可行性,对ETFE气枕结构的推广和应用具有较高价值.     

微注射成型超声塑化中黏弹性生热效应

考虑超声衰减,基于广义Maxwell力学模型建立超声塑化聚合物黏弹性生热数学模型,通过数值计算研究聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)黏弹性生热规律和生热过程温度场分布,结合超声塑化PMMA形态演变实验分析黏弹性生热效应在聚合物由玻璃态到黏流态转变中的作用。研究结果表明:聚合物的温度是影响黏弹性生热的重要因素,PMMA的黏弹性生热效应在105~150℃之间作用明显;塑化样品由玻璃态到黏流态的转变过程温度场分布不均,靠近工具头端面和塑化腔壁处先于其他部分达到黏流温度;超声作用初始阶段摩擦生热作用明显,颗粒界面消失后黏弹性生热起主要作用。     

弹塑性回映算法及其在板成形模拟中的应用

结合退化壳单元模型的平面应力条件,给出了弹塑性本构方程应力求解的弹性预测－径向回映算法,用于板料成形的动力显式有限元模拟,利用自行开发的板料成形模拟动力显式有元分析程序VIFORM,对Numisheet′96标准考题S型轨的成形过程进行了模拟,计算结果表明该地算精度高、速度快。     

动态加载模拟凹坑对管道模型压溃影响

海底管道在埋设以及使用过程中极易产生凹坑缺陷,凹坑会影响管道的局部屈曲,对含凹坑缺陷管道的局部屈曲研究十分必要.当前对凹坑形成过程通过简单的静态加载进行模拟,这与实际工程实践中落物撞击的动态过程不符.本文采用有限元软件ABAQUS运用动态加载的方式对管道凹坑形成过程进行模拟,在此基础上对含有不同凹坑深度、宽度的海底管道进行局部屈曲的数值模拟,与压力舱管道试验结果对比,验证模型的正确性.对比分析动态加载与静态加载模拟凹坑的管道结果,结果表明:动态加载与静态加载两种方式对管道凹坑的模拟存在差异,当压头撞击管道的动能达到一个临界值后,动态加载模拟凹坑的管道模型的压溃压力小于静态加载的压溃压力,用静态加载模拟凹坑的管道模型分析大质量压头高速撞击形成凹坑的管道存在安全隐患.     

黏弹性阻尼器减震结构考虑SSI的参数分析

采用通用有限元软件ANSYS,针对某软土地基上土-基础-黏弹性阻尼器减震框架结构进行了三维有限元分析.计算中土体的本构模型采用等效线性模型,土体的侧向边界采用黏弹性人工边界,研究了改变黏弹性阻尼器的阻尼系数、土体的软硬程度和基础形式等参数时,土-结构相互作用(简称SSI)对黏弹性阻尼器减震效果影响的变化规律.结果表明:随着黏弹性阻尼器阻尼系数的增大,土-结构相互作用对其减震效果的影响程度先增大后减小;黏弹性阻尼器的减震效果总体上随着土体的变硬而变好;设置黏弹性阻尼器的结构采用桩筏基础的减震效果优于采用箱型基础的.     

轧制过程的显式动力学有限元模拟

分析了显式动力学弹塑性有限元方法的计算过程,并用其对平板轧制问题进行了模拟计算·模拟时轧辊采用刚性材料模型,轧件采用双线性强化材料模型,轧件具有一定的初始速度并向辊缝运动,咬入后靠摩擦完成轧制过程·通过模拟计算,得出咬入、稳定轧制和抛钢阶段整个轧制过程的应力应变场·将板宽对称中心线轧制压力分布的计算结果与实验值进行对比,表明计算结果准确·另外通过对计算结果进行分析还可以得出,在稳定轧制阶段存在弹性预变形区、塑性变形区和弹性恢复区;轧制压力沿接触面的分布在入口和出口的变化梯度较大,中间区域的变化梯度较小·     

软弱路基土体三轴蠕变试验及蠕变模型研究

采用相同面积置换率的微小砂桩模拟地基处理效果,对地基处理后路基土进行三轴蠕变试验。依据路基土三轴蠕变试验,提出一个基于双曲线函数核的黏塑性元件模型,描述路基土的非线性黏塑性蠕变特征。与Burges元件模型串联建立非线性黏弹塑性蠕变本构模型,将模型扩展到三维状态并确定模型参数。研究结果表明:应力水平是影响地基土蠕变变形的主要因素,应力水平S=0.6为路基土体线性黏弹性蠕变和非线性黏弹塑性蠕变的临界值,当S<0.6时,路基土体土表现出线性黏弹性蠕变特征;当S>0.6时,表现出非线性黏弹塑性蠕变特征。     

公路组合桥面钢桁梁桥整体式节点计算对比

钢桁梁桥在进行全桥有限元计算时,节点的精确模拟与否直接影响计算结果的准确性.传统空间梁单元模型只能反映结构的整体受力,不能反映局部详细应力分布,然而局部应力分布也是桥梁设计的重要依据.为了对比分析空间梁单元模型与精细组合单元模型节点刚性对全桥整体变形和应力分布的影响,以跨径90 m、桥面宽18m公路简支钢桁梁桥为研究背景,分别采用Midas Civil与ABAQUS有限元软件建立三维梁单元模型与精细组合单元模型.采用不同恒载与车辆荷载工况进行加载,对比分析了梁单元模型与组合单元模型相应杆件的应力分布与相对差值;最后通过实桥原位实验证明了精细组合单元模型计算结果的有效性.研究表明,三维梁单元模型简单易行,可以快速给出钢桁梁桥整体计算结果,而精细组合单元模型能够准确考虑节点刚性对于钢桁梁桥整体变形的影响,并给出关注部位详细应力分布.     

基于多重节点的结构动力学显式异步长并行计算方法

局部精细化网格会导致结构有限元动力学分析的计算时间大幅增加.为了提高计算效率,结合域分解法与子循环方法,提出一种基于多重节点的结构动力学显式异步长并行计算方法.该方法采用节点分割将模型划分为若干子分区,子分区采用显式Newmark时间积分格式并根据分区单元特性选用时间步长;相邻分区通过多重节点构成耦合区域,小步长分区子循环过程中不涉及边界数据的插值过程."天河二号"超算平台上的算列表明:采用显式异步长并行方法计算结构动力学问题,在提高计算效率的同时可以保持较高的计算精度.