混凝土堆石坝面板变形特性的有限元数值模拟

根据蒲石河凝土面板堆石坝的实际情况建立三维简化模型,运用大型有限元计算分析软件ANSYS进行三维非线性有限元计算,分析了面板堆石坝的应力应变特点.模拟了在不同蓄水位条件下,混凝土面板垂直缝和周边缝的变形过程.建立了混凝土面板和堆石体之间、混凝土面板与面板之间、混凝土面板与趾板之间的接触模型,采用ANSYS提供的接触单元模拟.数值模拟结果表明:在靠近河谷附近,垂直缝为闭合状态;在靠近岸坡附近,垂直缝为张开状态,其最大开度为2 mm,周边缝在河谷附近开度最大,往两岸逐渐减小,最大开度为17.9 mm.有限元数值模拟结果为堆石体施工期变形预留和周边缝、垂直缝的接缝材料选取提供了理论依据.     

重力坝纵缝非连续接触地震反应分析

采用非线性动力时程分析方法,通过超载响应分析,初步研究了设纵缝重力坝的抗震能力.运用弥散裂缝模型模拟混凝土在强震下的开裂行为,采用基于罚函数法的接触模型模拟纵缝在动力荷载下的力学行为.对比不设纵缝的计算模型,结果表明纵缝改变了坝体应力分布,降低了坝体的抗震能力.通过对开裂比和抗滑安全系数的分析,判定该设纵缝重力坝段的极限抗震能力为0.6g.     

基于遗传算法的带缝重力坝弹性模量反分析

根据混凝土重力坝坝顶水平位移观测资料,采用逐步回归方法分离出了坝顶水平位移的水压分量;以大坝和基岩的弹性模量识别反问题作为优化问题,利用改进的遗传算法,并借助接触单元模拟坝体纵缝进行了有限元反演分析.某带缝重力坝数值计算实例表明,该计算方法能够较好地反映坝体结构的实际状况,参数反演分析计算效率高,计算结果与现场试验值及经验数据吻合较好,具有较高的合理性与可靠性.     

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。     

基于扩展有限元法的Koyna重力坝地震开裂过程模拟

为了模拟重力坝在强震作用下的破坏过程,利用扩展有限元框架下的分离裂纹模型描述混凝土中的裂纹扩展。该模型通过富集非连续位移模式使得对裂纹的几何描述独立于网格边界。利用动力扩展有限元法,提出了集中质量矩阵处理方案,并在通用软件ABAQU S上进行了嵌入。对印度K oyna重力坝在强震下的开裂过程,应用该方案进行了数值模拟。结果表明:用该方案求解非连续界面动力接触问题,既不损失精度,又能避免不稳定性。     

ABAQUS软件在弹性滑移支座非线性有限元分析中的应用

运用有限元软件(ABAQUS)对弹性滑移支座进行非线性有限元分析,并与试验结果进行比较.同时,对弹性滑移支座有限元分析中单元类型的选取、网格尺寸的确定、接触关系的定义、整体有限元模型的建立等数值模拟技术进行深入的研究.研究表明,利用ABAQUS有限元软件建立的模型能够比较精确地模拟弹性滑移支座在动力荷载作用下的性能,并可用于此类支座的分析研究.     

基于ABAQUS的碾压混凝土重力坝三维非线性静力分析

为更好地解决实际工程中重力坝坝体混凝土材料与坝基岩体应力应变的非线性关系,提出材料非线性有限元分析方法,用于计算坝体的应力.首先运用ABAQUS软件中专门设置的初始地应力平衡步骤对算例坝基地应力进行平衡,验证在重力坝应力分析中施加初始地应力的正确性和精确性;然后运用ABAQUS软件中的混凝土损伤塑性本构模型和扩展Drucker-Prager模型对重力坝进行非线性分析.通过对线性和非线性计算结果进行比较,发现应用非线性有限元法计算的重力坝应力和位移结果要比线性的小,证明有限元的非线性分析更加适用于实际坝体应力分布和位移研究.     

混凝土重力坝接触爆炸的响应及破坏特性分析

运用显式非线性动力分析程序LS-DYNA模拟正常蓄水位及空库条件下混凝土重力坝接触爆炸.考虑爆炸荷载作用下混凝土的高应变率的影响,采用HJC(HolmquistJohnson-Cook)本构模型模拟坝体混凝土的损伤破坏及塑性变形的破坏特性.首先构建炸药-空气-水-混凝土试块模型并对其进行了模型验证.然后构建炸药-空气-库水-坝体-地基之间的动态全耦合模型,并对正常蓄水位与空库条件下TNT炸药接触爆炸的大坝动态响应及破坏特征进行了分析.研究结果表明:运用该方法研究混凝土重力坝水下接触爆炸引起的结构动力响应问题,具有稳定的可靠性,弥补了试验研究的不足.正常蓄水位下,在上游布置炸点对坝体的动力响应及损伤程度影响更大,因此在研究大坝抗爆性能时,应重点关注正常蓄水位条件下大坝上游侧炸点水下接触爆炸时大坝的破坏特性.     

考虑进气效应和非线性接触的活塞瞬态应力研究

针对经验公式计算活塞顶面传热边界不准确和热应力计算中引入位移约束产生人为应力集中的问题,采用燃烧模拟和有限元方法构建非线性接触对,研究活塞瞬态应力。首先,燃烧模拟仿真得到活塞顶面传热边界条件,并实现向有限元模型的瞬态映射;然后,用非线性接触模拟热和力在构件间的传递,对比有、无进气冷却效应下的活塞瞬态温度场,结合测温试验进行温度场验证,对比有、无非线性接触的活塞热应力场;最后,结合机械负荷,进行在交变热-机械负荷作用下的活塞瞬态应力场分析。计算结果表明:采用燃烧模拟和有限元方法进行活塞瞬态温度场研究,能更准确地反映活塞顶面温度在时间上的波动和空间上的不均匀;非线性接触改善了施加位移约束产生的人为热应力集中问题,对比排气侧,活塞进气侧的热应力高出11.9%;热机耦合应力不是热应力和机械应力的简单叠加,且热、机械应力有一定程度的相互抵消。     

基于土体非线性性质的土-堆石坝动力相互作用(SRDI)体系的动力特性

运用Davidenkov地基模型,选取合理的模型参数实现对土体非线性性质的有限元模拟,并考虑土体边界条件、土体与坝体间接触界面状态非线性、地基土辐射阻尼以及坝体与土体耦合阻尼比等因素,对土-堆石坝动力相互作用(SRDI)体系动力特性进行ANSYS有限元模拟与分析。研究结果表明:软土地基对地震作用的放大效应会导致土体加速度和位移幅值随深度减小而变大,土与坝体的材料阻尼以及土与坝体接触界面间的阻尼效应减小坝体的动力反应,改善土-堆石坝体系的整体抗震性能,可为堆石坝工程的设计与实践提供参考。     

复杂表面问题的有限元计算与分析

碰撞、弹塑变形问题等交通运输器的安全试验通常采用实验室实物模型与计算机模型相结合进行模拟.对三维复杂区域的接触,国际标准方法采用接触变形算法模拟滑动控制.本课题采用流固耦合非牛顿流体方程初边值问题求解三维层结构特性,通过基于变分原理的摄动问题有限元方法,在高性能软件平台上实现数据的挖掘处理.由Sobolev空间嵌入原理,可将模型按接触区域进行分层单元剖分,将复杂区域剖分为若干相互连接、不重叠的六面体与空间平面四边形单元.同时,建立微观与宏观有限元双尺度计算模型进行模拟仿真对比,得到模型的能量与速度等一系列参数的变化曲线.此外,接触表面问题又可采用渐近摄动方法中的边界层理论进行研究,由此得到的微分方程特征函数空间,既可作为优化有限元基函数的解,又可用于建立一种新型的非线性特征值的渐近方法,也是估计材料特定参数的方法之一.最后,使用人工边界条件随机处理方法对求解结果的数据进行分析.     

金属板料成形有限元方法中的接触问题算法

接触问题是金属板料成形过程中的重要方面,正确地处理接触问题是板料成形有限元模拟成功的关键环节－ 本文针对动态有限元模型和准静态有限元模型,分别对罚函数法、拉格郎日法和修正刚度法等算法作了讨论,并提出了一种处理简单的板料成形的接触算法     

大比例框架模型的桩土接触状态非线性分析

本文基于土一结构动力相互作用现场模型试验,以桩基剪切型结构为例,运用通用有限元软件MARC建立三维有限元模型、进行了计算机仿真分析,主要包括网格划分、土与结构界面接触的非线性模拟、边界的处理等。利用上述建模方法对土-结构动力体系进行计算,研究相互作用对建筑物基本周期的影响效应,并与试验结果相对照,通过试验手段验证对各种简化处理方法的适用性。     

考虑横缝非线性对沙牌拱坝动力响应的影响

强震作用下横缝的开合对拱坝的动力响应有着显著的影响。结合实际工程,依据最新的坝体参数资料,建立了考虑拱坝横缝非线性的有限元模型。用黏弹性人工边界计及地基的辐射阻尼效应,采用有限元混合法模拟横缝的非线性行为。给出了四种工况,从坝体的应力分布、顺河向位移及横缝的张开变化等角度,研究了橫缝非线性对沙牌拱坝动力响应的影响。结果表明:横缝的张开使坝体的拱向应力得到了明显的释放,拱梁之间存在着一定程度的应力重分布;随着库水位的降低,横缝的开度增大的趋势较为明显,但坝体顺河向位移的变化不是很明显。     

梁柱螺栓连接中接触摩擦机理及有限元分析

研究了钢框架梁柱螺栓连接中的接触摩擦机理以及在节点非线性有限元计算中的应用.采用ANSYS有限元软件,在分析接触摩擦机理的基础上,研究了钢框架梁柱螺栓连接的接触摩擦理论,给出了接触对单元和刚度方程、接触算法和接触摩擦模型,试验结果验证了理论计算的合理性.通过一个算例说明了接触摩擦理论在螺栓连接中的应用.有限元方法是解决梁柱螺栓连接摩擦接触问题的一种有效方法;基于ANSYS软件,采用本方法可很好解决螺栓节点非线性有限元分析中的摩擦接触问题.     

直缝焊管成型过程的非线性有限元分析

直缝焊管成型过程理论上属于弹塑性大变形和状态非线性多重非线性耦合的问题，研究焊管成型过程对于合理设计焊管轧辊和成型工艺具有重要意义．本文综合使用有限元分析软件ANSYS和非线性动力有限元求解器LSDYNA对直缝焊管辊式成型包括水平辊和立辊在内的整个成型过程进行了数值模拟。得到了管坯在不同阶段的应变场和应力场，研究工作为研究排辊成型和柔性成型工艺奠定了基础．     

盘式制动器热弹性耦合分析

探讨了汽车盘式制动器的摩擦接触热弹性耦合非线性问题及其分析方法.利用有限元分析软件ANSYS 8.1建立盘式制动器热弹性耦合分析的三维有限元模型,确定对模型求解的边界条件、载荷步及模拟工况,研究进行制动器热弹性耦合分析的过程,通过仿真计算得到制动器工作过程中制动盘瞬态温度场、应力场等重要信息.     

基于点-面接触算法的叶片/盘组件三维有限元分析

基于虚功原理导出了点-面接触模型的三维接触有限元分析的控制方程,应用该方法对叶片/盘组件进行了三维接触非线性有限元模拟,并对该方法的计算结果与大型有限元分析软件MARC的计算结果及不考虑接触的常规方法所得计算结果进行了比较、分析.研究结果表明:该方法的计算结果与国际商用软件MARC的计算结果接近,两者的最大相对误差不超过4%;在计算中,没有人为地假设边界条件,在刚度方程中引入接触关系及循环对称关系,所得计算结果比采用不考虑接触的常规方法所得的计算结果更符合实际.     

应用MARC进行三维热力耦合过程模拟中的若干问题

本文以实心圆管坯二辊斜轧穿孔为例论述了采用大型非线性有限元分析软件MARC模拟热力耦合过程中碰到的若干问题及其解决方法。重点在于解决三维模型建立、边界条件、接触定义等方面遇到的实际问题 ,为研究同类问题提供了有价值的参考     

轮胎侧偏性能有限元分析

采用ANSYS有限元程序非线性分析技术,利用三维体单元、层单元和接触单元建立子午线轮胎(205/60R15)的三维有限元模型,对轮胎的侧偏工况进行了模拟,并对轮胎发生侧偏时各部分应力、应变及轮胎变形情况进行了详细的分析。