土-结构系统的非线性参数反演研究

研究土-结构系统的非线性参数反演问题.建立了土-结构系统的二维集中质量非线性计算模型,提出了变量分离的非线性参数拟合法.利用非线性计算模型和变量分离的非线性参数反演法,实现了复杂的土-结构系统的非线性参数反演.以湖南大学建立的野外大比例尺土-结构系统的试验模型为算例,利用地震输入和系统响应,对系统的非线性动力参数进行反演.算例表明,该算法计算量小,反演精度高,可用于土-结构系统的非线性参数的在线反演.     

土-桩-结构相互作用对独塔自锚式悬索桥地震响应的影响

为研究土-桩-结构相互作用对独塔自锚式悬索桥动力特性及地震响应的影响规律,利用有限元软件Midas/Civil建立了2个空间有限元成桥状态模型,分别采用J.Penzien集中质量模型模拟的桩土边界和承台底部固结边界,并对结构进行了动力特性分析和不同地震工况下的非线性时程分析.研究结果表明,土-桩-结构相互作用延长了结构自振周期,且对主塔参与的振型影响很大.与基础固结模型相比,考虑土-桩-结构相互作用的结构在地震作用下的内力响应减小20%左右,而桥塔位移响应增大约50%,主梁位移响应增大约3%.因此,此类结构抗震设计时需基于不同控制目标选择不同的基础处理方式.     

天津站交通枢纽-桩-土地震反应分析

为摸清大型复杂工程结构的地震反应规律及抗震性能,针对天津站交通枢纽工程,选取包括地上和地下结构的标段,应用大型通用有限元分析软件ANSYS,将桩土区域等效连续化成桩土合一的复合材料,建立了结构-桩-土相互作用的天津站交通枢纽工程的三维有限元模型,并采用非线性动力时程分析方法进行计算.结果表明,天津波作用下交通枢纽地震反应最大,并且各层加速度反应沿地下结构长度方向分布均匀,位移反应小于规范限值,说明天津站交通枢纽工程整体性好,具有良好的抗震性能.     

考虑循环软化效应的软基上深埋大圆筒结构承载力分析

大圆筒结构是一种适宜于软土地基上的新型港口水工建筑物,目前主要研究集中在极限承载力分析,而对这种结构在波浪荷载循环作用下的承我力尚缺乏合理的计算方法．基于软黏土的循环强度概念,在大型通用有限元分析软件ABAQUS平台上,通过二次开发,将Duncan-Chang非线性弹性应力-应变关系与Mises屈服准则结合,针对大圆筒等结构及基础形式,基于拟静力分析建立了循环承载力的计算模型．结合长江口深水航道治理二期工程,对软基上大圆筒结构的循环承载力进行了三维非线性有限元计算,并与极限承载力进行了对比．结果表明,与不考虑软土地基强度弱化情况相比,循环荷载作用下大圆筒结构的承载力显著降低．     

桩-土（软支撑）-结构非线性动力相互作用分析

基于群桩-土软支撑模型,建立了土-结构相互作用有限元简化分析模型.针对不同地震激励,不同桩-土条件下对模型进行了动力非线性时程分析.结果表明:在某些地震动和土-基础条件下,上部结构非线性作用动力反应结果可能大于固基假定情形,且下部桩-土软支撑会对上部结构柔弱层位置产生影响,分析结果与现有的试验成果具有良好的一致性.以简化非线性弹-阻单元的形式等代桩-土实体单元接触面,能有效和快速地进行复杂的SSI动力时程分析及抗震评估.     

土-箱基-框架结构动力相互作用体系试验研究

通过对1/2大比例模型的试验与仿真分析,研究了结构-箱基础-土体系的动力反应.将实测基频结果与基于刚性地基的仿真分析结果对比,发现实测结果小于有限元结果;但将实测基频结果与考虑相互作用的仿真分析结果对比,发现实测结果与仿真分析结果吻合,这说明土-箱基础-结构相互作用改变了结构体系的动力特性,使结构体系的自振周期延长,同时也验证了仿真分析的有效性.     

地震载荷下桩-土-上部结构作用机理与数值模拟

桩-土-结构动力相互作用机理研究是提高动力作用下桩基础安全性的重要基础.在分析目前桩基抗震的主要计算模型及分析方法基础上,采用有限元软件ABAQUS,对桩-土-结构动力相互作用体系进行了水平地震荷载下的二维弹塑性有限元分析.比较了角桩、中间桩和中间边桩的剪应力幅值沿桩身的分布,得出了桩身剪应力幅值分布都呈桩顶大、桩尖小的倒三角分布;角桩剪应力幅值较大,边排中桩和中桩的剪应力幅值较小;随着桩间距的增大以及桩边长的减小,不同位置处的桩所分担的剪应力比例差距越来越小;桩土之间的滑移量在桩顶处大,桩尖处滑移量小;桩-土接触界面在动力作用过程中桩顶剪应力幅值有增大-减小-增大的变化规律.     

土与结构接触面力学特性研究现状与展望

总结国内外土与结构接触面力学特性研究的现状,系统介绍接触面力学特性研究领域在试验模拟、本构模型以及计算方法方面的进展,分析不同试验仪器的特点,讨论现有接触面模型及计算方法的应用条件和存在的问题,指出:土与结构接触面复杂应力状态及高应力状态下特性研究、剪胀(剪缩)测试及颗粒破碎机理研究,特殊土与结构接触面的力学特性研究以及接触面动力特性研究等是今后研究的主要方向.     

基于土拱效应的斜插桩板墙受力数值模拟分析

目的研究斜插式桩板墙在不同桩间净距土压力分布情况下受力性能.方法结合实际工程中斜插式桩板墙原型,利用有限元软件ABAQUS建立桩间距分别为250 mm、300 mm、350 mm、400 mm、450 mm五种斜插桩板墙有限元模型,分析对比了五种模型的桩后水平土压力、板后水平土压力、板后竖向土压力、板后摩擦土拱、桩结构受力、板结构受力等的变化规律.结果同一深度下,桩后土体Y轴方向应力随着桩间净距增大逐渐增大;受到模型桩间土拱、模型板间土拱、土摩擦角的综合影响,板后Y方向土体应力呈非线性分布,且影响程度随板厚土体深度变化;板X轴方向应力随桩间净距增大而增大;板两端X轴方向应力大于板中间X轴方向应力.结论随着桩间距增加,桩后土体Y轴方向应力、桩结构受力、板结构受力均逐渐增大.     

土-海底沉管隧道体系三维地震响应分析

以港珠澳大桥工程中大型海底沉管隧道为工程背景,根据工程场地土层地质实际分布情况,建立了沉管隧道上方无回淤土和有回淤土两种计算条件下的土-沉管隧道体系的大型三维精细化有限元计算模型.在计算模型中考虑了沉管接头非线性、土与隧道间的接触非线性和土层介质非线性等特征.采取直接从基岩面输入一致地震和地震行波两种激励方式,运用动力显式算法对土-沉管隧道体系进行地震响应分析.数值结果表明,回淤土体减小了模型的自振频率,增大了隧道的地震响应;不同地震波激励形式和激励方向对隧道接头的相对变形和管节内力响应的影响不容忽视.     

堆载作用下考虑界面接触行为的桩-土相互作用分析

采用三维有限元模型,对在堆载作用下软土与桩的相互作用进行分析,分析中考虑土的非线性和大应变,并在桩土间设置接触单元.重点研究桩土交界面上的接触应力以及土参数对土侧压力的影响.所得到的桩土交界面上的应力分布可以很好地解释离心实验结果,参数研究有助于更深刻地理解软土与桩的相互作用机理.     

波浪荷载作用下深插式大直径圆柱壳结构的解析方法及实验

大直径圆柱壳结构是港口及近海工程中的一种新型结构，其力学机理、破坏形态、作用荷载以及计算方法等均亟待研究．基于散体结构力学理论与极限平衡条件，引用基床系数法推导了波浪荷载与结构位移关系的一种解析求解方法，由此可直接确定大圆柱壳结构的破坏形态，并计算出作用在其上的土压力，同时又重新定义了深插式与浅插式大圆柱壳结构的判别标准、最后通过大比尺模型试验，验证了本解析方法是可行有效的。     

Multi-body Contact Problem of Loose-fitted Tyre of Rotary Kiln

According to the character and the condition for shell defor mation and force balance,we have set up the mathematical models of the contact angle and the contact pressure distribution between the tyre and the shell,studied The features of a multi-body contact model between the roller and the tyre,and developed the build-up procedure of the contact finite element model between the roller and the tyre．The stress distribution rule of the roller and the tyre is obtained as follows．The contact center is the center of the contact stress circle,and the contact stress is also reduced gradually from the contact center to the contact boundary．The equivalent stress of the tyre varies５times per circle,thus making the trye fracture easily．     

大型挂载起吊系统特种螺栓强度分析

通过建立挂载起吊系统力学模型,并采用有限元分析方法对系统进行计算,得出特种螺栓应力分布以及系统各部件之间接触面积关系。分析结果表明螺栓强度满足使用要求,螺栓预紧力对螺栓强度影响较大,圆筒重力载荷对螺栓强度影响较小,但螺栓存在严重的偏载现象。此外,对挂载螺栓进行分组起吊实验,观察各组螺栓的变形情况。结果表明,仿真结果与实验结果吻合较好。     

大跨弦支穹顶结构的动力反应分析

采用大型有限元软件ANSYS对大跨弦支穹顶结构的自振特性和地震响应进行了计算分析.考虑了不同初始状态对结构频率分布及振型特征的影响,比较了弦支穹顶结构和单层网壳结构自振特性的差异.计算了多点地震动波速输入下,大跨弦支穹顶结构的动力反应.研究结果表明,行波效应对大跨弦支穹顶结构的地震响应影响显著,特别是当多点输入相位差较大时,结构的内力和位移峰值都会有明显的增大,当场地土土质较软时不能忽略行波时滞的影响;常遇地震输入下,大跨弦支穹顶结构的位移和内力变化都较小,计算中可以不考虑几何和材料的非线性.     

柱面驱动新型行波超声电机的研究

为增加定转子接触面积,使接触应力分布均匀,从而减少接触区磨损,提高电机的机械性能,利用壳体的非轴对称振动模式,成功地研制出一种柱面驱动新型行波超声电机．在设计的电机结构中,给出了压电陶瓷的极化、分布和驱动方式,运用有限元分析软件ANSYS9．0对定子进行了模态和谐响应分析,并运用振动理论推导了定子齿上的椭圆运动轨迹方程．实验表明,该电机在驱动电压有效值为150V、驱动频率为16．1kHz时,堵转转矩为1．8N·m,最大空载转速为64r／min,说明电机的连续运转性能良好,能够保证定转子之间的良好接触,使电机平稳转动,从而提高了电机的机械输出性能．     

高速冲击下人体颈椎与椎间盘接触应力分析

建立了人体头颈部有限元生物力学模型,并在颈椎与椎间盘间设置接触.以15,g 加速度载荷施加于头颈部有限元模型的头部,进行高速冲击有限元分析,得出颈椎与椎间盘的接触应力分布情况.结果表明:高速冲击下 C6、C7间易发生椎间盘突出;在头颈部有限元模型中设置接触条件,可以更好地模拟头颈部的生理特性和动力学响应情况     

风暴状态下自升式平台非线性动力分析模型

以风暴状态下的自升式平台为研究对象 ,建立了用于分析平台结构的非线性动力模型。该模型采用改进的NewWave模型描述随机波浪 ,借助非线性弹簧模拟平台结构的桩—土之间的相互作用 ,综合考虑了影响平台结构动力响应的动力敏感性、非线性以及波浪载荷的随机性因素 ;同时以波面极值出现前后的若干载荷循环作用下的结构响应结果作为对平台结构响应的估计 ,大大节省了计算时间。建立了简化的三维有限元结构模型。通过具体实例分析 ,给出了使用该模型进行风暴状态下自升式平台动力响应的计算步骤 ,并对分别采用非线性弹簧模型和传统的铰接模型时的平台结构动力响应进行了对比。计算结果表明 ,风暴状态下自升式平台甲板位移响应极值服从对数正态分布。使用该模型进行自升式平台动力响应分析时 ,能够兼顾模型复杂程度和计算效率 ,这为今后进行自升式平台结构动力可靠性分析奠定了基础。     

深基坑降水与地面沉降变形三维耦合数值模拟

以比奥固结理论为基础，考虑土体的非线性特征及土的渗透性随应力状态的动态变化，将地下水渗流场和土体应力场进行耦合，建立了深基坑降水与地面沉降变形的水土全耦合三维数学模型，并采用三维有限元数值分析方法，以上海市环球金融中心深基坑降水为例，模拟预测了基坑中心水位降至标高-23．4m时基坑周围地下水渗流场与地面沉降变形场的分布特征．结果表明，该模型稳定性好，收敛速度快，能模拟复杂三维地质体和整个基坑降水工程的结构。     

非饱和粗、细颗粒混合土在动荷载作用下的细观力学响应

为了研究非饱和粗、细颗粒混合土在动荷载作用下的细观力学性质,进行了非饱和粗、细颗粒混合土动三轴的离散元数值分析。根据室内动三轴试验结果标定PFC2D接触模型参数,进行非饱和粗、细颗粒混合土动三轴离散元模拟,分析其细观力学机理。结果表明:离散元模拟结果与室内试验结果曲线拟合度基本一致,能较好地反映非饱和粗、细颗粒混合土在动荷载作用下力学特征。相同含水率条件下,粗、细颗粒混合土的累积动应变随动应力幅值的增加而增大;随围压的增加先小幅度增大后再大幅度减小。孔隙度随动应力幅值的增大而减小;随围压的增大也减小。试样颗粒在剪切过程中,上下端运动速度最大,整体呈现对称递减状,中部运动速度最小。