复杂工况下土-结构体系的混合约束模态法

基于动态子结构法的原理,提出了线性-非线性混合约束模态综合法,对复杂工况下的二维地基土-箱型基础-上部剪力墙结构相互作用的非线性动力问题进行分析研究。复杂工况包含了一致黏弹性边界问题和基础与周边土体的高度非线性接触问题。依据土-结构相互作用体系存在局部非线性的特性,将体系划分为若干个线性和非线性子结构。在动力时程分析中对所有非线性子结构利用自编二次开发程序逐步提取等效特性矩阵,再与经势能判据截断准则减缩过的其他线性子结构组合后进行模态综合处理,推导出含有接触关系的子结构方程与含有一致黏弹性边界的子结构方程,最后形成复杂工况下含有各个子结构的模态综合方程。分析结果表明,混合约束模态综合法与ANSYS直接计算法求得的位移、速度、加速度、水平剪力、弯矩、层间位移角动态响应时程曲线吻合良好,证明线性-非线性混合约束模态综合法是求解复杂工况下的土-结构动力相互作用问题的有效可行方法。     

混凝土受压性能的非均质细观数值模拟

将混凝土看作是由骨料、砂浆及它们之间的界面组成的三相复合材料,在细观层次上建立了非均质混凝土棱柱体试件的随机骨料模型,分别赋予细观单元弹脆性损伤本构关系或弹塑性本构关系,研究了采用不同本构关系的混凝土棱柱体试件在单轴压缩荷载作用下的细观损伤演化过程,获得了相应的混凝土单轴受压宏观应力-应变曲线,并将计算结果与试验结果做了比较.结果表明:混凝土试件的破坏是由于细观损伤的积累导致的;非均质模型计算所得的宏观应力-应变曲线上升段与试验结果吻合相对较好,弹塑性本构模型计算所得的曲线下降段比弹脆性模型更接近于试验曲线.     

煤矿立井井壁与围土相互作用的实验研究

在自行改造、加工的高应力单剪仪试验系统上对饱和砾砂、粗砂、中砂、细砂同混凝土界面的剪切特性进行了一系列试验研究.通过对试验数据的分析发现,高应力下界面的本构关系可以采用非线性弹性-理想塑性模型,非线性弹性阶段与双曲线模型较一致,界面的强度准则符合无粘聚力的库仑公式,在此基础上导出了界面单元的弹塑性矩阵.对包括弹性和塑性2个变形阶段的情况,采用初应力法得到了修正的弹塑性矩阵.     

用ANSYS的UPFs对非线性黏弹性本构模型进行二次开发

UPFs是大型通用商业有限元软件ANSYS强大的二次开发工具,为了ANSYS用户在使用UPFs进行二次开发时有更多的参考并弥补ANSYS因元非线性黏弹性本构模型而在抗震工程应用中严重受限的不足,在ANSYS中用UPFs对非线性黏弹性本构模型进行二次开发和算例验证,结合实例详细演示了用ANSYS的UPFs进行本构模型二次开发的具体过程,并对应用UPFs时所碰到的实际问题及解决办法和经验技巧进行了总结。算例验证结果表明,所开发的本构模型可使ANSYS更好地应用于岩土和结构抗震工程当中,开发的技术和经验可供UPFs用户参考。     

大跨拱形结构等效静力风荷载

基于计算流体动力学(CFD)方法和有限元动力时程分析法,数值模拟脉动风特性,获取脉动风速时程,以此作为数值风洞模拟的入口边界条件.运用FLUENT软件对大跨拱形结构进行脉动风作用下结构的非稳态分析,得到作用于结构的时程风压荷载;运用ANSYS分析软件进行结构的风振响应计算,分析获得了基于结构风振响应时程的等效静力风荷载.提出多目标等效静力风荷载加权组合系数的定义,计算获得了大跨拱形结构的多目标等效静力风荷载,并验证了其计算精度.研究结果表明,在基于该方法所得等效静力风荷载作用下,结构静力响应计算结果与风振动力时程响应极值吻合.     

基于M-C准则下非线性材料弹塑性矩阵的推导

由于利用应力不变量以统一形式表达四个屈服准则本构关系的方法应用于摩尔—库仑准则时，在计算中会有奇点出现．针对非线性材料的弹塑性变形特征和其屈服面的非正则性的特点．采用增量理论和等向强化模型，直接导出了平面应力状态下的应力应变间本构关系的弹塑性矩阵。不仅避开原方法中的奇点问题，提高了计算精度，而且概念清晰，便于运用．     

CFRP钢管混凝土轴压短柱混凝土本构关系

在钢管混凝土基础上对核心混凝土的本构关系进行修正,得出了适用于CFRP钢管混凝土新型构件的核心混凝土本构关系.使用该混凝土的本构关系,利用ANSYS有限元分析软件对CFRP钢管混凝土轴压短柱构件的应力应变关系进行了数值模拟;并作了相应的8根CFRP钢管混凝土和4根钢管混凝土试件的轴压短柱承载力试验研究.数值分析所得曲线与试验所得的曲线吻合良好,证明经过修正的混凝土本构关系是一种适合于CFRP钢管混凝土轴压构件数值分析的混凝土本构关系.     

钢-混凝土组合框架地震响应有限元时程分析

将组合梁及组合柱退化三折线最大点指向弯矩-曲率恢复力模型曲线类型划分为12类,建立弯矩-曲率恢复力模型曲线类型转化关系,并将组合梁及组合柱弯矩-曲率恢复力模型程序化.利用三段变刚度杆单元矩阵编制了组合结构弹塑性地震响应时程分析数值计算程序,分析程序采用了杆系模型,能更好地反映结构变形特性,便于发现结构薄弱环节.利用该数值计算程序对不同地震强度下的组合框架试件地震响应进行了计算,结果表明:采用三段变刚度杆单元矩阵和退化的三折线最大点指向恢复力滞回模型可以有效地求解组合框架地震响应,为组合框架结构弹塑性地震响应提供一种有效的分析方法.     

基于Hardin骨架曲线的粗粒土非线性动本构模型

为研究高速铁路路基粗粒土填料在列车荷载作用下的动力特性,使用大型动三轴实验仪对粗粒土填料开展了动力变形特性试验研究。以Hardin-Drnevich骨架曲线为基础,采用Masing准则构造了粗粒土加载、卸载的动应力动应变关系滞回曲线;推导了粗粒土的Hardin-Drnevich骨架曲线和加载、卸载滞回曲线上增量剪切模量表达式。利用ABAQUS软件的UMAT子程序编制了基于Hardin-Drnevich骨架曲线和广义Masing准则的粗粒土非线性动本构模型子程序。通过与三轴试验结果比较,验证所建立粗粒土非线性动本构模型的正确性。将该本构模型应用到高速铁路路基动力响应分析中,模拟结果与模型试验数据吻合较好。相对于摩尔库伦本构模型,该本构模型能够更好地反映铁路路基动力响应特性。     

爆炸荷载作用下钢纤维混凝土梁的动力响应分析

在混凝土、钢纤维混凝土已有动力实验资料的基础上，以材料动力强度提高系数与应变速率的关系为主要依据，建立了材料的一维粘弹塑性动力本构模型并用chen-chen模型将其推广为二维动力本构模型。运用改进了的chen-chen模型对钢纤维混凝土简支梁进行了非线性动力响应分析，所得结果与实验结果吻合良好。