成层地基振动台试验双向剪切箱设计与边界效应测评

为满足散粒体材料(如土体)在多向振动台试验中截断边界模拟的需求,设计并制作了一种刚度可调节的层状双向剪切箱。剪切箱由矩形钢管框架堆叠而成,层间设置万向轴承与滚珠,可实现更加真实的双向协调运动;刚度调节装置与复位装置保证箱体复位、运动一致性和整体性,能够满足层间剪切变形。利用所设计的双向层状剪切箱进行上软下硬成层地基的振动台试验,根据边界效应指数与2-范数对边界效应进行定量分析。结果表明,研制的双向剪切箱性能良好,能够正确模拟成层地基场地的地震动特性,边界效应得到有效控制。     

基于三维粘弹性边界的升船机塔柱结构地震响应分析

以金沙江下游支流上某拟建升船机塔柱结构为例,通过ABAQUS有限元软件,采用编写的计算程序实现了三维粘弹性边界及地震动输入,并通过算例验证了所提方法的正确性。采用考虑无限地基辐射阻尼的三维粘弹性人工边界模型及无质量地基模型,分析了高扬程大型升船机塔柱结构在横河向及顺河向7度地震作用下的动力响应。结果表明,塔柱结构顶部横河向位移大于顺河向;塔柱筒体与筏形基础接触面出现应力集中现象,承受较大的压应力,筏形基础顶部中间部分两端承受较大的拉应力;与无质量地基模型计算的动力响应相比,粘弹性人工边界模型计算的塔柱结构动力响应相对较小。     

基于粘弹性人工边界的动力数值模拟范围研究

为分析地下厂房数值模型及围岩取值范围对厂房动力特性的影响,基于粘弹性人工边界基本理论,编写了Abaqus中快速施加粘弹性人工边界的程序。结合某抽水蓄能电站地下厂房结构,建立了不同数值模型及围岩取值范围的三维有限元数值模型,采用谐响应分析方法计算了机组振动荷载作用下的厂房动力响应。结果表明,地下厂房动力特性分析应采用粘弹性人工边界条件下包含0.5倍厂房跨度的围岩,并考虑地下厂房所有结构的数值模型。     

倒虹吸结构动力响应分析中计算边界宽度的影响

针对地震作用下计算边界宽度对倒虹吸结构的动力响应情况,以南水北调中线某箱形倒虹吸结构为例,地基采用Mohr Coulomb非线性本构模型,输入人工地震波,利用ADINA软件在静力基础上进行重启动分析,同时对ADINA进行二次开发,实现了循环计算。结果表明,边界宽度对倒虹吸结构的应力和位移值影响不超过10%,且当达到7倍宽度后,基本趋于稳定,而3倍宽度的倒虹吸结构的加速度放大系数较好,且加速度误差也在工程误差范围内。     

基于两类典型动力人工边界的水电站地下洞室群地震反应分析

通过自编子程序实现粘弹性边界及二阶透射边界的施加及相应的地震动输入,并内置于大型通用有限元分析软件系统中,采用隐式积分算法进行动力分析,以实现无条件稳定的地震反应时域分析.算例精度和准确度验证了该程序的有效性,将其应用于大型地下厂房洞室群的地震反应计算,给出了洞室不同位置的应力、位移和加速度的幅值分布及时程变化曲线,为深入了解地震作用下洞室群的动力反应特点提供了参考.     

考虑无限元边界的混凝土重力坝动力损伤分析

针对无限元边界模拟地基可解决使用截断地基时地震波在地基中的能量无法逸散的问题,以观音岩重力坝为例,采用混凝土塑性损伤模型和无限元人工边界,计算了重力坝在不同地震荷载作用下的动力时程响应,验证了无限元边界对地震波能量的逸散作用,比较了材料损伤引起的材料刚度降低对坝体响应的影响,获得了不同地震荷载下坝体损伤的发展规律。     

不同边界条件下吸力筒导管架式海上风电振动特性分析

  目的  吸力筒导管架是一种具备许多优点的新型海上风电基础,其振动特性与传统基础有着明显的不同。正确处理无限域地基的边界条件对准确分析振动问题至关重要,故对不同边界条件下吸力筒导管架式海上风电的振动特性进行分析。  方法  以某吸力筒导管架式海上风电为分析对象,在ANSYS APDL中建立结构与土体耦合的全三维有限元模型,研究边界条件对自振频率的影响并对相关参数进行敏感性分析。  结果  不同边界条件对整机固有频率影响较大,改变边界条件对结构轴向刚度和扭转刚度的影响大于对弯曲刚度的影响,整机固有频率随着粘弹性边界弹簧刚度、土体弹性模量和筒土摩擦系数的增大而增大。  结论  分析了影响整机固有频率计算精度的相关因素,可为工程计算提供参考。     

考虑行波效应的混凝土高坝系统地震分析与损伤评价

为研究地震动行波效应的影响,基于时程分析的数值方法,对国内某高坝系统在强震作用下的动力响应进行模拟,即引入等效三维一致粘弹性人工边界,推导了计入水流向行波效应的地震动输入公式,将等效荷载作用于人工边界对行波输入进行验证;考虑坝体和基岩材料非线性,结合与规范相统一的混凝土本构和能量等效性假设,推导出归一化混凝土本构与损伤因子的对应关系;模拟库水可压缩性和坝体伸缩横缝的开合非线性,以不耦合损伤变量的简化地震损伤评估方法进行安全评价。结果表明,上部坝肩和左、右侧边表孔顶部是抗震的薄弱部位,不考虑水流向行波效应对高坝抗震设计偏保守。     

超声速燃烧室再生冷却结构对传热的影响分析

采用有限容积法结合对流换热关联式与蒙特卡罗法,建立了超声速燃烧室再生冷却通道的耦合换热计算模型。冷却燃料为煤油,其密度、导热系数、动力粘度随温度和压力变化,煤油比热容与金属结构的热物性随温度变化。在考虑再生冷却面板尺寸与冷却燃料量保持不变的耦合性限制条件下,计算分析了非均匀热流密度下,冷却通道内壁厚度、高度、宽度及侧肋厚度对冷却性能的影响。研究结果表明,通道结构参数的变化引起结构传热热阻和冷却剂对流换热性能以及总换热面积、通道个数的变化,在传热分析中应综合考虑。     

深厚覆盖层闸基渗控效果及防渗措施

为研究深厚覆盖层透水地基防渗墙的防渗效果,以典型闸为例,分析了不同防渗墙布设位置、空间几何尺寸、贯入度对渗流控制效果的影响。结果表明,垂直防渗墙的布设位置应尽量靠近上游,以减小底板扬压力,闸底进出口处等关键部位设置板桩、短截墙可显著降低出口处垂直出逸坡降和底板水平坡降;增加悬挂式防渗墙的贯入度,能降低扬压力和各部位渗透坡降,有利于渗流安全;对多道垂直防渗措施,前置的防渗墙贯入深度应尽量大,后置的防渗墙应尽量浅,以达到既能降低底板扬压力,又能减小出口处垂直出逸比降的目的。     

基于塑性损伤模型的某低强风电机组基础加固方案优化设计

针对风电机组基础加固缺少精确理论分析的问题,以某风场项目为例,通过ABAQUS三维有限元分析软件,采用塑性损伤模型模拟不同方案的加固效果,以期为实际风电机组基础加固设计提供理论支撑.通过对比分析不同尺寸环梁加固后基础的最大应力、损伤程度以及钢筋应力的变化,结果表明:增加环梁高度能有效提高基础结构承载力,增加环梁宽度能在...     

基于分块法改进的等效一致粘弹性边界在抗震动力分析中的应用

在结构抗震动力分析中,通常利用等效一致粘弹性边界代替粘弹性边界来模拟无限地基的辐射阻尼效应,但一般将散射波源至整层人工边界中心的距离作为一个常数代入对应参数的理论公式中,导致计算的动力响应会有一定的偏差。为此,提出利用分块法对等效一致粘弹性边界进行修正,即将边界分成一定的块数分别计算散射波源至每一块人工边界中心的距离,以减弱偏差的影响。以某重力坝为例,利用此方法分别计算了分块数取1、5、10、15时对应的关键点位移应变及加速度时程变化,验证了分块法对等效一致粘弹性边界修正的有效性和可行性。     

海上风电筒型基础整机运输过程荷载识别研究

根据某3.3 MW海上风电筒型基础整机运输期原型观测数据,首先采用加速度响应探究环境要素对整机振动影响。其次依据应变-荷载原理计算塔筒底部截面弯矩,并统计全程计算弯矩幅值,分析塔筒承受荷载随环境要素变化规律。结果表明：1）波高从0.2 m增加到2.0 m时,加速度均方根增加98%,波高是引起整机耦联振动的主要因素;2）波高小于1.0 m时,塔筒底部识别弯矩在0~10 MN∙m范围内波动,占设计弯矩的21.5%,波高增加到1.5 m时,识别弯矩幅值基本在10~25 MN∙m范围内波动;3）波高达到2.0 m时,塔筒底部弯矩幅值达32 MN∙m,占设计弯矩的68.9%,整机结构仍在安全范围内;4）运输期根据波浪条件预测制定运输方案,整机应在不超过2.0 m波高条件下运输,保证整机结构有富裕的安全空间。     

粘弹性边界在流固耦合系统动力分析中的应用

将粘弹性人工边界应用于重力坝—地基—库水系统的地震反应分析中,分析了系统在水平地震荷载作用下的响应,并与传统的无质量地基模型和无限地基模型进行比较,粘弹性边界模型所得结果与无限地基模型非常接近,而无质量地基模型的计算结果偏大。通过比较不同地基范围下粘弹性边界对坝面加速度和动水压力分布的影响,得出了在采用粘弹性边界时地基范围取1.5H坝高即可满足要求。尽管考虑库水可压缩性增大了坝面动水压力,但却减小了坝面加速度响应。     

改进的比例边界有限元法求解层状地基动力刚度矩阵

在传统比例边界有限元法基础上,提出了一种新的坐标变换关系来求解层状地基动力刚度矩阵即改进的比例有限元法。以一条相似轴代替传统比例边界有限元法的相似中心,并利用加权余量法推导得到层状地基位移及动力刚度矩阵方程,不仅在水平向保持了解析特性、满足了水平无穷远处的辐射边界条件,且克服了传统比例边界有限元法在求解侧边平行的层状问题时的不适应性。通过求解3个典型层状地基的动力刚度矩阵,验证了改进方法的求解效率及其对多层地基的广泛适应性。     

Parametric investigation of the soil–structure interaction effects on the dynamic behaviour of a shallow foundation supported wind turbine considering a layered soil

The proposed investigation is concerned with influential factors of soil–structure interaction issues for onshore wind turbines. Indeed, the awareness of these aspects encounters hardly a straightforward application in practical regulations and therefore is often neglected. However, with the rapid recent growth, the wind energy installations are expanding into regions where the soil conditions may be unfavorable. A consciousness raising of the significance of interaction between the wind turbine, its foundation and the underlying soil is lacking. This paper aims to fill this research gap. It involves a three‐blade wind turbine grounded on a layered half space. The layered soil is simplified as a horizontal layer over an homogeneous half space. However, the method can consider multilayered soil and different bottom conditions, such as rigid bedrock or flexible half space. The soil–structure system is modeled by means of a coupling between finite element and boundary element method. The analysis is carried out in frequency domain. At the first stage, the only foundation–soil system is investigated, and subsequently, the focus shifts to the whole turbine‐soil assembly. The effects of different parameters are systematically evaluated, in order to provide a range of values for which the soil–structure interaction has to be accounted for. The investigation highlighted the importance of the relative stiffness of structure and soil. Also, the ratio of the layer stiffness to the half space stiffness plays an important role. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

高性能比例边界有限元场地动力模型研究

针对厂房-基础-地基动力相互作用的时域数值分析,建立有效合理的地基无限域计算模型。采用基于加速度脉冲响应函数的高性能比例边界有限元,结合真实的地基开挖参数,针对地基无限域相互作用力的求解进行了分析,并对比粘弹性人工边界模型与核电规范模型,研究了高性能比例边界有限元模型的工程适用性。结果显示该模型在保证精度的前提下,有效降低了卷积运算量,数值稳定性好,对基坑开挖的参数敏感性高,具有良好的工程实用前景。