基于分形理论的接触体互馈机理及力学模型研究

外界荷载的作用驱使接触体之间相互作用。接触面在荷载作用下动态变化的过程即为互馈作用,相应的接触面即为互馈面。互馈是工程界的重要任务,也是一项具有重要理论和实用意义的重大课题。本文针对经典接触力学假设接触表面为几何光滑面的不足,利用分形几何知识研究了接触体相互作用的互馈机理和相应的力学模型,并用前人所做的节理试件的光弹试验结果进行了计算,结果表明法向荷载的增大导致互馈面的分形维数逐渐减小,且小于初始分形维数。因此,利用互馈面的分形维数建立的接触体互馈模型,可揭示接触体互馈的演变规律。     

接触问题有限元分析方法综述

从直接迭代法、接触约束法和数学规划法等方面综述接触问题有限元分析的基本方法 .直接迭代法是一种“试验误差”方法 ,概念清楚 ,实施方便 ,但计算工作量较大 ,而且不能保证迭代一定收敛 .接触约束法主要利用罚函数方法或Lagrange乘子法将接触问题转化为无约束问题求解 .数学规划法利用接触问题的互补条件、非穿透条件等 ,将其归结为二次规划 (线性互补 )问题求解 ,这是一种非迭代类解法 ,收敛平稳、迅速 ,计算工作量较小 .文末简单介绍接触问题研究的一些新趋势     

纳米接触问题的多尺度模拟(英文)

使用准连续介质法模拟了镍楔形光滑压头与光滑/多粗糙峰铜基体之间的多尺度纳米接触过程,研究了两模型接触过程中位移—载荷、位移—接触面积关系和基体的变形机制.结果显示粗糙峰能有效地减小粘着力,粗糙峰对接触的初始阶段影响大,该阶段的变形主要为粗糙峰的变形.随着压头位移的增加,粗糙峰对载荷和纳米接触问题的影响也随之逐渐减小.     

面板堆石坝有限元接触问题模拟方法研究

采用三维非线性有限元分析方法对面板堆石坝进行了静力工况分析,提出了基于直接约束法的接触迭代算法来模拟面板堆石坝的面板和堆石间的界面接触,结合工程实例分析了某面板堆石坝面板的应力、变形情况;证明了基于直接约束法的接触迭代算法可以方便地运用于水工接触分析,所得结果能为工程设计提供参考和依据.     

Memetic算法在水电站负荷优化分配中的应用

针对求解水电站厂内经济运行中负荷优化分配问题时常出现的收敛性差、易早熟等问题,将基于全局搜索和局部启发式搜索相结合的Memetic算法应用于水电站厂内经济运行负荷优化分配模型,用有限制的初始种群生成法来克服水电站机组不稳定运行问题,采用育种算法作为局部搜索策略。三峡水电站厂内经济运行实例计算结果表明,有限制的初始种群生成法能够避开空蚀振动区的影响,保证机组的稳定安全运行;Memetic算法的全局搜索和局部启发式搜索策略能够扩大寻优范围,优化群体结构,提高算法的收敛能力。     

接触摩擦问题的扩展有限元数值模拟方法

研究了采用扩展有限元法分析接触摩擦问题的方法。该方法基于单位分解思想,在位移插值形式中引入不连续函数和裂尖渐近位移场函数分别反映接触面的不连续性和接触面端点的奇异性;根据虚功原理建立有限元支配方程,接触面不连续函数积分采用分区高斯积分的方法。扩展有限元法在分析接触问题时不需要引入接触面单元,接触面可以位于单元内任意位置。因此该方法在分析接触摩擦问题以及压剪裂纹的开裂扩展时有显著的优势。     

多层波纹管有限元接触分析方法研究

波纹管伸缩节具有良好的变形和防漏性能,近年来在水利水电工程中获得广泛使用.然而,在分析多层波纹管的结构时,采用过去常用的分析单元往往无法同时保证结构位移计算的精度、接触计算的精度和接触计算的收敛性,从而严重阻碍了波纹管伸缩节的进一步发展.为此,构造了四边形节点应变连续单元.此单元是具有完全三阶位移场的高阶单元,但只有一种节点,从而避免了一般高阶单元在计算滑动接触问题时的误差.试算表明,此单元可以较好地解决多层波纹管的上述分析难点,具有较强的实用性.     

基于点面接触的三维结构地震接触模拟

工程结构包括拱坝、岩质边坡等在强地震作用下可能沿结构面、节理面等产生滑移,对接触面的模拟关乎结构抗震安全评价的可靠性。本文针对结构在地震作用下接触面产生较大滑移的情况,提出采用点面接触模型和动接触力模型进行模拟。推导了适于点面接触的动接触力模型公式;采用主从接触算法,通过全局搜索缩小搜索范围,在局部搜索层次基于内外算法确定接触点对,避免经典点面算法中存在的盲区问题,提高搜索判断的精度和效率。采用经典楔形体稳定问题对本文模型进行了验证,通过施加地震激励研究其动力稳定性,并将点面接触和点点接触的计算结果进行比较,发现前者获得的结构响应大于后者,且其差异随着地震加速度幅值的增大而增大。进一步将该模型应用于拱坝的地震响应分析,结果表明对于相对较小的地震,两种接触模型计算结果基本一致;但对于超强地震,横缝发生较大相对位移,点点接触模型的计算结果偏小,对应力值的低估更为明显。总的来说,对于结构在强地震作用下产生较大滑移的情况,采用点面接触模型可更好地反映实际情况。     

多智能体遗传算法用于马斯京根模型参数估计

将智能体对环境的感知和反作用的能力与遗传算法的搜索方式相结合提出了一种改进的多智能体遗传算法，用于马斯京根模型的参数估计。该方法中每个智能体代表一个候选解并固定在网格上，为了增加自身能量，它将与其邻域的智能体进行合作或竞争，也可以利用自身的知识进行自学习来增加能量，通过这些智能体与智能体间的相互作用来达到优化模型中参数的目的。应用实例表明，该算法同其他算法相比具有更好的优化性能，从而为准确估计马斯京根模型参数提供了一种更为有效的方法。     

水工结构动接触问题的组合网格算法

针对水工结构工程计算中经常出现的接触问题,和以往解决此类问题算法的局限性,提出了采用组合网格算法.算法采用两套网格求解,在整个求解区域采用较粗网格,不考虑接触的影响,而在接触区域附近采用较细的网格,考虑接触的影响.整体粗网格求解和局部细网格球求解反复迭代,求得最终结果,与常规有限元方法所求得的解相符合,为求解大型实际复杂问题提供了一个思路和方法.     

三峡工程厂房坝段纵缝接触问题研究

以三峡工程右岸厂房17号坝段为研究对象,模拟坝体的施工浇筑过程和纵缝灌浆及后期蓄水过程,进行坝体温度场、温度应力及纵缝开度三维接触非线性仿真计算,揭示纵缝开度的变化规律及主要影响因素,对蓄水后纵缝开度的变化趋势及其对大坝应力的影响进行了分析.结果表明:① 纵缝张开度受年气温变化、通水冷却、上游面水荷载、施工过程等多种因素影响.其中,由年气温引起的缝面开度变化是造成施工期纵缝灌浆后重新张开的主要原因.②在156 m水位蓄水前可不进行纵缝二次灌浆,但应加强对大坝纵缝开度变化的监测.     

平面钢闸门定轮与轨道接触问题有限元分析

平面钢闸门定轮与轨道间的接触,是决定闸门支承体系承载能力的关键。以某水电站泄洪底孔事故闸门支承体系为例,以模型试验为参照,采用ABAQUS软件模拟闸门轮轨接触时的工作状态,着重对定轮与轨道接触时的受力性能进行有限元分析,并将试验结果和理论值对比,分析了定轮和轨道接触应力的分布规律,验证了闸门支承体系的可靠性。为闸门的安全运行及类似的工程设计提供参考。     

进水塔基础接触面力学模型对塔体结构应力的影响

用ANSYS中的接触单元分析进水塔基础接触面力学模型对塔体结构应力影响;经分析,基础接触面的力学模型对扬压力作用的影响非常明显,对地基反力、地震作用影响很小;接触面力学模型对塔体结构应力影响主要表现在底板部位;接触单元的接触面与目标面易发生相互嵌入而产生应力增加或降低的假象,因此,对接触单元的应用一定要慎重。     

断层力学模型及其数值模拟方法评述

对地学及岩体工程中常采用的断层力学模型及数值模拟方法作了简要的总结与比较,并对其研究现状及发展趋势做了述评。     

非规则泥沙颗粒流动堆积过程中接触模型参数研究

采用离散元法研究颗粒的流动与堆积过程时,物性参数和接触参数的选择是否合理直接影响着模拟结果的准确性。对于非规则颗粒而言,这些参数的选取尤为重要。以非规则泥沙颗粒为例,根据其形状和大小的不同建立了四种颗粒模型。设计了一系列试验来标定泥沙颗粒的密度、恢复系数、静摩擦系数、内摩擦系数,并通过试验与模拟相结合的方法标定了颗粒间滚动摩擦系数。通过试验和离散元仿真的手段对比了顶层泥沙在V型箱和L型箱中的流动过程,结果表明试验与仿真得到的运动轨迹吻合,验证了所采用的测定物料参数和接触参数方法的可行性和参数选择的合理性。     

三角门底枢的非线性接触有限元分析

底枢的疲劳破坏和磨损是船闸闸门经常维修的主要原因之一,底枢在设计过程中进行了非线性接触分析,检验其结构强度并针对结构设计提出改进措施。以滁河汊河集船闸下游三角门为研究对象,详细介绍了Workbench对底枢非线性接触有限元分析的思路和方法,对比分析底枢在正反向水压力作用下的变形和接触应力情况。结果表明:底枢整体结构满足规范要求;底枢接触面在反向水压力作用下更易失效;局部应力集中部位需要设置圆弧倒角或过渡圆角,避免结构上产生较大的尺寸突变部位。该研究为底枢结构设计提供参考依据。     

砂砾石深覆盖层上水闸沉降计算与控制分析

针对砂砾石深覆盖层上闸坝的沉降计算问题,采用ANSYS中的面面接触模型模拟闸坝的结构缝,结合锦屏二级水电站首部拦河闸工程,实现了绝对沉降和不均匀沉降的计算。提出了控制闸坝沉降和不均匀沉降的措施,并通过对不同工作条件下闸基的沉降分析,对固结灌浆加固措施进行了论证,指出锦屏二级水电站首部拦河闸工程固结灌浆的变形模量必须提高到68.5MPa才能将闸室沉降量控制在水闸规范允许的范围内。     

橡胶圆筒的大应变接触问题分析

用完全拉格朗日公式和增量求解方案进行非线性大应变分析，给出了用间隙元法分析接触问题的基本思路，以及Mooney-Rivlin不可压缩超弹性材料的应力应变关系。由上述理论对橡胶材料的大应变接触进行了有限元分析，并绘出了由橡胶材料制成的圆筒在大应变下的位移反力关系曲线。结果表明，计算结果与实验结果基本一致。