对称超松弛预处理共轭梯度法在高拱坝整体大规模弹塑性有限元分析中的应用

本文在岩土材料常用的DP准则本构积分特性的基础上,利用其数值分析时不用形成弹塑性刚度矩阵的特点,将对称超松弛预处理共轭梯度法(SSORPCG)应用于高拱坝整体大规模弹塑性分析。两个数值实例验证了SSORPCG方法用于弹塑性有限元计算的正确性和可行性。实际应用表明,该方法在内存10GBytes的个人计算机上可以实现达1百万个计算自由度的三维高拱坝整体大规模弹塑性有限元分析。与直接方法相比,无论在计算规模还是计算速度,预处理共轭梯度法更适宜于大规模弹塑性有限元分析。     

水平受荷单桩计算的半经验弹塑性解析解

对水平受荷单桩经典m法进行了数学简化分析,对一些需通过查表内插法选取的计算参数进行了高精度数值拟合,使得工程计算更方便快捷,并通过工程算例计算比较分析,认为拟合弹性解析解精度高、可靠快捷。另外,由于受较大水平荷载的单桩桩顶层土会出现塑性屈服变形,若仍采用经典m法计算,则桩顶水平位移明显偏小。基于提出的高精度拟合弹性解析解及塑性区平衡微分方程,通过待定系数法及理论计算,给出了考虑桩顶塑性屈服区影响下的桩顶变位半经验弹塑性解析解,最后通过算例计算比较分析,认为半经验弹塑性解析解成果与实测成果基本一致,满足工程实践要求。     

混凝土坝内钢管应力分析

前言本文结合漫湾水电站坝内钢管进行了二维和三维线弹性、二维和三维弹塑性有限元计算,结果表明:二维有限元计算得到的应力大于三维有限元计算应力,线弹性计算应力大于弹塑性计算应力。由于坝内钢管实际上是三维结构,而混凝土实际上是一种弹塑性材料,因此本文经分析比较认为:采用三维弹塑性有限元分析方法来计算坝内钢管周围的应力比较合乎实际,也更经济。     

长短桩基组合有限元分析及设计研究

本文对长短桩组合桩基础进行三维弹塑性有限元分析,以揭示长短桩联合工作机理,验证和评价长短桩方案的合理性和安全性。根据不同的长短桩的数量、桩长和布桩位置方案先按弹性模型计算,对优化方案再按照弹塑性模型重新计算。     

SSOR-PCG方法在高拱坝整体大规模弹塑性有限元分析中的应用

我国目前设计和在建高拱坝地质情况复杂，因此需要对高拱坝进行专门研究，高拱坝整体行大规模弹塑性有限元分析是其方法之一。本文在岩土材料常用的D-P准则本构积分特性的基础上，利用其不用形成弹塑性刚度矩阵的特点，将对称超松弛预处理共轭梯度法(SSOR-PCG)应用于高拱坝整体大规模弹塑性分析。两个数值实例验证了SSOR-PCG方法用于弹塑性有限元计算的正确性和可行性。工程实例表明SSOR-PCG方法适宜应用于在个人计算机上对高拱坝整体大规模弹塑性有限元分析，满足计算速度和计算规模的要求。     

材料三维弹塑性应力应变关系分析及Neuber准则适用性验证

为了研究材料的三维弹塑性应力-应变本构,文章以胡克定律为立足点对处于弹塑性材料的应力-应变关系进行了进一步的推导,并通过三维有限元方法建立了单轴拉伸状态下的含圆孔有限厚度板模型进行应力应变分析,将其结果与所推导的应力-应变关系对比验证。对用于预测二维材料局部弹塑性应力应变场的Neuber准则,本文在三维情况下对其做了进一步验证,并将其与做了对比,证明其依然具有适用性。     

任意各向异性岩体渗透系数张量的半解析计算

本文首先通过坐标轴的旋转、压缩和再旋转变换。推导出了有越流任意各向异性含水层中地下水三维井流问题的计算公式。在此基础上提出了采用抽水试验资料图解和优化相结合的方法确定任意各向异性岩体渗透系数张量及渗透主值的方向。计算实例表明，这种半解析的计算方法不仅简易，而且有较高的计算精度     

Hardfill 材料非线性弹性本构模型研究

在砂砾料中掺入少量胶凝材料得到了一种新的低强度筑坝材料——Hardfill材料,其力学性能介于碾压混凝土和土石料之间,应力-应变关系具有明显的弹塑性性质和应变软化等特性.在已有研究的基础上,通过理论和数学分析,提出了能够反映Hardfill材料应变软化特性、参数物理意义较为明确的六参数非线性弹性本构模型,并给出了详细的参数确定过程.将该本构模型应用于坝高100m的Oyuk坝进行非线性有限元分析,结果表明:应用非线性本构模型计算所得坝体应力和变形分布规律与线弹性计算结果基本一致;因坝体应力水平较低,材料基本处于线弹性状态,非线性计算所得应力值与线弹性结果相差不大;而在坝趾等应力水平较高的部位,非线性计算所得应力集中值明显较小.     

三维弹性问题的有限分析法

将有限分析法应用于分析固体力学的三维弹性问题，导出三维弹性边值问题的计算格式，由于使用格林函数法求局部解析解，提高了计算精度。     

高面板坝三维真非线性地震反应分析方法及模型试验验证

基于所建立的土石料三维黏弹塑性动力本构模型,并采用新型三维各向异性有厚度薄单元来模拟面板和堆石的接触面特性,结合考虑孔隙水压力的消散和扩散的有效应力分析方法,开发了高面板堆石坝地震反应分析的三维真非线性有效应力分析方法。通过典型坝例分析,比较了真非线性分析与等效线性分析结果的差异,表明真非线性方法较真实地反应了结构的地震反应,而且能够直接计算出坝体的残余变形,在理论上更为合理。采用模型坝土石料低应力状态下实测的静力和动力特性参数,对三维模型坝进行了地震反应分析,并与相应的大型振动台模型试验结果进行了对比分析,两者结果相当一致,验证了研究所提出的计算方法的可靠性。     

重力坝参数化设计系统开发

为减轻重力坝设计中的人工计算工作量,提升设计效率,提出了一种基于CATIA二次开发的重力坝三维参数化设计方法,以实现高效快速设计重力坝的过程。通过非溢流坝段的剖面拟定、抗滑稳定及应力分析、CATIA自动三维建模、快速出图、网格自动剖分、ANSYS有限元计算、及定制CATIA的"重力坝辅助设计"功能模块,运用该方法对国内某水利工程的重力坝实例进行了设计与分析,应用本程序所得结果与理论值一致,证明本程序可靠性好;所用程序耗时远低于人工费时,说明其能提高工作效率。通过工程实例验证了此方法的可行性,虽然该方法的研究对象是非溢流坝段,但该方法同样可以应用于溢流坝段及其他坝型,具有一定的推广价值。     

基于薄层单元的黏弹性人工边界的模拟

为了解决黏弹性人工边界在实际应用过程中前处理时间长、不易实现等不足之处,提出了基于薄层单元的黏弹性人工边界的模拟方法。利用单元矩阵等效原理,采用薄层单元构造了等效黏弹性边界单元,并通过在大型通用有限元软件MSC Marc中设置等效黏弹性边界单元的参数属性,实现了黏弹性人工边界的模拟。三维均匀弹性半空间算例和某混凝土重力坝工程实例结果表明:采用等效黏弹性边界单元得到的计算结果与理论解、基于黏弹性人工边界的计算值非常相近,相对误差不超过1%。因此,采用薄层单元的模拟的黏弹性人工边界具有足够的精度,且施加方便,这为实际工程进行抗震分析提供了简便且精确的方法。     

光滑接触条件下非圆形有压隧洞应力及位移解析解

考虑支护滞后的力学过程,并在衬砌与围岩为光滑接触的条件下,利用平面弹性复变函数法推导出非圆形隧洞在原始地应力和内水压力作用下的应力及位移解析解。根据衬砌内边界的应力边界条件及围岩与衬砌接触面上的应力和法向位移连续条件,获得了求解围岩和衬砌解析函数的基本方程。利用幂级数方法求解基本方程,再由此计算围岩和衬砌中的应力和位移,并且利用数值方法验证了所得结果。以直墙半圆拱形隧洞为例,分析了不同位移释放系数、侧压力系数和内水压力条件下的围岩开挖边界和衬砌内外边界的切向应力及围岩与衬砌接触面上的法向应力分布规律。研究成果可为求解深埋隧洞围岩与衬砌的应力及位移解析解提供参考。     

钢筋混凝土结构开裂的非线性模型应用研究

本文采用三维非线性有限元方法,选用塑性损伤及弥散裂缝模型模拟混凝土,选用通用的理想弹塑性模型模拟钢筋。首先对钢筋混凝土悬臂梁开裂后应力进行计算,计算结果与解析解的对比验证了模型的正确性;然后将上述模型应用于实际工程—丹达河水电站拱坝闸墩的计算分析中。结果表明:采用上述模型时,计算结果合理,对于混凝土材料非线性关系的模拟是行之有效的,以丹达河水电站拱坝闸墩为例,计算成果可作为闸墩配筋设计的依据。     

岩坡中楔形体的稳定分析

本文研究了具有两个滑动面的顺交线滑动的楔形体稳定分析问题.首先讨论了刚体极限平衡法中法向分解的假定,然后通过三维弹塑性有限元分析证明:在楔形体达到极限平衡时,反力的法向分解假定并不成立,除荷载因素外.滑动面上的反力还主要与滑动面的夹角以及滑动面的变形特征有关.进而提出了考虑滑动面变形的稳定分析方法.实例计算表明,改进方法精度高且偏.于安全,计算迅速、方便.     

各向异性岩体中岩锚吊车梁分析

 根据层状各向异性岩体中岩锚吊车梁的受力特点，提出了岩锚吊车梁设计的基本方法即有限元计算法。采用三维弹塑性有限元对施工期、运行期吊车梁及围岩的应力、变形、稳定性进行了分析计算，并根据锚杆的“承拱悬吊”机理和三维有限元计算的特点，采用了隐式杆单元对吊车梁的悬吊锚杆进行分析计算。通过对工程实例的分析计算，论证了有限元法能较好地反映层状各向异性岩体中岩锚吊车梁的受力特点；为各向异性岩体中的岩锚吊车梁的计算提供了一种有效的分析方法。     

推求拱坝极限承载力的一种有效算法

针对岩土材料常用的DruckerPrager准则，提 出了一种新的增量分析方法，不用形成弹塑性增量矩阵，直接导出符合正交流动法则的转移应力的解析解。当应变增量较大时采用子增量法，构造了弹塑性本构关系积分的近似解析解。该增量分析方法无论是对小步长还是大步长加载均有良好的收敛性。当采用精细的步长划分时，它就是严格意义上的理想弹塑性增量计算。在大步长情况下，在收敛域内最大载荷低于结构真实的极限承载力；对应的应力场是一个静力容许应力场；同时由于正交流动法则在平均意义下得到满足，收敛域内最大载荷接近结构真实的极限承载力。按此法所得结果接近真解且偏于安全。将整个计算模型装入三维非线性有限元程序TFINE中，对某拱坝进行了超载分析。     

半无限弹性体上圆形弹性地基板的静力计算

本文就半无限空间体上圆形弹性地基板的静力分析问题展开讨论，特别是对在对称荷载作用下,半无限空间体上圆形弹性地基板的受力情况进行分析计算，并推导出相应的计算公式。最后通过实例加以说明。     

内蒙古大坝口水库双曲拱坝底孔结构分析

文章以内蒙古大坝口水库双曲拱坝底孔为实例,对水工大孔口结构底孔配筋的方法进行分析,介绍了弹性应力图形配筋方法和三维有限元计算办法。     

引松隧洞预应力钢筋混凝土衬砌结构计算分析

针对吉林省中部城市引松供水工程机械式后张法预应力钢筋混凝土衬砌输水隧洞工程,采用普通解析法和弹塑性有限元2种计算方法,对预应力钢筋混凝土衬砌进行了计算对比分析,提出了有限元计算结果是合理可行的.计算结果表明:对于本工程线路穿越沟谷及波状台地区的多段浅埋有压隧洞,采用预应力混凝土衬砌结构是切实可行的.对于预应力钢筋混凝土...