含节理单元的三维p型自适应有限元解法

本文提出了含三维无厚度节理单元、等厚度节理单元和变厚度节理单元的p型自适应有限元模型，给出了三维节理单元升阶谱有限元法的解题步骤，通过具体算例，验证了p型升阶谱有限元法在求解含三维节理单元的有限元问题时的可行性及优越性。     

水工结构的三维p型弹粘塑性自适应有限单元法

建立了三维p型弹粘塑性有限单元法的数 学模型，提出了其求解水工结构问题的自适应策略，编制了相应的计算程序，给出了具体算 例，计算结果表明三维p型弹粘塑性有限单元法，不仅计算精度高、收敛速度快，而且 具有升阶过程的可承袭性和网格剖分的简易性等优点，较易实现自适应过程，适合于求解大 型的水工结构非线性分析问题。     

水管冷却混凝土温度场计算的三维p 型有限元法

引入阶谱与自适应技术,将p型有限元法应用于水管冷却混凝土温度场的仿真计算,通过对单元升阶谱,以扩大容许函数空间来提高数值解精度,并编制了p型自适应有限元计算程序。针对同一计算模型,分别采用不同网格密度的常规有限元法和p型有限元法进行了水管冷却混凝土温度场的计算分析和对比研究。结果表明,p型有限元法的计算结果在网格稀疏的情况下仍然能够达到较高的精度,特征点温度时程线和温度场等值线与精细算法值吻合得较好,而常规有限元法则误差相对较大。同时,采用p型有限元法进行水管冷却混凝土温度场模拟,可以在保证计算精度的前提下减少单元数量,从而降低前处理的难度、工作量以及计算的时间成本。     

库-坝耦合振动的弹粘塑性p型自适应有限元法

库-坝的耦合振动研究一直是大坝抗震分析的重要内容,也是工程设计的重要依据。采用p型自适应有限元法,建立了三维弹粘塑性模型,提出了适合p型有限单元法的误差估计方法,实现了动力响应分析的自适应升阶过程。计算结果表明:p型有限元法不仅前处理少,而且具有计算精度高和收敛速度快的优点,对求解库水-坝体的耦合振动问题是可行的和高效的;考虑耦合作用后,结构的安全系数将有所降低。     

三维非稳定温度场的p型A适应有限元分析

自适应是降低有限元计算结果对网格依赖性的有效途径，基于p型有限元法建立了三维非稳定温度场的自适应分析方法，自适应的策略采用单元升阶法，误差估计方法取温度的高阶计算值作为精确解的“最佳估计”。通过三维混凝土板算例，研究了绝热温升和放热系数、模型尺寸、计算时步长度、边界温差对计算误差和单元阶次的影响。结果表明：在边界温差不大时，绝热温升比表面放热系数对计算误差影响更大；在高阶计算中小尺寸模型比大尺寸模型误差明显减小；计算时步长的变化反映了温度场的时间梯度，越大的时步长需越高的计算阶数；模型边界的温差变化表现了温度场的空间梯度，越大的边界温差需越高的计算阶数。     

三维非稳定温度场的p型自适应有限元分析

 自适应是降低有限元计算结果对网格依赖性的有效途径，基于p型有限元法建立了三维非稳定温度场的自适应分析方法，自适应的策略采用单元升阶法，误差估计方法取温度的高阶计算值作为精确解的“最佳估计”。通过三维混凝土板算例，研究了绝热温升和放热系数、模型尺寸、计算时步长度、边界温差对计算误差和单元阶次的影响。结果表明：在边界温差不大时，绝热温升比表面放热系数对计算误差影响更大；在高阶计算中小尺寸模型比大尺寸模型误差明显减小；计算时步长的变化反映了温度场的时间梯度，越大的时步长需越高的计算阶数；模型边界的温差变化表现了温度场的空间梯度，越大的边界温差需越高的计算阶数。     

闸门伸缩式止水结构的有限元仿真分析

文章结合工程实例，利用超弹性材料单元和接触单元对闸门伸缩式止水在充压后的变形、接触和反力过程进行了计算分析，所获初步成果与原型试验比较吻合，说明利用大型结构分析软件(ANSYS5．6)专门提供的超弹性材料单元(Mooney—Rivlin)对闸门伸缩式止水结构进行有限元仿真分析具有一定的实用价值。     

基于矩形独立覆盖初步实现结构静力分析的自动计算

采用前期研究的基于矩形独立覆盖的新型数值流形法,提出结构线弹性静力分析的自动计算方法,包括自动的前处理、自适应分析等。根据独立覆盖的特点提出几个后验误差指标:独立覆盖之间条形连接区域的应变连续性指标;边界应力指标和独立覆盖的高阶误差指标。利用新方法的h型网格加密及p型升阶的方便性,选择一种路径尝试h-p型的混合自适应,其中,对于矩形独立覆盖采用简单的二分法实现覆盖加密。通过几个二维算例验证了新方法实现自动计算的可行性,只需人工输入结构外形、材料参数和边界条件,其它工作完全交由计算机完成,最终得到满足一定精度的计算结果。     

水工结构的三维阶谱有限元分析

根据p型有限单元法的阶谱特点，详细论述了三维阶谱单元法的基本的分析过程和具体的实现路径，包括基函数的构造、边界约束条件的处理、刚度矩阵和荷载列阵的形成、提高数值积分效率的途径等。引入了三维阶谱单元法的虚结点和广义结点的概念，并把三维阶谱单元法应用于水工结构计算。     

应用无单元法近似计算拱坝开裂

本文针对拱坝开裂分析的难题，结合拱坝的受力特点，利用无单元法便于追踪结构开裂的特点，提出了一种拱坝三维开裂分析的近似方法，该方法将拱坝沿拱向分段，各段内分别布置无单元法节点并单独计算开裂，将各段通过界面耦合成拱坝整体以形成整体平衡方程。在实例计算中，本文用有限元的计算结果估算出了拱冠坝段的侧向约束刚度，并对某拱坝的拱冠梁坝段进行了开裂追踪计算，估算出了该拱坝沿拱冠坝基面的破坏深度，结果表明，无单元法近似计算拱坝开裂方便而实用。     

A p-version embedded model for simulation of concrete temperature fields with cooling pipes

Pipe cooling is an effective method of mass concrete temperature control, but its accurate and convenient numerical simulation is still a cumbersome problem. An improved embedded model, considering the water temperature variation along the pipe, was proposed for simulating the temperature field of early-age concrete structures containing cooling pipes. The improved model was verified with an engineering example.Then, the p-version self-adaption algorithm for the improved embedded model was deduced, and the initial values and boundary conditions were examined. Comparison of some numerical samples shows that the proposed model can provide satisfying precision and a higher efficiency. The analysis efficiency can be doubled at the same precision, even for a large-scale element. The p-version algorithm can fit grids of different sizes for the temperature field simulation. The convenience of the proposed algorithm lies in the possibility of locating more pipe segments in one element without the need of so regular a shape as in the explicit model.     

拉格朗日元法中无限域问题的求解

 近年来,拉格朗日元法在岩土工程中得到了广泛的 应用。但它对岩土工程中大量存在着的无限和半无限域问题并没有进行有针对性的处理,仍 然不得不采用截断边界的办法。在对拉格朗日元和无限元的数值格式进行深入研究的基础上 ,将无限元引入拉格朗日元中,提出了二者的耦合方案：在中心计算区域采用拉格朗日元, 而边界则采用无限元来处理;在求解时,对无限元边界也采用显式格式,无需形成整体刚度 矩阵;算法的收敛性问题也得到了较好的解决。数值算例表明,所提出的算法能显著地降低 截断边界对计算结果的影响。     

生长单元在碾压混凝土结构仿真计算中的应用技巧

在碾压混凝土薄层碾压施工仿真分析中,为提高计算效率,通常采用包含多层材料的层合单元,其中生长单元是浇筑仓面逐渐生成层合单元的过渡形态。由于早期混凝土温度和弹性模量对龄期非常敏感,各碾压层混凝土的性能差异较大,因而采用常规双线性形函数描述生长单元会在有限元计算中产生误差。基于此,提出了生长单元的分段形函数方法,以解决因早期各层混凝土性能差异大而导致的计算精度不高的问题。此外,随着浇筑仓面的变化,生长单元的形状和参数应进行动态调整,本文提出了生长处理技术,包括散热边界的搜索与替换、新增层节点的初始值重置、新老混凝土的单元连接等。通过算例分析,验证了本文分段形函数方法对生长单元的计算精度有较大改善,生长处理技术提高了生长单元的应用范围,可供相关研究参考。     

钢筋混凝土非线性有限元实用化初探

本文采用数理统计中的回归分析方法，进行了钢筋混凝土非线性有限元实用化研究，建立起钢筋混凝土非线性有限元方法与现行规范中极限状态方法的联系，利用现有规范中的承载能力建立起钢筋混凝土非线性有限元方法的安全准则，使钢筋混凝土非线性有限元实用化有据可依.     

重力坝分析的改进有限元等效应力法

本文提出了重力坝分析的改进有限元等效应力法,分析了改进前后应力计算结果的变化,研究表明,当网格尺寸较大时,改进的等效应力方法具有更高的精度。对比研究了采用有限元等效应力方法、材料力学方法计算应力在结果上的相同点和不同点。分析表明,有限元等效应力法在解决应力集中的同时,还能反映地基刚度对建基面竖向正应力分布的影响,从而解决了材料力学的一些限制。结合我国第一座胶结颗粒料永久工程一守口堡工程的设计,详细分析了地基刚度对坝基面应力分布的影响,取得了很好效果。     

斜向波与长棱柱型浮式结构物相互作用的边界元模拟

采用第二类变形Bessel函数对斜向线性入射波与任意截面形状的长棱柱型浮式海洋结构物的相互作用问题进行了边界元法模拟,给出了常数元和线性元的奇异积分处理方法以及开边界的处理方式。对矩形和圆形结构物的水动力系数和波浪力进行了计算,并与解析解及有限元计算结果进行了比较。结果表明,本文方法能得到满意的结果,且未出现不规则频率现象。     

二维溃坝洪水波的演进绕流和反射的数值模拟

本文采用改进的时空守恒元和解元方法(简称CE／SE法)构造了求解二维浅水方程的数值格式，建立了模拟大坝瞬间全溃和局部溃所致的洪水演进、绕流和反射过程的数学模型。应用此数学模型对局部溃坝的洪水的演进、绕流和反射的情况进行了模拟。算例结果表明CE／SE法精度高、稳定性好，很好的展示了溃坝波的运动特性，是一种研究溃坝洪水波较高精度的数值方法。