二维完全耦合有限元地震分析程序SUMDES2D

SUMDES2D是二维完全耦合有限元地震分析程序,可用于分析土工结构在多向振动作用下的地震响应.该程序是基于动量守恒和质量守恒两个物理定律,以及分别描述土骨架、孔隙水和渗流等3个本构关系的有效应力分析程序.程序中嵌入了基于与状态相关的剪胀性的临界状态砂土模型.该程序不仅能给出土结构的总体响应,如位移、孔隙压力和加速度等,且能给出土单元局部的应力路径和应力应变关系.介绍了SUMDES2D的理论推导,举例说明该程序在土坡流动液化变形分析中的应用.     

砂土材料状态相关临界状态各向异性模型

考虑材料状态对砂土临界状态的影响,采用宏细观结合的方法建立了砂土的各向异性模型。将新的各向异性状态变量引入砂土模型的临界状态方程,增加了各向异性参量、应力状态和应力与材料组构方向关系3个因素对临界状态的影响,扩展了砂土材料状态相关的概念。随应力状态和应力与材料组构方向几何关系变化,π平面上模型的临界状态线、相变状态线和峰值状态线的形状和位置自然产生变化,各向异性越大,状态线偏离的静水压力轴也越远,形状变化也越大。模型的剪胀方程和硬化规律也是状态参量函数,随细观参量的变化,细化和量化了砂土物理状态变量对剪胀性及硬化规律的描述。模型用一组参数可以描述较大围压和密度范围砂土各向异性强度-变形的力学响应。     

非饱和重塑土的临界状态研究

临界状态模型是非饱和土结构理论中的一个重要的内容。通过非饱和土排水剪切以及不排水剪切三轴试验,结合非饱和土临界状态模型中的四个状态参量,探讨了非饱和土临界状态的特点。     

基于微观力学分析的散粒体静力液化本构模型

针对散粒体的静力液化特性,在散粒体颗粒运动微观力学分析的基础上,在临界状态土力学框架内建立了一个简单的静力液化弹塑性本构模型.模型屈服函数和和硬化规律根据Chang提出的砂土微观力学模型,通过积分粒间接触力为宏观的应力不变量而建立,考虑了与材料状态相关的剪胀性和初始密度对散粒体应力-应变关系的影响,并采用非相关联的流动法则.模型参数简单且有较明确物理意义,可以通过室内三轴试验确定.模型的数值结果与Toyoura砂以及砂-粉混合土的三轴不排水剪切试验的应力-应变曲线和应力路径吻合较好.     

强夯加固机理的大变形数值分析

强夯过程的动力响应问题非常复杂,理论上难以用解析方法进行分析和求解,目前已有的数值分析方法多为小变形分析方法.考虑到强夯过程中实际土体的变形基本上属于大变形,因此采用大变形几何非线性有限元法分析强夯加固机理.在强夯计算模型中,引入P波阻尼和S波阻尼的概念来说明土体的材料阻尼特性,同时运用改进人工边界法来模拟波在人工边界上的传播.为了保证模型的网格稳定,计算程序中增加了液化单元分析.通过一个工程实例,对其加固深度、变形特征、应力分布进行了数值分析,对比结果验证了强夯大变形分析的正确性     

IN718单晶微柱体锯齿状变形的晶体塑性分析

为较为准确可靠地预测IN718合金服役于各种复杂工况下的力学响应,开展了位移控制条件下微米尺寸IN718合金单晶锯齿状变形行为的理论建模研究工作.首先,基于微压缩测试的实验观察,建立了能够较为真实反映位移控制下晶体材料变形的"变形块-弹簧"力学分析模型.进而,通过分析晶体材料锯齿状变形行为中的应变强化、流动法则、加卸载准则以及应变突变判据等建模要素,构建了描述该行为的连续化晶体塑性本构理论模型之后,应用该模型分别研究了单滑移与双滑移取向的IN718合金单晶微柱体的轴向压缩响应,并与对应微压缩实验结果进行了比较.研究结果表明,基于上述理论模型预测的IN718单晶柱体轴向力学响应出现了加载、卸载以及应变突变3种变形方式,呈现出明显的锯齿状变形行为,与对应实验测试结果具有很好的吻合性.基于连续介质框架构建的微尺度锯齿状塑性本构模型,可为经典的连续化晶体塑性理论在亚微米尺度领域的发展提供有力理论支撑.     

考虑土体固液两相性的心墙堆石坝地震反应分析研究

在传统的心墙堆石坝地震响应影响问题分析中,坝体筑坝材料通常采用单相介质等价线性粘弹性模型,用此模型进行分析,虽然在计算上较为简便,但与土体实际的动力反应不符,无法准确反应坝体在地震动力作用下的真实特性.文章将部分坝体模拟为固液两相孔隙介质,建立以固相位移和液相压力为基本未知量的两相介质动力方程进行分析.文中采用该模型详细的研究了坝体孔隙水压力在地震过程中的生成、增大,以及在地震结束后的消散过程,表明孔隙水压力的增长,将影响坝体的地震响应,可以根据此模型来判断对应的坝体部位产生液化现象的可能性.     

水平井气水变形泡状流测井分析模型实验研究

变形泡状流是水平井气水两相石油开发测井过程中最为常见的流型之一,为建立适用于此流型的测井分析模型.在16 m长、可任意倾斜的透明实验环路上,以空气和自来水为介质,利用实际测井仪器串,对井斜75°～90°达到稳定的气水变形泡状流动进行实验测量,通过把握实验过程中变形泡状流的流动特性及机理,选择以漂移流动模型为基础进行理论推导修正.基于实验数据的模型检验证明,实验数据符合修正后模型反映的流动规律.依据实验数据计算的相分布系数与漂移速度系数,体现了水平及近水平井眼中仪器串对井筒内原有流动状态的干扰.分析模型能同时反映水平井气水变形泡状流测井过程中的流动机理以及仪器测量对流型的影响,适用于水平井气水变形泡状流测井解释.     

公路跑道粉砂土路基地震液化及稳定性研究

依托实际工程,利用FLAC计算程序,分别基于库伦模型和Byrne模型对地震荷载作用下公路跑道粉砂土路基的地震响应进行了分析,详细分析了地震强度对粉砂土路基地震响应的影响.研究结果表明:当只考虑路堤下粉土为库伦模型时,路基不会出现液化,但是路基坡脚处可能出现瞬时屈服.当考虑路堤材料为液化模型时,路面有可能处于受拉状态,路堤底部有可能屈服,路基土有可能产生液化.随着加速度峰值的增加,路堤内拉力区和屈服区的范围增大,液化出现的可能性也增大,尤其当地震加速度达到0.1g时,路基土存在液化的可能性.     

修正Cam模型与Lade-Duncan屈服准则的合理耦合

修正Cam模型成功地柔合进了临界状态概念,是描述正常固结土体应力与变形关系特性最为主要和奠基性的模型,也是其它土体弹塑性模型发展的基础.修正Cam模型在π平面上的投影是一个圆,这不符合众多岩土类材料在π平面上的屈服和破坏轨迹的实验事实;而在三维应力状态下,Lade-Duncan破坏准则能对岩土类材料在π平面上的强度与摩擦特性给出合理的描述.基于这种认识,提出了Lade-Duncan破坏准则与修正Cam模型相结合的模型(Cam-Lade模型),并通过实验资料,验证了该模型的合理性.     

A unified viscoplasticity constitutive model based on irreversible thermodynamics

A unified viscoplasticity constitutive model for metal materials is developed within the framework of irreversible thermodynamics, and an expression for the Helmholtz free energy function involving the parameters reflecting kinematic hardening and isotropic hardening is given. At the same time a non-associated flow potential function including the corresponding state variables is also given, from which the flow equation and the evolution equations of the internal state variables are derived. Thus, a general theoretical framework constructing a unified viscoplasticity constitutive model is given. Compared with the typical unified viscoplasticity constitutive models, the presented model evidently satisfies the irreversible thermodynamics laws. Moreover, this method not only provides a new theoretical foundation for further development of the unified viscoplasticity constitutive model, but also gives a new theoretical framework for the stress-strain analysis of more materials. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant NO. 90410012)     

A plasticity model for sand-structure interfaces

The predictive capacity of numerical analyses in geotechnical engineering depends strongly on the efficiency of constitutive models used for modeling of interfaces behavior. Interfaces are considered as thin layers of the soil adjacent to structures boundary whose major role is transferring loads from structures to soil masses. An interface model within the bounding surface plasticity framework and the critical state soil mechanics is presented. To this aim, general formulation of the interface model according to the bounding surface plasticity theory is described first. Similar to granular soils, it has been shown that the mechanical behavior of sand-structure interfaces is highly affected by the interface state that is the combined influences of density and applied normal stress. Therefore, several ingredients of the model are directly related to the interface state. As a result of this feature, the model is enabled to distinguish interfaces in dense state from those in loose state and to provide realistic predictions over wide ranges of density and normal stress values. In evaluation of the model, a reasonable correspondence between the model predictions and the experimental data of various research teams is found.     

基于双界面滑移耦合的水泥土锚杆荷载传递模型

水泥土锚杆的承载过程伴随筋体—黏结体界面和黏结体—岩土体界面的黏结强度调动，界面剪应力的径向传播机制受到不同界面附近材料的应力和变形条件影响，对水泥土锚杆进行荷载传递分析需考虑双界面的剪切变形耦合。结合锚杆受力变形分析常用的荷载传递法和剪切位移法，将二者分别用于界面剪应力在锚杆轴向和径向引起的变形分析计算，考虑锚杆双界面的剪应力与剪切变形耦合，建立基于界面特性测试的水泥土锚杆双界面滑移耦合荷载传递分析模型。通过水泥土的材料性质试验及单元体尺度和模型试验尺度的水泥土锚杆拉拔试验，获得了模型的计算参数取值，并验证了模型对锚杆拉拔响应的预测能力。     

自动测试系统的对象框架

通过分析自动测试系统的特征和需求,建立了测试系统的对象模型和动态模型,并使用统一建模语言对这些模型进行了描述,从而形成一个面向自动测试系统领域的对象框架.与传统的功能模型相比,这个框架不仅比较完整地描述了自动测试系统的对象结构和行为,而且具有更好的可重用性、可维护性及可扩展性.它既可以作为系统建模的基础,也可以作为计算机辅助建模工具用于自动测试系统的描述、分析和设计等.基于这个可重用、可扩展的框架,可以极大地提高自动测试系统的软件开发效率.     

基于模型复用的起重机卷筒组运动分析方法

为解决产品设计模型在工程分析中的复用,以及分析组件对系列化产品模型的可视化运动分析,研究基于复用技术的起重机卷筒组的运动分析方法,并采用自上而下起重机卷筒组建模,编制统一的“XML表驱动页面”及程序组件。实验应用表明,该方法复用产品原始设计模型,可完整验证分析系列化产品的运动状态,输出多种表达方式的数据并呈现结果,达到了运动分析计算与运动校核可视化并行协同的工业应用目的。     

Asymptotic state behaviour and its modeling for saturated sand

A new double hardening elasto-plastic model is proposed in this paper based on the existing unified hardening model (UH model). By assuming that there is part coupling effect between the plastic volumetric strain and plastic shear strain, hardening parameters consisting of a coupled and an uncoupled components are adopted in this model. A unique feature of this model is that it can describe not only the conventional drained and undrained behaviors of soil, but also the stress-strain relationships of soil under partially drained conditions which can be volumetric compression or dilation. Adopting the asymptotic state concept, simple equations for estimating the limiting stress ratio under undrained or earth pressure at rest (i.e. K ₀) conditions are derived. The new model is relatively simple to be adopted in practice for two reasons. First, the same soil parameters as in Cam-clay model are used except the addition of one extra parameter, the stress ratio at the characteristic state. Second, all the parameters can be determined using conventional triaxial compression tests. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 10672010 and 50479001) and the National Earthquake Science Item (Grant No. 200808076)     

基于UML的网上考试系统建模

提出了基于J2EE 4层体系结构的网上考试系统方案,通过统一建模语言(UML)描述网络考试系统的建模过程,并对其进行需求分析、总体设计和详细设计.建立了系统用户模型、静态模型和动态模型的各种视图和规范化文档,描述了系统的功能需求、功能流程、类的结构与关系、对象之间的交互.最终采用面向对象方法和技术实现考试系统.使用这种方法对系统进行建模有利于提高系统的稳定性、可维护性和可重用性.     

基于键图模型的动力学系统状态观测器结构设计

以键图模型为工具,提出了一种新的状态观测器结构设计方法用于动力学系统.该方法利用建模过程中因果关系的应用规则,可以很方便地对某些物理效应进行增删,导出构成降阶模型所要求的状态变量的类型、数目及其效应,以确定观测器结构.以这种方式构筑的模型,建模过程更为快捷,与原物理系统保持直观、密切的联系,有助于对各步骤给出清楚的物理解释,并以规范化的方式,实现完全状态观测器及降阶状态观测器的设计.     

土体液化动力分析数值模型研究

基于有效应力原理,采用满足Masing准则的修正双曲线模型描述土的本构关系,建立了一种土体液化动力分析的数值模型,该模型反映出地震动引起孔压增长以及伴随的土体软化效应且考虑了围压对场地液化的影响。孔压增长模型选用Ishibashi和Sherif等提出的等效循环孔压模式。为了验证模型在模拟地震触发场地液化分析的可靠性,采用建立的模型,直接针对自由液化场地振动台试验,确立自由液化场地地震反应的二维分析模型和计算方法;土箱-地基边界采用并联弹簧－阻尼器模拟,体系的动力方程采用Wilson-θ逐步积分法求解。通过试验值与计算值的对比与分析,评估了数值建模途径和计算方法的可靠性;总体来看,试验结果与计算结果吻合较好,一定程度上验证了模型良好的模拟能力和正确性,可有效地用于场地液化动力分析。