库水位下降的饱和-非饱和土坝渗流数值模拟

基于非饱和土渗流的理论,借助Geo-slope的有限元数值模拟软件,对库水位下降过程中的饱和-非饱和土坝进行了数值模拟分析,分析结果给出了坝体在库水位下降的过程中,坝体中孔隙水压力的消散状况以及坝体中自由水面位置、形态的变化情况等。结果表明:非饱和-饱和坝体中,在水位下降的各个时刻,由于非饱和区的存在,坝体中的自由水面的形态呈上凸状,且孔隙水压力消散速度变缓。     

饱和——非饱和三维瞬态渗流的高斯点有限元分析

本文提出了堤坝三维饱和——非饱和瞬态渗流有限元分析的一种新方法——高斯点法。本法是根据饱和——非饱和渗流规律建立的数学模型,将堤坝内饱和——非饱和区耦合在一起,构成整体的分析膜型,然后利用数值积分时高斯点处压力选取计算参数来进行单元刚度矩阵的计算,从而解决了单元内存在的非饱和渗透参数不同的问题。也解决了由于饱和区边界条件突变引起的计算不稳定问题。该法计算量小,迭代格式简单,算例表明了该法的有效性。     

节理裂隙岩体渗流与应力耦合分析

在总结已有的饱和非饱和渗流模型的基础上,把裂隙岩体看作是离散网络模型,分析研究了含节理裂隙岩体的非饱和渗流特性,建立了裂隙网络饱和非饱和渗流模型,并推导了控制方程.对节理裂隙岩体中外力对裂隙渗流的影响进行了分析研究,提出了渗流场-应力场耦合的分析模型,推导出三维应力与裂隙水压力共同作用下一组平行裂隙组的渗流应力耦合关系式.     

饱和-非饱和渗流作用下边坡稳定分析的混合法

针对边坡稳定分析条分法存在的问题，在饱和－非饱和渗流不动网格有限元计算的基础上，用土体单元所受的渗透力代替其周边的孔隙水压力，达到利用渗流计算时的剖分网格和计算结果，直接连续进行渗流作用下的边坡稳定分析的目的，并有用数学规划中的单纯形法自动寻找最小安全系数，算例表明，该方法具有一定的实用性，并为考虑降雨等引起的饱和－非饱和不稳定渗流作用下的边坡稳定问题的分析提供了实用的工具。     

边坡降雨入渗的饱和-非饱和有限元数值分析

针对降雨入渗时边坡的稳定问题,运用饱和-非饱和渗流有限元法模拟降雨条件下土质边坡渗流场的变化情况。研究了降雨入渗情况下边坡内非饱和渗流场的变化以及渗流场的变化对边坡失稳的影响机理,结合工程边坡算例,进行了边坡内渗流场的数值模拟,得出了有意义的结论。     

基于COMSOL Multiphysics的渗流有限元分析

复杂渗流场的自由面求解、饱和-非饱和渗流场分析以及考虑渗流作用的多场耦合分析等问题是目前水利水电工程计算中的难点和热点.由于这些问题具有较强的非线性,数值模拟难度较大.对COMSOL Multiphysics软件进行了初步的开发和应用,基于Darcy方程、Richards方程等基本微分方程,或者建立自定义偏微分方程模型,进行了渗流分析的数值模拟.对自由面求解问题采用了一种新思路,研究了非饱和渗流计算参数的处理技术,探讨了多物理场耦合分析方法,并通过若干算例,验证了技术路线的合理性和可行性.借助COMSOL对重力坝断面二维渗流场及复杂岩基三维渗流场进行了数值分析,计算成果合理.实现了渗流场与应力场、温度场三场(THM)的全耦合分析,为进一步探索温度-渗流-应力-化学(THMC)全耦合模型的计算奠定了基础.     

基于非饱和渗流理论的土石坝渗流分析

针对考虑土壤非饱和区且设有排渗系统对水库渗流影响研究不足的问题,结合工程实际,采用非饱和渗流分析方法,对设有集水廊道的土石坝渗流进行研究。结果表明:土壤非饱和区的存在导致大坝单宽流量增大,浸润线抬升;考虑非饱和渗流的影响研究渗流问题更符合工程实际情况,弥补了饱和渗流研究存在的不足,丰富了已有的渗流研究成果;此外,采用设置集水廊道的排水措施能够有效地降低坝内和下游河床浸润线,减少下游浸没区范围,有利于大坝整体抗滑稳定和后期安全运行。     

饱和渗透系数空间变异性对边坡稳定性的影响

基于随机场理论和非饱和渗流理论,通过对某一假想边坡在降雨条件下进行非饱和渗流分析和边坡稳定性分析,研究了在不同降雨强度下土体饱和渗透系数的空间变异性对边坡稳定性的影响.分析结果表明,随着降雨强度的增加,边坡稳定性降低,临界降雨强度与饱和渗透系数有关.饱和渗透系数的竖向波动尺度对边坡稳定性影响较大,目前采用确定性分析方法对渗流过程模拟存在风险.     

节理裂隙岩体渗流与应力耦合分析

在总结已有的饱和非饱和渗流模型的基础上，把裂隙岩体看作是离散网络模型，分析研究了含节理裂隙岩体的非饱和渗流特性，建立了裂隙网络饱和非饱和渗流模型，并推导了控制方程．对节理裂隙岩体中外力对裂隙渗流的影响进行了分析研究，提出了渗流场—应力场耦合的分析模型，推导出三维应力与裂隙水压力共同作用下一组平行裂隙组的渗流应力耦合关系式。     

降雨入渗对边坡稳定的分析

运用饱和-非饱和渗流有限元法模拟降雨务件下饱和-非饱和土坡暂态渗流场的变化情况,分析了降雨强度、降雨持时以及土壤饱和渗透系数等参数对非饱和土坡基质吸力的影响。分析结果表明:雨水入渗引起土壤基质吸力的大量丧失;降雨强度对饱和渗透系数较大土坡的基质吸力变化的影响较小。     

基于二维有限元模型的不同结构湖堤渗流分析

采用二维渗流有限元方法,运用SEEP2D软件建立了四种不同内部结构形式的湖区路堤在高、中、低水位下的渗流分析模型,模拟了该条件下湖区路堤的渗流状况,为湖区路堤断面结构形式设计和现有湖区路堤渗透安全分析提供了科学依据和可信参考．     

SolidWorks分割线特征在有限元分析中的应用

Solidworks是一款功能强大的三维CAD软件。在使用solidworks对零部件进行有限元分析过程中,约束和载荷条件是关键。提出通过巧用分割线特征对零件表面进行分割的方法,解决了某些场合载荷约束条件添加困难的问题,提高分析结果的精确性。     

基于逐点去约束法的索桁张拉结构形状判定及自应力模态求解方法

索桁张拉结构是索杆张拉结构中最有竞争力的空间结构型式之一,其形状判定和自应力模态求解是设计时的两个关键问题。索杆张拉结构的形状判定大都根据平衡矩阵理论进行求解,而平衡矩阵理论一般需要编程,不易被掌握;而已有的求解自应力模态方法大都不能在有限元软件上直接应用。针对这些问题,提出了基于合理位形改进的逐点去约束法。新方法基于索桁张拉结构所具有的拓扑关系,并从合理位形出发推导了形状判定的简洁判断公式。然后,通过对逐点去约束法的研究提出了改进的逐点去约束法求解索桁张拉结构的自应力模态。新方法基于先形状判断后自应力模态求解的思路,可一次性确定结构合理形状和自应力模态,回避了原方法中先求解自应力模态后判断形状的反复求解的缺点;同时新方法未使用原方法中的生死单元技术,保证了求解过程的收敛;消除了因生死单元技术而产生的累计误差,提高了计算精度;避免了坐标转换,简化了求解流程;新方法可在有限元软件上直接应用。算例表明新方法具有系统的求解流程,且收敛快、精度高。     

电磁场有限元分析的快速数值方法研究

有限元理论及技术对于求解大规模有限元方程至关重要的快速算法研究尚存许多问题.提出了一种目标区域定位算法并与波阵法联合使用的新数值技术,分析了新算法的原理及其在非线性条件下的应用.阐述了在磁矢量(MVP)有限元中的实现,最后给出计算实例.结果表明,采用新方法可以节约大量计算机资源,是一种鲁棒性较好的数值技术,对大规模电磁场数值计算也有良好的应用前景.     

油藏热流固耦合渗流问题的有限元方法

提出了一种有效实用的求解油藏热流固耦合渗流问题的数值计算方法。该方法以有限元法为主，结合有限差分法，用有限元法求解耦合温度场方程和岩石耦合变形方程，用有限差分法求解流体耦合渗流方程，发挥有限元法网格技术和单元划分灵活的特点及处理复杂的油藏边界优势，兼顾了有限差分法在流场分析方面的成熟应用，使复杂的热流固耦合数学模型得以完整求解，取得了单向有限元法或有限差分法难以取得的效果，是一种新型的油藏数值模拟方法。     

复合式金属阻尼器在高层剪力墙结构中的应用

将新型复合式金属阻尼器应用于某高层剪力墙实际工程结构.采用Perform-3D建立了结构的三维精细化非线性有限元模型,通过对结构在9度大震下的弹塑性分析,研究了该复合式金属阻尼器对高层剪力墙实际工程结构的减震控制效果.分析结果表明:加设复合式金属阻尼器后结构的耗能性能明显改善,结构的基底剪力减小20％以上,该复合式金属阻尼器在实际工程中具有良好的推广实用意义.     

梯形单元及其显式分析

本文介绍一种具有显式单刚的梯形元,它既是线性元,又能较方便拟合直线边界,且能直接获得单刚对结点座标的解析导数式,从而可推得位移应力等约束敏度,不必使用数值积分和差分求导,大大节省了机时,使有限元分析能与高效的优化算法有机结合。文中对比了几种其他类型的单元的计算,并给出了在重力坝分析上的应用情况。示例证明本文导出的显式刚度矩阵及其敏度公式正确无误,计算效率高,结果合理可信,能供工程实际应用。     

125mm脱壳穿甲弹固有振动特性的有限元分析

介绍了125mm尾翼稳定穿甲弹有限元模型的建立,对单元丢失、模型粘接等问题进行了探讨,应用结构分析软件Algor对该穿甲弹进行了有限元模态分析。     

Robust Topology Optimization of Vehicle Suspension Control Arm

A robust topology optimization design framework is developed to solve lightweight structural design problems under uncertain conditions. To enhance the calculation accuracy and flexibility of the statistical moments of robust analysis, number theory integral method is applied to sample point selection and weight assignment. Both the structure topology optimization and number theory integral methods are combined to form a new robust topology optimization method. A suspension control arm problem is provided as a demonstration of robust topology optimization methods under loading uncertainties. Based on the results of deterministic and robust topology optimization, it is demonstrated that the proposed robust topology optimization method can produce a more robust design than that obtained by deterministic topology optimization. It is also found that this new approach is easy to apply in the existing commercial topology optimization software and thus feasible in practical engineering problems.     

边坡稳定性条分法和容重增加法的耦合分析

结合有限元方法或有限差分法和极限平衡法各自的优点详细分析边坡稳定性,提出了基于条分法和容重增加法耦合分析的基本原理及边坡安全系数的计算程序。利用有限元软件ANSYS和有限差分软件FLAC得出边坡最危险滑动面以及坡体内的应力和应变,然后,通过极限平衡条分理论求得边坡安全系数。算例表明耦合分析求得的边坡稳定安全系数与其它方法的计算结果相近,而且精确分析了强度指标c、φ对边坡稳定的影响,为边坡加固设计提供了依据。