自然邻点插值在渗流场/应力场构造中的应用

计算渗流场或初始地应力场的网格一般要比实际结构分析的网格大，因此结构分析时需要将大网格中的渗流场或初始地应力场转换到小的结构分析网格中。若有大网格信息，就可以利用有限元形函数进行转换。但有时只有大网格结点坐标和相应的物理量，此时一般采用加权平均法进行转换，这种转换的精度不是太高。自然邻点插值法是基于给定结点的Voronoi图，通过自然邻点的坐标值构造插值函数，因此特别适合只有结点坐标和相应的物理量，而要将其应用于另一种网格模型的情况。给出了两种自然邻点插值的构造方式及其具体实现步骤。算例表明采用自然邻点插值构造场的精度很高。     

不同加载路径饱和岩石力学特征的试验研究

不同加载路径对岩石强度特征、变形特征和破坏特征存在影响。据此，探讨饱和岩石在排水、非排水、比例加载、侧向卸载、在不同偏应力状态下注水和非排水（但在不同偏应力状态下水压力卸载）等加载情况下以及在常规三轴试验和拥有循环加载的三轴试验等试验方式下，岩体的强度特征、各向异性变形特征和破坏特征。试验结果表明：循环加载、饱和岩石在不同偏应力状态下注水、非排水但在不同应力状态下水压力卸载、比例加载和侧向卸载等具有降低岩石强度、增加岩体变形以及水压力对岩石具有劈裂破坏作用等特征，这些力学特征对岩土工程具有现实意义。     

工程结构优化计算中的网络并行算法

由于现代结构计算耗时之长常常使得计算半途而废,因此充分利用微机资源、减少计算时间的网络并行算法成为研究的热点。本文在结构的大型动力优化计算中引入并行算法,对传统的复形法进行并行化处理,并分析计算了具体的工程实例,获得了满意的优化结果和并行效果。     

二维压电材料动强度因子的扩展有限元计算

采用扩展有限元求解二维弹性压电材料动断裂问题。扩展有限元的网格独立于裂纹,因此网格生成可大大地简化,且裂纹扩展时不需重构网格。采用相互作用积分技术计算动强度因子。比较了标准的力裂尖加强函数和力-电裂尖加强函数对动强度因子的影响,结果表明标准的力裂尖加强函数能有效地分析压电材料动断裂问题。分析了极化方向对动强度因子的影响。数值分析表明采用扩展有限元获得的动强度因子与其他数值方法解吻合得很好。     

基于等几何有限元法的功能梯度板自由振动分析

基于一阶剪切变形板理论,建立了分析金属-陶瓷功能梯度板自由振动问题的非均匀有理B样条(NURBS)等几何有限元格式。功能梯度板材料属性沿厚度方向呈梯度连续变化。采用等几何有限元法,讨论了梯度指数、边界条件及长厚比对四种典型功能梯度材料(Al/Al2O3、Al/ZrO2、Ti-6Al-4V/Aluminum oxide和SUS304/Si3N4)板自振频率的影响。数值算例表明,等几何有限元法具有高精度和高收敛率优点,能有效求解功能梯度板的动响应。     

模拟三维裂纹问题的自适应多尺度扩展有限元法

为了在大型结构分析中考虑小裂纹或以小的代价提高裂纹附近求解精度,该文建立了分析三维裂纹问题的自适应多尺度扩展有限元法。基于恢复法评估三维扩展有限元后验误差,大于给定误差值的单元进行细化。所有尺度单元采用八结点六面体单元,采用六面体任意结点单元连接不同尺度单元。采用互作用积分法计算三维应力强度因子。三维I 型裂纹和I-II 复合型裂纹算例分析表明了该方法的正确性和有效性。     

锦屏高拱坝整体安全度评估

锦屏高拱坝是目前世界上拟建的最高的双曲薄拱坝,水压力巨大,其设计和分析都超出现行规范。锦屏一级拱坝的环境条件存在明显的不对称特点：一是两岸地形不对称;二是两岸地质条件明显不对称;三是坝体的坝面受日照时间不对称。这些不对称性和高水压使锦屏高拱坝的安全性成为锦屏拱坝建设中最重要的关键技术问题之一。运用三维非线性有限元数值分析方法,研究锦屏拱坝在多种工况下的应力场和位移场以及左、右岸不利地质构造对拱坝工作性态的影响。坝体的应力和位移分布存在比较明显的左右不对称,引起不对称的原因除两岸地基刚度不对称外,拱坝坝体的不对称也是重要原因,因此应进一步优化拱坝体型。确定锦屏拱坝地基系统在不同破坏模式下的整体安全度：上游水压力超载引起系统失效的整体安全度约为5.0;坝基岩体抗剪强度降低使系统失效的整体安全度约为3.0;地震灾害引起系统失效的整体安全度约为6.0。根据屈服破坏区的分布,指出坝基加固处理的重点部位为左拱端下游侧1 800 m高程以上和右拱端上游侧1 630～1 800 m高程之间。     

基于PVM的网络并行子结构共轭梯度法

网络并行环境是近年来国际上并行环境的一个重要方向,ＰＶＭ是当前最流行的支持异构或同构型网络并行计算的软件平台之一。本文采用子结构共轭梯度法研究了基于ＰＶＭ的网络并行有限元,该方法将有限元网格划分为ｎ个子结构,再将ｎ个子结构的数据分送给网上ｎ台可用微机,ｎ台微机并行形成和组集ｎ个子结构的劲度矩阵和荷载列阵,然后采用预条件共轭梯度法并行求解结点位移,最后ｎ台微机并行对ｎ个子结构进行应变和应力分析。该方法不需形成结构的总体劲度矩阵和荷载列阵,可同时迭代求出所有结点位移,且比一般的迭代法收敛要快。算例表明此种并行子结构共轭梯度法在网络上能获得较高的并行加速比。     

摩擦接触裂纹问题的扩展有限元法

扩展有限元法(XFEM)是一种在常规有限元框架内求解强和弱不连续问题的新型数值方法。扩展有限元法分析闭合型裂纹时,必须考虑裂纹面间的接触问题。已有文献均采用迭代法求解裂纹面的接触问题。该文建立了闭合型摩擦裂纹问题的扩展有限元线性互补模型,将裂纹面非线性摩擦接触转化为一个线性互补问题求解,不需要迭代求解。算例分析说明了该方法的正确性和有效性,同时表明扩展有限元法结合线性互补法求解接触问题具有较好的前景。     

边坡稳定的块体单元法分析

 边坡稳定是岩土工程中一个极其重要的问题。目前的边坡稳定分析方法都存在不同的缺陷, 有的方法太复杂, 有的方法过于简化。利用一种改进的刚体极限平衡法——块体单元法进行边坡稳定分析, 该方法兼有刚体极限平衡法和有限元法的优点, 既满足全部的平衡条件, 又在一定程度上考虑了材料的变形。算例表明, 该方法不失为一种合理而有效的边坡稳定分析法。