非饱和多孔介质动力应变局部变化数值模拟

在已有研究工作基础上对非饱和多孔介质应变局部化问题进行研究,给出非饱和多孔介质的分析控制方程,其中饱和度与毛细压力关系由实验给出。采取适用于非饱和砂土的改进的广义塑性本构模型对应局部变化过程进行数值模拟,给出了试件应变局部化发展过程以及孔隙压力的变化规律。对初始饱和土中所产生非饱和剪切带进行计算的结果表明,采用非饱和模型较饱和模型将获得更为合理的结果。     

饱和多孔介质不同动力耦合形式数值分析EI北大核心CSCD

Biot饱和多孔介质波动行为的数值模拟在众多工程领域中具有重要的意义和作用,由于固相与液相耦合方程难以解耦,使该问题的数值模拟难度较大。针对饱和多孔介质中部分耦合u-p及全耦合u-p-U方程形式的特征,推导了相应动力耦合控制方程的有限元弱形式,并引入不同耦合形式的饱和多孔介质时域黏性边界,综合利用Comsol Multiphysics提供的偏微分方程应用模式进行二次开发求解,通过一维饱和多孔介质动力响应的解析解和数值解验证了模型求解技术的合理性和可行性,基于u-p-U耦合形式探讨了冲击荷载作用下干砂饱和砂地基动力固结中应力波传播特性。计算结果表明慢纵波对动力固结的影响比较显著,合理的冲击荷载持续时间有利于固结效果的改善。     

基于参变量变分原理的三维Cosserat体模型弹塑性分析与应变局部化模拟

基于参变量变分原理,该文发展了三维Cosserat连续体模型弹塑性有限元分析的二次规划算法。由于Cosserat连续体模型的本构方程中存在材料内尺度参数,该模型可以解决经典连续介质理论在分析应变软化问题时病态的有限元网格依赖性问题。数值结果表明所发展的三维Cosserat连续介质弹塑性有限元模型可以有效的模拟应变局部化现象并且该算法具有很好的数值稳定性,同时获得的数值结果具有良好的非网格依赖性。     

饱和多孔介质动力分析的数值流形单元

基于数值流形方法中覆盖函数的基本思想,构造了适用于饱和多孔介质动力耦合分析的三节点平面流形单元,该单元满足Babuska-Brezzi稳定性准则与Zienkiewicz-Taylor分片试验条件,对于位移和孔隙压力具有不等阶的插值函数,且所有节点上具有相同自由度。用标准Galerkin法和Newmark法将饱和多孔介质动力基本方程在空间和时间上离散,得到饱和多孔介质动力分析的流形元离散的算法公式。数值结果表明,与传统有限元相比在孔隙流体不可压缩且非渗流的条件下,数值流形单元对于压力场的计算具有良好的数值稳定性。     

率相关饱和多孔介质动力响应的数值分析

在基于混合物理论的多孔介质模型的基础上,将固体相视为弹粘塑性体,建立了饱和多孔介质的弹粘塑性模型。模型的基本思想是在无粘弹塑性本构关系中引入-时间参数,使固体骨架具备了粘性效应。利用Galerkin加权残值法推导得到了罚有限元格式,并采用Newmark预估校正法求解率相关饱和多孔介质的非线性有限元动力方程,此算法可以很...     

筒体结构连续化模型的弹性动力时程分析

本文用连续化模型对高层筒体结构在地震作用下的动力时程反应进行分析．     

多孔介质模型的纤维过滤器优化模拟

用CFD软件FLUENT对纤维过滤器内部流场进行数值模拟,以熔体静电纺丝纤维膜为原型,探究纤维过滤器出口位置对过滤效率的影响,从速度分布、过滤压降及颗粒分布等方面进行对比.结果表明:过滤器压降随速度的增大而增大,随孔隙率的增大而减小,且膜后压力随速度增大成减小趋势;对多种纤维膜对比模拟发现,侧出口模型具有死水区,且颗粒分布不均,降低了膜使用率,将出口置于容器底部可有效减缓这种缺点;下出口模型较侧出口模型更能发挥纤维多孔介质的优势.     

平面应变条件下饱和土体分叉后的力学性状

土坡和挡土墙的应变局部化和渐进破坏分析的一个关键问题是如何合理描述土体分叉后的力学性状,而从试验得到的峰后应力应变关系实际上并不是土体本身的一种真实本构反应。为此,提出了一种描述含剪切带土体宏观力学特性的改进后的复合体理论(或均匀化理论)。结合干密砂以及饱和松砂、中密砂、密砂的平面应变试验结果,验证了该理论框架的合理性。     

岩土工程开挖模拟的非局部软化模型

基于非线性几何场论，建立了含有天然缺陷的岩土材料非局部连续模型、变分方程及相应的实时更新拖带系大变形有限元数值模型，设计了这一模型的数值卷积算法。对工程材料特别是岩土工程的地下开挖进行的数值结果表明，非局部连续模型描述变形局部化问题是适当的，物性方程包含材料特征尺度对于带缺陷体材料应变软化和损伤的分析是必要的。     

多孔介质冻结过程中温度变化的数值模拟

多数对多孔介质冻结过程的研究是建立模型借助于计算机技术给定数值解。笔者在借鉴现有数值模型的基础上，考虑多孔介质的内部特点，采用容积平均法建立数学模型，对无限大平板状多孔介质在第三类边界条件下发生的一维冻结过程中温度变化进行分析并加以实验验证。     

复杂多孔介质多重介质模型的表征单元体

裂缝性岩体及缝洞型碳酸盐岩储层属于复杂多孔介质,岩体内部空隙为从纳米或微米级的微孔隙到数十厘米以上的大裂缝和溶蚀孔洞,空隙尺度跨越的范围很大。对于很多实际问题,由于单重介质模型计算不准确,且又不可能对复杂空隙空间结构在微观水平上进行精确描述,因此只能应用多重连续介质方法研究复杂多孔介质中的输运问题。该文给出了多重介质模型表征单元体的定义。在所研究问题的尺度范围内,这一多重介质模型表征单元体存在,复杂多孔介质的多重连续介质理论才能够成立。还以孔隙度和渗透率作为相关状态变量进行分析,研究了单重介质模型表征单元体和多重介质模型表征单元体间的联系,给出了复杂多孔介质多重介质模型的建立方法。     

DYNAMIC ANALYSIS OF A FULLY SATURATED POROUS MEDIUM ACCOUNTING FOR GEOMETRICAL AND MATERIAL NON-LINEARITIES

Based on the theory of porous media (mixture theories extended by the concept of volume fractions), a model describing the dynamical behaviour of a saturated binary porous medium is presented including both geometrical and material non-linearities. Transformed toward a weak formulation, the model equations are solved by use of the finite element method. Applications of the model range from one-dimensional linear problems to two-dimensional problems including the full dynamics and non-linearities.     

A MODEL FOR ANALYSIS OF ARBITRARY COMPOSITE AND POROUS MICROSTRUCTURES WITH VORONOI CELL FINITE ELEMENTS

The Voronoi Cell Finite Element Model (VCFEM) has been successfully developed for materials with arbitrary microstructural distribution. In this method, the finite element mesh evolves naturally by Dirichlet Tessellation of the microstructure. Composite VCFEM for small deformation plasticity has been developed by expressing the element stresses in terms of polynomial expansions of location co-ordinates. Though this works well for discrete composites with inclusions, its effectiveness diminishes sharply for porous materials with voids. The effect worsens sharply with voids of arbitrary shapes. To overcome this limitation, a new way of defining stress functions is introduced in this paper. Based on a transformation method similar to the Schwarz–Christoffel conformal mapping, it introduces reciprocal stress functions that are derived to incorporate shape effects. Several numerical experiments are conducted to establish the strength of this formulation. The effect of various microstructural morphologies on the overall response and local variables are studied.     

半浮芯棒连轧管工艺过程的有限元模拟分析

连轧管工艺是无缝钢管生产的重要工艺之一,而半浮芯棒连轧管工艺代表现代无缝钢管生产的先进技术,也是当前的研究热点。为此,采用ANSYS/LS-DYNA软件对φ109mm×7mm规格6机架半浮芯棒连轧管工艺过程进行三维热固耦合有限元模拟分析。结果表明：钢管在第4号、第5号机位横截面总等效应力最大,在前3个机位发生的总等效形...     

联肢剪力墙非线性分析模型研究及数值模拟验证

联肢剪力墙体系由于连梁的存在使得其在地震作用下的非线性行为与实体剪力墙结构相比变得更为复杂。该文改进了基于修正力插值单元（MFBFE）的柔度矩阵,将其作为该体系墙肢和连梁的非线性分析单元;建议了一种对角斜筋配筋方式连梁截面的剪切滞回模型（DCBHShear）,其骨架曲线采用三折线型,包括开裂点、屈服点、极限点公式的确定,卸载、再加载刚度的变化通过剪切位移延性和刚度折减系数控制,捏拢影响由捏拢系数控制。在OpenSees中的单元类和单轴材料类开发改进的MFBFE单元和DCBShear模型,并结合实体剪力墙截面的剪切滞回模型（SWShear）和OpenSees中已有的单轴材料Steel02、Concrete02分别对两个四层1∶3缩尺的联肢剪力墙试件建模和非线性分析,给出了OpenSees框架下改进后的MFBFE单元调用这些单轴材料的实现方式。分析结果与试验结果对比显示该方法成功预测了两个试件的初始刚度、峰值力以及滞回耗能,具有较高的精度。     

论对称与非对称的Biot固结有限元方程组的一致性

论述了对称与非对称的Biot固结有限元方程组间的一致性,发现Biot固结有限元方程组系数矩阵是否对称是与平衡方程中与孔隙水压力有关的项是否进行分部积分有关。如果不对其进行分部积分,则得到非对称的系数矩阵;如果对其进行了分部积分,则得到对称的系数矩阵,此时两种情况下与之对应的结点力的意义也不相同。如果把结点力的意义处理成一种情况,则会发现这两种情况下的Biot固结有限元方程组是一致的。     

考虑二次梯度项影响的双重介质流动分析

传统的试井模型与物质平衡方程都是不一致的.在非线性偏微分方程中根据弱可压缩液体的假设忽略了二次梯度项,对于混气石油和低渗透储层这种方法是有疑问的,我们已经知道在试井较长时间忽略二次梯度项将产生误差.本文对于双重介质流动系统建议了与物质平衡方程一致的方法,保留了非线性偏微分方程中所有项,建立了双重介质流动模型.采用Douglas-Jones预估-校正法获得了无限大地层定产量生产时和定压生产时双重介质模型的数值解,分别讨论了液体压缩系数和双重介质参数变化时压力变化规律,做出了典型压力曲线图版,这些结果可用于实际试井分析.