基于ABAQUS-Python无限元的动力人工边界研究

结构在地震数值模拟中会产生地基辐射阻尼问题,目前广泛采用的人工边界能够有效解决该问题,然而实现一般比较繁琐.基于无限元动力边界原理和波在弹性介质中传播理论,推导了剪切波和压缩波入射情况下,人工边界各侧面节点的等效荷载时程表达式.借助ABAQUS有限元软件中无限单元,给出了无限元-有限元联合建模方法,利用软件内嵌的Pyt...     

ABAQUS退化的动力无限元单元

针对ABAQUS中的三维无限元单元只适用于有限域为六面体单元的情况,提出一种退化无限元单元,推导该退化无限元单元的等效节点力计算公式,以及对相应的地震动输入方式进行分析。数值模型试验结果表明：该单元无需进行二次开发即可用于有限域采用四面体单元的情况,能适应更普遍的模型网格剖分形式。该退化单元具有良好的精度及更好的网格适应性,能广泛用于动力问题的分析。     

重力坝-基岩相互作用系统人工边界动力分析

以大型有限元软件ANSYS为平台集中比较了目前工程中广泛应用的几种人工边界条件,详细分析了半无限地基在各种人工边界以及不同频率的输入荷载作用下的动力分析结果的精确性和稳定性,对重力坝-基岩系统地震响应进行了数值分析。结果表明,人工边界的模拟精度与输入荷载的动力特性以及介质的弹性波速存在紧密的关系,当荷载激励频率较高时,相对较高的弹性波速才能保证人工边界的稳定性;黏弹性人工边界简单实用,能更好地模拟人工边界外半无限介质的弹性恢复性能和能量辐射作用。     

等效黏性边界单元及黏性边界波动输入方法

为更好的利用大型通用软件进行结构-地基动力相互作用分析,本文在黏性边界的基础上提出黏性边界单元的概念,通过构造相同阻尼矩阵的方式提出了能够实现黏性边界功效的特殊有限单元-等效黏性边界单元.等效黏性边界单元能够较好的模拟地基的辐射阻尼效应,使黏性边界的实现更加方便.同时,为简化大型通用软件中地震波的输入,提出了适合于黏性边界条件下水平成层地基中垂直入射地震波的输入方法.该方法不需要借助其它辅助计算就可直接在各种大型通用有限元软件中用一个数值模型实现地震波动输入,具有很强的通用性.此输入方法极大的减少了地震波动输入的数据准备工作,降低了操作的复杂程度.数值算例表明,等效黏性边界单元及文中提出的地震波动输入是简单可靠的.     

时域动力边界元理论研究及其初步应用

 系统论述了时域动力边界元的理论以及基于边界元方法的施工开挖简化模拟方法，并开发了有关的软件，完成了一个简化人工开挖直立坡的变形分析。     

基于ABAQUS 的黏弹性人工边界在重力坝分析中的应用

无限地基的辐射阻尼效应是影响坝体地震反应的重要因素。本文采用黏弹性边界并在非线性有限元软件ABAQUS软件上成功实施,经与理论解的结果对比,具有较高的求解精度。文中以典型的Koyna重力坝地震反应分析为例,比较了黏弹性边界与传统的固定边界无质量地基的计算结果,特别是利用混凝土损伤模型对Koyna重力坝遭遇强震时震害现象进行了初步分析,得到了大坝下游折坡处与实际遭受的地震破坏现象和破坏程度基本一致的结果。     

基于ABAQUS的边坡降雨入渗边界的开发及其验证

为了克服ABAQUS在进行降雨入渗模拟方面的局限性,采用Python语言对ABAQUS软件的降雨入渗边界进行二次开发,将降雨边界作为不定边界,采用迭代算法对降雨入渗边界进行处理,开发出基于ABAQUS软件的降雨模块。该模块可以根据降雨强度与土壤入渗能力之间的关系,即时改变降雨边界条件,从而准确的反映降雨过程中降雨边界的动态变化过程,这克服了ABAQUS软件中只能模拟降雨全部入渗,入渗率保持不变的单一情况,完善了ABAQUS软件的降雨入渗分析功能。结果表明:开发出的降雨模块是稳定可靠的,可以用于边坡降雨入渗的分析;同时,借助于ABAQUS的强大功能,该模块可以为以后进行更复杂的降雨相关问题的研究提供一个良好的研究平台。     

基于比例边界有限元法的结构-地基动力相互作用时域算法的改进

本文基于比例边界有限元法(Scaled Boundary Finite Element Method)的缩减基函数解法,对结构无限地基动力相互作用的时域算法进行了改进。通过选择适当的基函数数目,缩减结构-地基接触面上的自由度,以减小卷积积分所带来的计算工作量,推导了缩减自由度后运动方程的表达式。通过重力坝和拱坝加速度频响曲线的算例,对比了不同程度缩减的基函数和全部基函数对计算精度和效率的影响。结果表明,基函数的缩减可使计算效率明显提高,但精度损失不大。当采用60％的基函数时,计算效率提高5倍,而峰值频响曲线的精度损失却不超过4％。因此,该算法比较适合于大型结构地基动力相互作用问题的时域分析。     

基于无限元边界模型的高拱坝损伤开裂数值分析

基于ABAQUS中的混凝土损伤塑性模型,分别建立了考虑地基辐射阻尼效应的有限元—无限元耦合模型和无质量地基模型,讨论高拱坝在设计地震作用下采用两种地基模型得到的应力、横缝开度、坝顶顺河向位移和损伤开裂情况。结果表明：无质量地基模型与无限元边界模型相比,坝体拱向和梁向应力最大值明显增加,增大了坝体的横缝开度和坝顶顺河向位移,同时坝体的损伤开裂情况更为严重。因无限元边界模型能考虑地基的辐射阻尼效应,能真实地反映坝体的地震响应,而无质量地基模型夸大了坝体的地震响应,故用无质量地基模型进行坝体的抗震分析是过于保守的。     

直接边界元法在无限深透水地基渗流中的应用

为新疆无限深透水地基土石坝寻求理论上较精确的渗流计算方法,采用直接边界元法,提出了对于修建在无限深透水地基上具有水平铺盖防渗体的土石坝渗流计算模型。通过对新疆多浪水库库区第四系全新冲洪积物覆盖层的渗流计算,对比计算和实测渗流自由面,验证了模型的可行性,可供设计人员参考。     

考虑成层地基的黏弹性人工边界模型

为了将黏弹性人工边界条件用于成层地基模型的计算中,基于波动理论,推导了不同类型地震波的波幅比计算公式,采用延迟法考虑行波效应,完成了成层地基的自由场求解,得到了考虑地震波一次反射透射的等效荷载计算公式,最终建立了考虑成层地基的黏弹性人工边界模型。以SV波垂直入射为例,采用所建立的模型进行了重力坝的动力计算。结果表明,该模型满足工程抗震分析的精度要求,可以解决成层地基条件下,地震波垂直入射时考虑土-结构相互作用的结构动力分析问题。     

基于边界元理论求解水下潜艇流噪声的研究

该文运用无紧致声源假定的边界元法和传统的FW-H方程对水滴型潜艇的流噪声特性进行了数值模拟,将数值模拟得到的水听器处的声压值与试验值进行了对比,并研究了两种方法在求解沿潜艇X轴和Z轴上不同特征点处流噪声时的差异.结果表明,对于水听器处的流噪声声压值,边界元法得到的解更接近干试验值,而对于远场求解,两种方法得到的结果相差不大.     

基于 ABAQUS的面板砂砾石坝三维动力有限元分析

建立了新的有限元分析方法,为准确合理地进行面板砂砾石石坝的三维动力有限元分析提供参考。在对砂砾石料的动力本构模型及其分析方法进行分析与选择的基础上,利用ABAQUS软件实现砂砾石的动力等效线性粘弹性模型,对一座已建成的高面板砂砾石坝进行了地震响应分析,重点分析大坝的反应加速度、动位移和残余变形等动力反应情况。结果表明:坝体在地震作用下的响应不强烈,但在顺河向地震作用下坝顶出现鞭梢效应,需采取相应的抗震工程措施。     

无限深透水坝基悬挂式垂直防渗体保角变换-边界元渗流计算

无限深透水坝基轮廓复杂,透水层深度大,其渗流计算精度难以保证。本文提出用保角变换-边界元法计算含有无限域渗流计算问题。保角变换将复杂的坝基轮廓线边值问题变换为水平线边值问题,使渗流计算边界问题大大简化;边界元法在求解边界简单的无限域渗流方面优势明显,两种方法联合使用进行求解,能充分发挥保角变换和边界元法各自优点。通过组合法计算结果表明：联合法计算更加快捷、简单,计算结果更加符合无限域的实际情况,可为解决无限域渗流问题提供一条途径。     

应用比例边界有限元法研究波浪与带狭缝三箱作用的共振现象

比例边界有限元法（SBFEM）是一种半解析的新数值分析方法,比完全数值方法具有更高的分析精度.本文应用该方法求解波浪与有限水深中三个相同,但之间存在狭缝的二维固定方箱的作用问题,为波浪与多模块超大型浮体的相互作用提供一些规律。文中给出了各箱的波浪力及反射、透射系数的数值结果,与BEM结果进行了比较,吻合良好.发现波浪与三箱的作用存在双共振现象而且中间箱的共振形式与两边箱不同.进一步分析了箱体吃水深度、狭缝宽度和箱体宽度对三箱共振频率的影响.这对超大型浮体水动力分析和结构设计具有一定的参考价值。数值结果证实该方法用较少单元便能得到精确结果,这为超大型浮体的水动力分析提供了一个可行的分析方法。     

基于ABAQUS的群锚加固岩质边坡 效果评价方法研究

针对在岩质边坡内存在多组锚索群且缺乏预应力锚索周围注浆体参数的情况,提出了一种岩 质边坡加固效果的评价方法,即:在用摩尔一库伦本构模型模拟岩质边坡的基础上,利用ABAQUS 有限元软件中的TRUSS单元模拟预应力锚索,并结合强度折减法,通过数值计算对岩质边坡的群锚 加固效果进行评价。研究结果表明,与未进行群锚加固相比,群锚加固可显著提高岩质边坡稳定安全 系数,并且减缓边坡塑性区的发展和破坏过程。为此,该评价方法可用于实际工程中对各类群锚加固 方案进行比较优选。