有限元/边界元法求解多连通域声辐射问题

本文用混合有限元／边界元法求解浸没在无限流域中任意形状结构物的声辐射问题。求解多连通域声辐射问题时，采用有限元构建内流域和结构域，边界元构建外流域，应用流体结构域交界面法向速度连续性条件耦合声流域和结构间的相互作用。对球形结构的数值计算同其理论结果的比较表明其有效性。对环肋双层柱形结构分别对考虑和不考虑腔间进水做了计算，计算结果表明了考虑腔间进水的必要性。     

三维裂隙岩体渗流混合模型研究

假设裂隙单元与岩体单元交界面上的水头连接，而允许流量不连续，建立了三维裂隙岩体渗流混合模型，给出了相应的有限元计算格式。采用本文建立的数学模型对重力坝坝基渗流进行数值计算，结果表明该模型是合理的，可行的。     

求解非均质多孔介质中非饱和水流问题的一种自适应多尺度有限元方法——Ⅱ数值结果

为了验证作者在本文第Ⅰ部分所提出的自适应多尺度有限元方法的有效性与精确性,在第Ⅱ部分对水力参数是随机生成的呈对数正态分布的非饱和水流问题进行了数值试验。数值算例分别考虑了具有各向同性和各向异性相关结构的水力参数场。计算结果表明：自适应多尺度有限元方法的粗尺度解与参考的细尺度解之间具有很好的一致性：在Dirichlet和Neumann入渗上边界条件下,在粗网格中该方法能够有效地抓住细尺度解的大尺度结构,而且,在每一时间步,只有大约1／6的多尺度基函数需要重新计算。此外,还进一步地讨论了自适应粗网格方法的收敛性和重构细尺度解的可比性。数值结果表明：随着粗网格被细分,粗尺度解将收敛到细尺度的参考解,而重构的细尺度解可以很好地近似参考的细尺度解。     

无网格法在力学计算中的应用

近年来兴起的无网格法摆脱了传统的单元和网格的概念,以其数据结构简单,计算精度高,应力应变具有多阶连续性等优点,日益成为力学数值计算的重要方法.综述了无网格法在力学计算中的特点.该方法是基于变分原理或加权残值法,它采用的形函数以移动最小二乘的方式来拟合真实解,因此比有限元方法具有更高的精确度,其解的收敛性往往取决于权函数的构造形式,未来的发展中,主要工作将集中于如何选择适当的权函数并选取高效合理的积分方案,方便准确地描述边界条件并进行多尺度分析.     

非交错曲线网络的水流数值计算模型

在非正交边界拟合曲线坐标系下，建立非交锚网格变量布置的水流计算 模式。采用逆变速度分量作为独立计算变量。为避免出现棋盘格式压力场物理上的非真实解，采用动量插 值方法计算交界面处的流速插值，运用压力 校正法（SLMPLE、SIMPLEC或 SIMPLER）求解离散方程，并对S型弯道水流运动 进行数值计算。     

基于混合格式Richards方程的非均质土体渗流模拟

基于混合格式Richards方程的数值模拟能保证质量守恒,可模拟饱和-非饱和渗流。采用有限元模拟时,需知节点处的体积含水率,但由于体积含水率在材料分界面不连续,模拟非均质土体渗流时存在一定困难。为实现基于混合格式Richards方程的非均质土体饱和-非饱和渗流有限元模拟,将材料分界面的节点赋予两个编号,从而分界面上节点的体积含水率分别根据不同材料参数按压力水头泰勒展开;同时应用拉格朗日乘子法保证总水头在材料分界面的连续性。根据所建模型的有限元格式,编制了Matlab数值模拟程序,并用于模拟一维层状土入渗和脱湿过程及二维层状土入渗过程。所得结果与一维解析解、二维其他学者研究结果吻合较好,同时所建模型满足质量守恒。     

混凝土中骨料-浆体界面过渡区的力学性能研究综述

列出了国内外交界面过渡区的试验和理论分析的主要成果。对数值混凝土有限元模型中有关交界面单元的力学性能(界面厚度、界面本构关系和随机力学特性等)输入进行了探讨。通过分析目前试验、理论以及数值分析的成果,指出界面力学性能研究还有待于进行更完整、更科学的试验。     

心墙土石坝渗流自由面的数值模拟

心墙与坝壳材料渗透系数相差比较大,使用有限元方法选代计算心墙土石坝渗流自由面时,往往会在两种材料交界面处失真,难以正确模拟出心墙下游端的出渗点.为解决此问题,采用具有严格理论基础的Signorini型变分不等式,确定渗流渗出点和自由面的位置,可消除出渗点的奇异性,采用罚Heaviside函数克服网格依赖性和数值不稳定性.同时,根据毛细水上升高度来确定非饱和区负孔隙水压力,消除饱和-非饱和渗流分析中坝壳节点中的虚值,使得计算结果能准确地反映出坝体中的实际渗流场.     

土石坝渗流计算中的有限元应用研究

分析探讨了有限元法应用于土石坝渗流计算存在的渗流自由面迭代、单元格剖分不当、自由面边界条件转化以及不同材料交界面边界条件渗透系数选取等问题,提出了相应的解决方法。采用该解决方法,对某堤防工程应用常规有限元软件进行了渗流计算和稳定渗流分析,得到了满意的结果。     

非对接分区结构网格中的数值计算方法

利用有限体积方法在非正交网格系统中建立了非对接分区结构网格数值求解模型,给出了分区结构风格交界面的数据结构形式及数值计算方法,采用SIMPLE算法编制了计算程序;对后台阶绕流进行二分区流场计算,并与实验结果比较,具有很好的一致性;同时对无限流场中和非对称平板间的圆柱绕流进行了分区计算。结果表明,本文建立的分区交界面数值计算模型是可靠的,可用于处理几何形状复杂的流场模拟。     

高土石围堰复合土工膜防渗三维有限元分析

如何在三维有限元计算中反映复合土工膜的力学特性是亟待解决的技术难题。总结了现有的土工膜数值模拟方法,在三维有限元计算中采用薄膜单元来模拟土工膜,建立了某高65 m的高土石围堰土工膜防渗三维有限元模型,土工膜与上、下游坝料接触部位均设置接触。为模拟施工填筑与蓄水全过程,分别计算了土工膜边界柔性约束与刚性约束2种工况。结果表明:薄膜单元较好地反映了土工膜柔性抗拉材料的力学特性,能适应三维有限元数值模拟中常用的分步填筑施工模拟法,且后处理中能直接展示土工膜的位移、应力云图,具有方便高效的特点;土工膜边界柔性约束位移分布均与刚性约束相同,只是最大主应力及拉应力分布区域略小于刚性约束,计算结果符合土石坝工程的一般规律。     

Slide软件在水闸渗流计算中的应用及分析

土质地基上水闸基底渗透压力计算对水闸的防渗排水设计较为关键,改进阻力系数法作为一种近似计算方法,由于精度较好已被推广采用,但地下轮廓复杂时计算过程十分繁琐,技术规范要求复杂土质地基上的重要水闸采用数值计算法求解。结合工程实例,采用Rocsciencee公司研发的Slide有限元软件对闸基渗流问题进行计算,并与改进阻力系数法和Autobank有限元分析法的计算成果进行对比,相同工况下3种计算结果表明:Slide软件可较好的解决水闸渗流计算问题,成果可靠、计算高效;数值计算法得到的渗透坡降较改进阻力系数法偏安全,获得的渗流要素更为全面、直观。     

采用边界元法确定坝基面渗透压力

由于边界单元法只需在边界上剖分单元，且容易处理无限边界问题，所以在计算坝基面渗透压力时较有限元法具有明显的优势。介绍了坝基面渗透压力的计算理论及其边界元数值算法，并给出了应用算例。由算例分析可以看出，采用边界元法计算坝基面渗透压力，计算程序简单，占用计算机内存少，计算速度快，且计算精度较高。     

穿黄隧洞预应力双层复合衬砌结构受力特性研究

结合穿黄隧洞衬砌1∶1仿真模型试验,采用三维非线性有限元方法进行计算分析,跟踪对比试验中无垫层衬砌段（联合承载）、有垫层衬砌段（独立承载）2 种结构的试验监测数据,研究这种新型双层复合衬砌结构的受力特性。计算采用考虑接触的非线性有限元方法,模拟仿真模型试验中管片拼装、分层填土、内衬预应力张拉 , 以及内水压力施加（充水）的实际过程,研究管片之间以及内外衬之间的缝隙状态和传力机理。研究结果显示：即使内、外衬处于完全张开状态,无垫层模型的预应力荷载也可以通过插筋传递到外衬,表明插筋是实现内外衬砌联合承载的重要结构措施;有垫层模型内外衬砌具有独立承载特性。计算与试验成果对比显示,无论是结构变形、缝隙开度还是衬砌应力,两者规律一致、数值接近,其研究成果可供类似工程参考借鉴。     

有限元法中开挖释放荷载计算方法的研究

对传统有限元开挖释放荷载的计算方法进行了讨论与分析，并基于体系平衡的有限元数值格式，提出开挖作用的直接分析法、间接分析法的概念及开挖不平衡力的计算方法。开挖作用的直接分析法认为，任何开挖步产生的位移都是该开挖步剩余构形中真实存在的各种力相互作用的结果，不用考虑被卸除材料部分对体系的作用，其对开挖问题的数值模拟只针对开挖剩余体系进行计算，其意义更为直观，计算更为简便可靠。     

大坝混凝土楔入劈拉试验的并发多尺度区域分解数值模拟

并发多尺度区域分解法应用于复合材料力学性能的多尺度数值试验研究,可在同一有限元模型中分别实现对损伤子区域的高精度细观网格剖分和对线弹性子区域的高效率宏观网格剖分。采用随机骨料模型模拟大坝混凝土细观结构,再结合并发多尺度区域分解法,建立了大坝混凝土的并发多尺度区域分解有限元模型;然后,将模型应用于全级配随机凹凸型骨料试件的楔入劈拉试验数值模拟。计算结果表明:(1)该模型能够重现大坝混凝土楔入劈拉试件的跨尺度破坏过程,计算所得的P_h-CMOD曲线以及宏观裂缝区扩展模式均与已有文献的物理试验结果相符;(2)模型的最终计算规模仅为全细观尺度有限元模型计算规模的43.18%。数值试验模拟结果与物理试验所得结果的一致性说明模型合理,此外,计算规模的减小使得模型的计算效率得到了显著提升。     

基于数值计算方法的闸基渗流流网绘制

通过二维渗流流网的基本理论及伽辽金有限元法原理,研究和总结了绘制流网的数值计算方法和计算式,并编制流网绘制程序,在算例中,依照程序绘制闸坝有压渗流场的流网。研究结果表明,闸基渗流流网的数值计算方法提高了流网绘制的速度和精度,对工程建设具有一定的指导意义。     

SSOR-PCG方法在高拱坝整体大规模弹塑性有限元分析中的应用

我国目前设计和在建高拱坝地质情况复杂，因此需要对高拱坝进行专门研究，高拱坝整体行大规模弹塑性有限元分析是其方法之一。本文在岩土材料常用的D-P准则本构积分特性的基础上，利用其不用形成弹塑性刚度矩阵的特点，将对称超松弛预处理共轭梯度法(SSOR-PCG)应用于高拱坝整体大规模弹塑性分析。两个数值实例验证了SSOR-PCG方法用于弹塑性有限元计算的正确性和可行性。工程实例表明SSOR-PCG方法适宜应用于在个人计算机上对高拱坝整体大规模弹塑性有限元分析，满足计算速度和计算规模的要求。     

鲁基厂水电站尾水洞围岩稳定分析

采用非线性弹塑性有限元方法,根据地下洞室施工开挖过程及锚固方法,对云南鲁基厂水电站尾水洞进行了正常开挖工况及施工完建地震工况下围岩稳定分析计算。分析结果表明设计采用的锚喷及衬砌支护方案基本合理。采用的弹塑性有限元基本理论及支护计算方法、洞室支护方案等对同类工程的设计、施工具有一定的参考意义。     

混凝土地下连续墙结构计算方法及模型研究

弹性理论法，有限单元法等是目前混凝土连续墙结构计算的常用方法。在分析研究这些方法的基本特点的基础上，提出了一种能更好地模拟混凝土地下连续墙结构特点和受力性能的四结点梁单元，并建立起相应的有限单元计算数学模型。