非线性比例边界有限元在面板坝分析中的应用

面板坝结构尺寸相差悬殊,高效的精细化分析手段是面板坝抗震研究的重要工具。结合非线性比例边界多边形单元法和高效的四分树离散技术,进行了面板坝高效精细化分析应用研究。采用比例边界多边形单元法和传统有限元法,对相同面板坝模型进行静动力及永久变形分析;结合四分树离散技术,进行了典型面板坝结构的高效跨尺度精细化分析应用。结果表明：计算结果分布合理,两种方法吻合度高,比例边界多边形有限元可与传统有限元一样便捷地进行大坝全过程数值分析计算;比例边界有限元可与传统有限元不能直接求解的四分树技术实现无缝耦合,进行高效的跨尺度精细化分析应用,且可快速完成分析模型重建,大幅改善了分析效率,可为结构局部损伤演化、渐进破坏研究提供技术支撑。     

跨尺度网格识别方法及在防渗墙分析中的应用

为了高效地生成二维比例边界有限元-有限元（SBFEM-FEM）跨尺度耦合网格,提出跨尺度网格识别方法.该方法结合CAD人为可控的特点,对图形线段进行识别、裁剪、整理,生成有效节点与线段;根据节点与线段的拓扑关系以及封闭域的构造,生成合理的多边形比例边界单元或有限单元;最后组装节点与单元信息,输出可以用于数值分析的二维SBFEM-FEM跨尺度耦合网格.为了验证生成SBFEM-FEM跨尺度耦合网格的有效性及计算精度,依托某堤坝工程,对比分析了防渗墙不同网格剖分方法获得的墙体应力变形分布规律及峰值.结果表明,采用常规大尺度有限元网格模拟获得的主应力误差可以超过48%,基于所提跨尺度精细数值网格获得的结果误差不能超过5%,且其网格单元量大幅度降低.跨尺度网格识别方法可以为堤坝工程防渗结构提供有力的支持.     

疲劳可靠度分析的概率密度演化方法

基于概率守恒原理,推导出疲劳损伤和随机参数联合概率密度函数服从的演化方程。据此计算的随机疲劳损伤概率密度曲面和累积概率分布函数等值线可以给出疲劳损伤概率结构的演化规律,并用以分析给定损伤阈值的疲劳可靠度。常幅疲劳可靠度的数值解与试验结果吻合良好。给定二级载荷各自的常幅疲劳寿命概率分布参数,根据Miner准则可以较好地预测二级低高加载变幅疲劳可靠度。     

损伤拉索的垂度效应分析

首先引入损伤程度、损伤位置及损伤范围3个参数,用以描述拉索损伤状态的特征,然后建立损伤拉索垂度效应分析的方程。在此基础上,采用数值计算方法分析了不同几何形态、不同损伤状态的拉索垂度效应受纵横比和弦向长度等相关参数的影响规律,对比了垂度的精确计算值和垂度公式计算值间的误差。结果表明：垂度随纵横比变化的敏感区间为[0．997,1．003],在此区间内损伤拉索跨中垂度逐渐增大,但是损伤前后垂度增长幅度逐渐减小;纵横比在[0．995,0．999）区间内,纵横比越大,误差越大;同一纵横比下,弦向长度越大,则采用现有垂度公式计算损伤拉索垂度所产生的相对误差就越大,但是最大相对误差小于1．7％;弦向长度为300m、纵横比为0．997的拉索在损伤范围内垂度增量小于0．35m,相对误差小于1．2％,说明现有垂度公式具有较高计算精度。     

基于单向耦合多尺度多场模型的大体积混凝土开裂风险分析

为有效评估大体积混凝土开裂风险,基于有限元二次开发工具,构造一种单向耦合的混凝土多尺度热-力模型,计算模型温度场,并通过现场监测数据验证温度场计算结果,获得不同时刻混凝土的水化度分布,结合配合比信息得到混凝土微观组分比;基于四尺度混凝土多尺度模型,获得早龄期混凝土的弹性模量、强度等宏观性能;基于应力-强度比评估大体积混...     

变分多尺度有限元方法中分析/数值求解细尺度解的研究

变分多尺度有限元方法中的细尺度解对数值解有着重要的影响,其可通过分析方法或数值方法求得.作者在文中分别采用上述两种方法对细尺度解进行了求解,并将这两种求解方法用于对流占优的对流扩散方程的求解,比较了它们的优缺点.数值求解结果表明:求解对流占优的对流扩散方程时,虽然分析和数值求解细尺度的变分多尺度有限元法均能得到精确的数值解,但是后者比前者具有更高的稳定性,同时也需要较多的计算时间.     

基于IDA和纤维模型的高墩大跨连续刚构桥梁地震反应分析

基于纤维模型的有限元方法,建立了典型高墩大跨连续刚构桥的非线性数值分析模型.采用动力增量分析法,即IDA方法对结构进行了非线性动力时程分析,分别探讨了在纵桥向和横桥向地震作用下高墩连续刚构桥梁结构的破坏规律、最大位移和最大曲率的关系,高阶振型效应对高墩大跨连续刚构桥墩身内力和变形的影响及位移和曲率沿墩高变化的规律.     

基于灵敏度分析的弧门主框架多损伤检测方法

以频率作为弧形闸门主框架结构多损伤识别的主要动力参数,基于灵敏度分析方法,建立结构损伤位置及程度与结构多阶固有频率的关系矩阵,并根据此矩阵和实测频率的变化情况反解出结构的损伤位置与程度。为了反映结构不同位置的损伤对频率的影响,同时减小方程的未知量个数,给出了弧门主框架频率与损伤位置和程度的灵敏度关系图。计算结果表明：基于灵敏度分析的结构多损伤检测方法可识别弧形闸门主框架多位置发生损伤的情况,可为水工结构动力检测与损伤评估提供技术参考。     

基于集对分析理论的钢筋混凝土结构地震损伤综合评估方法

为了提高结构损伤评估的准确性,应用集对分析理论和方法,以整体损伤指数、最大层间位移角、滞回耗能循环次数和楼层能量集中系数作为评价因子,建立了损伤评估的集对分析模型,提出了基于集对分析理论的钢筋混凝土结构地震损伤综合评估方法.该方法将各待评定的样本值与分级标准形成对子,逐个比较其共有特性、相反特性及差异特性,从不同侧面刻画2个集合的联系与关系(即集对分析),从而比较准确地判别钢筋混凝土结构地震损伤的程度.并对4种不同型式的结构进行分析,验证了该方法的合理性和有效性.     

高混凝土面板坝流变分析

推导了高围压下的幂函数流变本构模型在三维有限元分析中的具体算法和实现步骤.根据该流变模型对水布垭面板堆石坝进行了流变分析.结果表明,考虑堆石流变后的坝体沉降有明显的增加,对面板的应力变形状态有较大影响,对于高面板堆石坝,选用合适的流变模型正确模拟堆石体的流变变形及发展规律,对减小面板的裂缝和脱空具有重要意义.     

Fluid-solid coupling model based on endochronic damage for roller compacted concrete dam

According to the characteristics of thin-layer rolling and pouting construction technology and the complicated mechanical behavior of the roller compacted concrete dam （RCCD） construction interface, a constitutive model of endochronic damage was established based on the endochronic theory and damage mechanics. The proposed model abandons the traditional concept of elastic-plastic yield surface and can better reflect the real behavior of rolled control concrete. Basic equations were proposed for the fluid-solid coupling analysis, and the relationships among the corresponding key physical parameters were also put forward. One three-dimensional finite element method （FEM） program was obtained by studying the FEM type of the seepage-stress coupling intersection of the RCCD. The method was applied to an actual project, and the results show that the fluid-solid interaction influences dam deformation and dam abutment stability, which is in accordance with practice. Therefore, this model provides a new method for revealing the mechanical behavior of RCCD under the coupling field.     

Research advance in safety analysis methods for high concrete dam

High tensile stresses occurred in high concrete dams and in their foundation lead to the growing importance of their safety with the increase of concrete dam height.Without any exiting specification or successful experiences of concrete dams up to 300 m at home and abroad for reference,experts feel obliged to figure out how to perform safety analysis on high concrete dam.This paper involves the main contents and mechanical features of the safety analysis on high concrete dam and shows the current state and progress of the analysis methods.For the insufficiency and problems existing in normative methods,study on modern numerical method such as finite element method must be strengthened to find out the stress control criterion which is in accordance with the methods.Two aspects of the safety analysis of high dam--local damage from material level and integral destruction from structure level--should be considered.For the local damage,we should consider the non-homogeneity of material and strengthen the research of meso-damage mechanics.While for integral destruction of the system of high dam and its foundation,a study on non-strength theory should receive enough concerns.Further,attention should be paid to the research on the failure modes and criterions of high concrete dam failure analysis and safety evaluation,and the effect of uncertainty and classification of safety should be considered too.     

基于损伤本构关系的高拱坝安全度评价方法

基于损伤本构关系的非线性有限元能较为精确地模拟拱坝的实际工作性态,主要依据大坝的变形和应力分布及大小、损伤破坏情况等对坝体安全进行评价.但也存在一些问题,如以建基面相对损伤面积作为控制指标时,要先确定建基面的容许损伤范围.在介绍了损伤本构关系的基础上,提出了以大坝整体刚度不改变为基准的建基面容许相对损伤面积确定方法,为损伤本构关系用于高拱坝安全度评价的控制标准提供了一个新的思路,并以溪洛渡高拱坝为例进行了计算.     

基于率性损伤模型的混凝土重力坝地震响应分析

为研究混凝土材料动态力学特性与应变率的关系,引入损伤张量随应变率的变化建立了应变率相关的砼非线性损伤模型,并对一混凝土重力坝的地震响应进行了分析．结果表明,在地震过程中的混凝土应变率变化使得结构各处的强度和刚度提高的程度不同,对结构控制部位的响应和安全性评价有重要影响．     

面板堆石坝沉降变形预测的神经网络方法

运用MATLAB语言提供的newff函数创建BP神经网络,研究面板堆石坝坝体最大沉降变形与坝高、坝体变形模量和河谷形态之间的内在联系.对样本集内的数据采用lnx函数进行非线性变换和比例归一化处理,使样本数据分布于[0.2,0.8]区间内,可改善网络的性能.对网络结构及训练样本的确定进行了分析,通过工程应用验证网络结构的可靠性及预测精度.结果表明,用试错法确定的网络结构是可靠稳定的,对坝体最大沉降变形预测的精度高于常用的工程类比法,此方法可应用于实际工程.     

考虑地基非线性的混凝土高坝地震损伤研究

针对传统的线弹性模型不能准确模拟强震区碾压混凝土重力坝的地震响应问题,本文分析了坝体和地基同时考虑材料非线性时的鲁迪拉碾压混凝土坝地震损伤特性,其主要结论如下:地基岩体和坝体均采用非线性材料时,与坝趾相接处的地基产生损伤开裂,并随着地震动的持续,损伤裂缝逐渐向地基深度方向扩展,从而使得坝体应力重新分布,坝基交界处的应力集中释放,导致坝基交界处不会产生地震损伤。因此,坝体产生的地震损伤区域和损伤程度均有所减小,使坝体更偏安全,其结果更接近实际。     

小河面板堆石坝应力与变形分析

采用邓肯模型对小河面板堆石坝竣工期和蓄水期进行了三维有限元计算,接触面用弹粘塑性本构关系的节理单元进行模拟,分析了不同时期坝体及面板的应力变形情况.计算结果表明,坝体最大横断面的最大沉降值约为坝高的0.54%,面板周边缝位移的绝对值都小于8 mm,大坝应力变形满足安全要求.