黄土区地铁车站动力分析中的无限元传输边界

地铁地下结构有限元分析时,半无限域截断处的人工边界条件直接影响计算结果的可靠性.本文基于ABAQUS有限元分析软件,探讨地铁地下结构动力响应分析中固定边界、远置边界、粘弹性边界及无限元传输边界的实现方法;通过黄土介质振动响应分析,对黄土地区地铁车站动力响应分析中各种人工边界条件的模拟效果进行对比研究.结果显示,在黄土地区采用粘弹性边界和无限元传输边界均可有效控制波的反射干扰,模拟波动穿过人工边界面向半无限域传播的特征.与粘弹性边界相比,无限元传输边界使用有限单元模拟近场黄土,使用无限单元界模拟远场黄土介质,具有技术处理简单,计算成本低,精度高等特点.实例分析表明,在黄土地区地铁车站地震反应分析中采用有限元-无限元耦合的建模方法,具有较好的适用性.     

岩土动力问题数值分析中人工边界研究进展

在岩土工程动力学中,大型复杂的工程通常将无限域或半无限域转化为有限域,并引入人工边界进行数值分析计算,以达到计算过程高效、动力反应结果可靠的目的。有限差分或有限元法引入黏性边界、透射边界、黏弹性人工边界、等效黏弹性人工边界单元和有限元与无限元、边界元耦合的分析方法成了重要的无限域动力问题分析方法。文章论述了有限差分法、有限元法以及耦合法,阐述了黏性边界、透射边界、黏弹性人工边界、等效黏弹性人工边界单元、无限单元、边界单元的发展状况,探讨分析了不同动力边界的特点和现有局限性,总结了不同动力边界在实际工程中的应用,并展望了岩土动力学中无限域人工边界的研究方向。     

六节点无界元及其在岩土工程中的应用

推导了六节点无界元的相关公式,并采用VC++和Matlab混合编程的手段,设计了基于Windows操作平台的面向对象的有限元与无界元耦合分析软件。应用所编制的软件,成功地对某大型水电站地下硐室群的稳定性进行了有限元分析和有限元与无界元耦合分析,验证了公式推导的正确性。分析表明,在无限域和半无限域的岩土工程问题中,引入无界元可以达到消除“边界效应”和提高计算效率的目的。     

基于弹性半空间体模式的路面结构有限元-无限元混合模型分析

采用空间有限元-无限元耦合法对弹性地基的静、动力特性进行了分析,数值模拟了弹性半空间体受任意移动荷载作用下的动力响应问题.有限元区利用三维8节点模型,无限元区采取三维8结点单向空间无限元模型和7结点五面体双向无限元模型,根据达朗贝尔原理,建立体系的运动方程,利用Wilson-θ法经MATLAB编程计算出不同瞬时、移动动荷载作用在不同位置时弹性体上各点的动力响应值.通过数值计算验证了的动力响应问题是有效的.得出一些有意义的结论.     

基础下土体的样条有限元和无限元耦合的分析方法

采用样条有限元和无限元耦合方法,对基础下土体的静、动力平衡问题进行分析研究,并编制了专用计算程序.     

含空洞无限平面奇异解与有限元耦合分析地下工程问题

提出了一种简单直接的耦合方法,即含有空洞的无限平面奇异解与有限元耦合来求解无限平面问题。地下工程算例表明,本方法正确反映了人工边界外无限域对边界内结构的弹性效应。     

基于ABAQUS的压电悬臂梁有限元仿真分析

介绍了压电效应与压电材料相关理论及大型有限元分析软件ABAQUS及其力电耦合场分析功能,采用有限元软件ABAQUS对压电材料悬臂梁进行分析.建立了ABAQUS软件压电悬臂梁实体模型,设定几何尺寸和材料特性参数进行性能仿真,具有很好的通用性.讨论了不同电压下电压-位移变化关系.算例结果表明ABAQUS计算结果同理论解吻合很好,具有较高的精度.     

结构物—地基耦合体系的沉降分析

采用有限元与无界元耦合法，对结构物－地基体系的沉降值进行了分析，文中用无界元模拟远场的半无限地基，而上部结构及近场地基用有限元离散，且编制了相应的计算程序。在算便中，对某高层力墙与地基的共同作用进行了计算，并与有限元法和实测结果进行了对比。     

混凝土细观力学仿真分析的块体元-有限元耦合方法

假定混凝土是由砂浆和骨料组成的两相非均质材料,采用块体单元法模拟骨料,有限单元法模拟砂浆,基于虚功原理,建立了混凝土细观力学仿真分析的块体元-有限元耦合方法.假定混凝土骨料为刚体,砂浆为理想弹塑性材料,采用FORTRAN语言,编制了块体元-有限元耦合分析程序.运用该耦合分析程序,对耦合面刚度敏感性进行分析,得到了合适的耦合面刚度取值量级,在此基础上,采用Drucker-Prager准则,仅考虑砂浆单元的屈服,分别研究了二维和三维混凝土试件在荷载作用下的屈服、破坏过程,计算结果符合一般规律,验证了所提方法的有效性和正确性.块体元-有限元耦合分析方法兼具块体元法和有限元法的优点,前处理简单,单元数目少,计算量小,并且充分考虑了砂浆和骨料的材料力学特性差异,可以进行含有多面体骨料的三维混凝土模型的数值模拟,较精确方便地计算混凝土在荷载作用下的应力、应变,模拟混凝土的屈服、破坏过程.     

无限单元法在坝体温度场分析中的尝试

为提高计算效率,首次在温度分析中引入无限单元法,给出了一种无限元温度模式,以有限元与无限元耦合的方式分析大坝及其基础的温度场,可以有效地考虑坝基的影响,并较常规有限元计算大大减少了计算的单元数量,同时对无限单元模型中衰减函数的衰减系数及衰减中心位置的选取进行了探讨.算例表明,该方法计算精度良好,在节约计算时间、提高运算效率方面的效果十分显著.算例结果显示,在所建议的较广的取值范围内,不同的衰减系数和衰减中心对计算结果的影响并不显著,均可取得较好的计算成果,并表明该方法给出的温度无限元的计算模型具有良好的数值稳定性,是一种切实可行的方法.     

边界棱边元FEM-BEM法在开域静磁场计算中的应用

为了解决电气工程与电磁散射和辐射领域中常遇到电磁场开域问题,对基于边界棱边元的混合有限元边界元法在开域静磁场计算中的应用进行了研究.在铁磁区采用标量磁位,空气区采用磁场强度矢量H,利用棱边单元离散边界面,将边界上H的切向分量用线性函数离散,法向分量设为常数.通过对不同媒质交界面处磁场连续性条件的处理,推导出铁磁区中的标量磁位与自由空间中的H在交界面处耦合的条件,进而推导出开域静磁场的有限元与边界元耦合算法.在以上分析的基础上编制了相应的FEM-BEM分析软件,采用MSC.Patran软件对铁磁体进行剖分,将剖分的体单元、面单元与节点的信息以文本的形式输出,然后用该软件进行读取.仿真计算的结果与解析值相比精度较高,说明本方法对开域静磁场问题有较好的适用性.     

单元类型对疲劳裂纹二维弹塑性有限元模型的影响

用弹塑性有限元方法,以较少的单元建立模拟循环载荷下高强铝合金疲劳裂纹扩展的二维模型,计算塑性区尺寸、裂尖应力场及位移场等裂尖参数的有限元结果,与断裂力学和弹塑性力学公式计算的理论值进行比较,利用ABAQUS软件,分析不同单元类型对裂尖参数的影响,确定不同条件下计算精度较高的单元类型。     

Load identification in one dimensional structure based on hybrid finite element method

The new hybrid elements are proposed by combing modified Hermitian wavelet elements with ANASYS elements. Then hybrid elements are substituted into finite element formulations to solve the load identification. Transfer matrix can be constructed by using the inverse Newmark algorithm and hybrid finite element method. Loads can obtain through the responses and the transfer matrix. Load identification law was studied under different excitation cases in rod and Timoshenko beam. Regularization method is adopted to solve ill-posed inverse problem of load identification. Compared with ANSYS results, hybrid elements and HCSWI elements can accurately identify the applied load. Numerical results show that the algorithm of hybrid elements is effective. The accuracy of hybrid elements and HCSWI elements can be verified by comparing the load identification result of ANASYS elements with the experiment data. Hermitian wavelet finite element methods have high accuracy advantage but it is difficult to apply the engineering practice. In practical engineering, complex structure can be analyzed by using the hybrid finite element methods which can be obtained the high accuracy in the crucial component.     

一次逼近随机有限元对堤坝模糊失效概率的分析

为了科学合理地分析防护堤坝工程中具有模糊性和随机性相互交叉的复杂双重不确定性工程安全问题，在协调元基础上，用一次逼近理论，对随机有限元模型引入了安全储备的模糊数学模型, 实现了对堤坝与基础系统工作状态的模糊随机有限元软化处理.安全储备模糊模型分别考虑为降半正态分布、降半梯形分布和降半Г分布，通过对具有这3种模糊特性的随机变量概率积分数值分析方法的研究，以及对有诸多复杂不确定因素的荆南长江干堤局部破坏失效机理进行的模糊因素下随机有限元的可靠性分析，发现堤身中部是局部破坏的失效集中区域,堤身外壳有局部剪切破坏，这和实际工程情况吻合.该方法为解决复杂的多重不确定性工程安全的分析提供了参考.     

用有限元与边界元耦合方法计算地下洞室开挖问题

采用有限元与边界元耦合方法求解地下结构牯弹塑性问题．在边界元的计算区域内．通过引入伽辽金张量将体力问题的对域积分转化为边界积分；自编了耦合方法计算程序．并给出有关程序处理技术；最后结合实例对耦合方法和单一有限元法的有关参数进行了比较．     

基于最小二乘支持向量机岩土本构模型的有限元分析

有限元分析在岩土工程中有着非常重要的作用,本文基于最小二乘支持向量机理论建立了岩土本构模型,并结合有限元理论分析了ABAQUS在求解非线性问题的基本原理和具体过程。利用ABAQUS中UMAT接口将最小二乘支持向量机岩土本构模型用于一隧道工程开挖实例分析,结果表明其最小二乘支持向量机本构模型用于有限元分析的可行性和优越性。     

用ABAQUS进行弹塑性问题的分析

ABAQUS是功能强大的通用有限元CAE软件，具有功能很强的非线性和前处理、后处理的功能。讨论了ABAQUS的各个模块的功能和输入方法，利用它具体求解了一个理想弹塑性材料的简支梁受均布载荷作用的问题，得到了Mises应力云图，可以明显看到塑性区的发展。用ABAQUS所得的极限载荷结果与梁的理论解进行比较完全符合，从而证明建模、分析的正确性。为进一步进行更复杂的非线性分析打下了基础。     

钢筋混凝土结构多尺度建模与数值分析

采用通用有限元软件ABAQUS实现了精细单元与粗糙单元之间的界面耦合及变形协调,并通过算例验证了结构多尺度有限元分析方法的有效性和精确性。基于多尺度方法,结合纤维模型子程序与混凝土塑性损伤模型,对钢筋混凝土框架结构进行多尺度建模,并进行了弹塑性时程分析及局部构件损伤分析。结果表明：对于大型结构或复杂结构来说,多尺度计算可较好地模拟局部构件的复杂边界条件,为大型工程结构进行多尺度计算提供参考。