模拟开挖过的非线性自适应多重网格有限元方法

开发了模拟多步开挖过程的非线性自适应多重网格有限元方法。实现了随开挖工作面不断移动而自适应加密有限元网格的过程 ;提出了变化网格中的已知边界荷载及开挖边界释放荷载的移置方法 ;为适应增量荷载下自适应有限元分析的需要 ,研究了不同网格间有限元计算结果的传递及网格退化处理等问题。最后 ,通过算例说明自适应有限元用于开挖施工过程模拟分析的有效性和优越性     

基于网格自适应的钢筋混凝土随机有限元分析

为了在钢筋混凝土结构有限元分析模型中对裂缝进行描述,建立了基于网格自适应的有限元裂缝分析模型,可以比较直观地模拟裂缝的发生和开展过程;同时引入随机模拟方法,采用蒙特卡罗(Monte Carlo)法处理与裂缝有关的参数。用该方法能够模拟钢筋混凝土结构裂缝出现位置和间距的随机性,而且能改进计算数据的后处理。对跨中受力的钢筋混凝土简支梁进行计算分析,所得裂缝分布和位移均与试验结果吻合良好。结果表明,用该方法对钢筋混凝土结构进行分析是合理的,也是可行的。     

岩石力学三维有限元分析的代数多重网格求解法

多重网格法是一种求解由偏微分方程边值问题所导出的代数方程组的快速算法，几何多重网格法存在某些缺陷，影响它的推广应用。采用代数多重网格法求解岩石力学三维有限元离散线性方程组，简要介绍代数多重网格三维粗网格形成方法与三维插值算子，利用研制的基于代数多重网格法的三维有限元程序进行一系列数值试验。结果表明：代数多重网格法求解各种复杂计算条件下岩石力学三维有限元方程时具有良好的收敛特性和较强的适应能力，计算效率远高于直接法求解器，为大规模岩土工程三维有限元分析提供一种快速有效的方法。     

有限元上限分析网格自适应方法及其工程应用

网格离散误差是有限元上限分析计算误差的主要来源。为了对计算网格进行优化,从而有效地降低数值离散误差,基于前沿推进网格划分技术并以单元内能量耗散率的相对大小为控制指标,提出了一种有限元上限分析的网格自适应策略。首先,引入前沿推进网格划分技术,实现在网格生成过程中对单元尺寸和形状的灵活控制;其次,将当前计算网格中各单元能量耗散率的相对大小转化为新计算网格中单元尺寸的分布信息,并以此指示新计算网格的生成,成功地实现了有限元上限分析计算网格的自适应优化;最后,通过算例分析验证了所提出方法的有效性。     

自适应有限元极限分析及岩土工程中的应用

为了探讨有限元法极限分析的网格自适应以及锥优化算法在Mohr-Coulomb材料极限分析中的应用,以屈服准则残余和变形为依据提出针对Mohr-Coulomb材料极限分析的有限元自适应策略。对局部网格自适应结合非结构三角形网格在数值极限分析中的表现进行了探讨。通过基于有限元的极限分析方法结合网络自适应寻找潜在滑移面,从而极大程度地提高了数值计算精度。数值算例证明了所提出极限分析网格自适应准则的有效性以及在岩土极限分析中的应用前景。     

RC梁不同加固方法的有限元分析研究

利用ANSYS对混凝土梁的三种不同加固方法进行有限元分析,对加固前后梁的非线性性能、正截面受弯承载力、挠度变化进行了分析研究。结果表明:混凝土梁破坏时碳纤维加固梁的挠度最大,钢板加固梁的挠度最小,而碳纤维复合钢板加固梁则居于两者之间,三种加固梁的受弯承载力都有较大的提高。     

基于二维自适应hp有限元的自然电位高精度计算

将自适应hp有限元方法引进到自然电位的计算中。采用基于参考解投影型插值后验误差估计的自适应hp策略引导网格hp细化。利用该方法求解二维轴对称条件下的自然电位的矢量势方程,分析三层模型下的井径、钻井液、目的层电阻率、目的层厚度、侵入带半径和侵入带电阻率等因素对自然电位的影响规律。同时,计算五层介质和两层旋度源等复杂条件下自然电位。结果表明,该方法用较少的自由度获得较高精度的数值解,在计算精度和效率方面明显优于其他数值方法。     

岩体破坏过程数值模拟中网格单元力学参数赋值的研究

基于非均质岩体力学参数具有空间变异二重性,应看成是空间随机场这一观点,将地质统计学中有关随机场的空间变异性分析和估值原理与随机场的离散相结合,对岩体破坏过程数值模拟中网格单元力学参数的估值做了探讨,并进行了实例计算模拟.该方法作为一种空间随机场方法,与现有的统计分布加随机赋值法相比,可克服后者只注重随机性而忽视结构性的缺点,从而能使赋值更真实地再现非均质岩体力学参数所具有的空间变异二重性特征.     

钢筋混凝土双肢剪力墙非线性静力有限元分析

利用有限元软件ABAQUS中的混凝土损伤塑性模型,采用分离式方法建立有限元模型,对钢筋混凝土双肢剪力墙进行了非线性分析;在与试验结果进行对比分析的基础上,选取了用于钢筋混凝土剪力墙非线性有限元分析的材料破坏准则和本构关系进行建模;通过数值计算,分析了轴压比、墙连梁跨高比、墙分布钢筋配筋率、边缘构件配筋率对钢筋混凝土双肢剪力墙的承载能力、延性、破坏形态等的影响。结果表明:轴压比、分布钢筋配筋率和连梁跨高比对钢筋混凝土双肢剪力墙的受力性能影响较为明显;边缘约束构件配筋率对墙体的影响较小。     

自适应模型缩放非线性动力分析方法

提出一种基于模型损伤的自适应模型降阶动力分析方法。该方法在动力分析的每个分析步中根据损伤分布和损伤程度自适应地定义和调整模型子区域的缩放属性。针对模型缩小子区域,采用模态综合方法对其进行动力缩聚;针对模型放大子区域,采用精细化单元替换原有单元,最终形成混合坐标空间内的结构运动方程,通过求解缩减自由度之后的运动方程来提高计算效率。最后通过一个20层钢框架来验证该方法的有效性和适用性,数值结果表明,自适应模型缩放动力分析方法能够在满足模拟精度要求的同时,显著地提高非线性动力分析的计算效率。     

KT型相贯节点承载力有限元及设计方法分析

对KT型圆钢管空间相贯节点的极限承载力进行非线性有限元分析,揭示KT型相贯节点的受力性能。结果表明：在支杆轴力大小不同的情况下,随着支杆与弦杆直径比角、腹杆与弦杆直径比屉、支杆与弦杆厚度比τ1、腹杆与弦杆厚度比τ2和弦杆径厚比γ的变化,节点发生弦杆局部屈曲模式、腹杆轴向屈曲破坏和支杆强度破坏3种破坏模式;有焊缝的加强作用,节点承载力有所提高;分析支杆与腹杆轴力不同比值情况下的节点承载力,提出KT型节点承载力简化设计公式。     

新型叠合板拼缝构造措施的试验研究及有限元分析

为改善双向受力叠合楼板在拼缝处的受力性能,提出一种新的拼缝构造措施。并进行了1根无拼缝叠合模型板带、1根有拼缝但无拼缝加强措施的叠合板带及1根有拼缝且进行拼缝加强处理的叠合板带的静力加载试验。试验结果表明:拼缝不进行加强处理的叠合板易发生沿自然粗糙叠合面撕裂的现象;拼缝处设置的抗裂钢筋能有效抑制拼缝的开展,提高其极限承载力,但对开裂后刚度的影响较小。采用有限元程序ABAQUS 6.11对试验试件进行模拟计算,计算结果与试验结果吻合良好;通过数值计算,研究了拼缝数量变化对模型板带受力性能的影响,为深入开展预制带肋底板混凝土叠合楼板的研究提供参考。     

深基坑工程施工过程动态反演与变形预测的半解析分析

基于深基坑施工的特点，由半解析层单元建立了施工过程的动态反演和变形动态数值模拟分析方法，据此给出了各土层动态弹性模量的反演值，利用这些参数的反演值预测了各施工阶段的土层和支护结构的变形，预测值与实测结果具有良好的一致性。     

基于FLAC3D模拟的矿山巷道掘进煤岩变形破裂力电耦合规律的研究

首先通过FLAC3D软件对矿山巷道掘进过程中煤岩内部应力场分布规律进行了数值模拟,并提取了各个单元的应力值;然后根据数值模拟应力值和煤岩受压变形破裂过程中产生的电磁辐射(EME)强度与煤岩内部应力之间的力电耦合关系式研究了巷道掘进过程中产生的电磁辐射信号变化规律。研究结果表明:模拟应力值的变化规律与理论分析和现场实际围岩应力显现规律是一致的,从而说明该方法能正确模拟现场煤岩受采动影响时内部应力场的变化规律;将较大范围煤岩体单元当作电磁辐射源时的计算结果只比将应力集中区看作电磁辐射源的计算值大3%～8%,说明在现场监测到的EME强度反映的是应力集中区煤岩变形破裂的程度;EME强度在迎头沿着走向符合先逐渐增大达到峰值后再逐渐降低的规律,呈现出与煤岩内部应力变化相同的规律;随着迭代时间的增加,EME强度在同一监测点的变化关系先是逐渐增加,增加到一定程度后趋于平缓,反映了煤岩体内部应力的变化规律;巷道开挖后内部应力变化的快慢表现在EME强度的变化上。现场钻孔内不同深度EME强度测定结果基本上也呈现出与模拟结果相同的变化趋势,同时证明了力电耦合方法的合理性。     

全封闭屏蔽门刚架横梁的刚度分析和结构优化

针对全封闭屏蔽门刚架结构中的横梁进行有限元模拟,建立与实际工作状况相对应的多组力学模型,利用有限元软件研究其刚度和强度,并与弹性理论分析结果比较,验证其力学模型的可行性。在此基础上对原横梁结构进行优化设计,并提出切实可行的设计方案,为实际应用提供理论基础。     

基于FLAC2D模拟的矿山巷道掘进煤岩变形破裂力电耦合规律研究

通过FLAC^2D模拟了矿山巷道掘进过程中煤岩内部应力场的分布规律；根据提取的模拟计算应力值和煤岩受压变形破裂过程中产生的电磁辐射强度与煤岩内部应力之间的力电耦合关系式，对巷道掘进过程中产生的电磁辐射信号变化规律进行了研究。研究结果表明：电磁辐射模拟计算值在巷道中间高度的电磁辐射信号是最强的；在不同的加载应力下，监测点接收的电磁辐射模拟计算值也有较大的差别，加载应力越大，产生的电磁辐射信号越强；监测点接收的电磁辐射模拟计算值随着频率的增加而呈幂率关系下降；将应力集中区域看作电磁辐射源区是可行的。研究成果为煤岩灾害动力现象电磁辐射监测技术的研究提供了一种新的研究思路和方法。     

多层钢框架升板施工仿真模拟软件的开发与应用

以大型通用有限元分析软件ANSYS为开发平台,以结构非线性分析方法为基础,利用参数化有限元分析技术开发多层钢框架结构升板施工模拟软件。利用自主开发的计算机仿真软件,采用节点约束释放技术可以方便地了解钢结构升板过程中构件的内力和变形,通过对3～6层钢框架升板过程屈曲载荷的分析,找出升板过程中结构的薄弱位置所在,为结构设计和结构吊装方案的选择提供技术支持。     

大型洞室群稳定性分析与智能动态优化设计的数值仿真研究

 为实现数值仿真计算结果能准确反映大型洞室围岩实际力学行为,结合锦屏二级水电站地下厂房枢纽洞室群稳定性分析,在阐述大型地下洞室群数值仿真计算要点基础上,首先重点从岩体本构模型识别和力学参数识别2个方面详细介绍如何实现数值仿真计算的正确化。采用考虑空间分布协调的多元监测信息的6次岩体力学参数跟踪识别,获得锦屏二级地下厂房岩体的等效力学参数,从而通过参数反分析的方法在一定程度上证明岩体等效力学参数具有相对稳定性和可识别性。同时,结合数值模拟展现出的围岩应力、变形、塑性区等方面计算结果与工程岩体的具体地质条件和洞室群结构特点,论述锦屏二级水电站地下厂房上游高边墙变形较大、下游侧拱围岩与喷混凝土破坏、母线洞环状开裂、交叉洞口局部塌落等洞室围岩的变形与破坏机制。最后,结合锦屏二级地下厂房枢纽洞室群稳定性分析与实践的研究认识,对大型地下洞室修建中诸如结构面密集的高边墙支护问题、围岩应力集中区支护问题、工程区地下水对围岩稳定性影响等问题进行论述,并探讨如何通过数值仿真计算、现场监测与经验丰富的专业人员的有机结合来实现大型地下洞室群稳定性设计的科学化。     

单轴压缩煤岩变形破裂电磁辐射与应力耦合规律的研究

利用实验研究、理论分析和数值模拟相结合的方法，研究了单轴压缩条件下煤岩变形破裂过程中产生的电磁辐射(EME)强度与煤岩内部应力之间的耦合规律。在煤岩材料损伤特性和强度统计理论的基础上，研究了受载煤岩变形破裂的三维力．电耦合本构关系，从理论上分析了煤岩变形破裂过程中电磁辐射强度和脉冲数与加载应力之间的关系，认为它们之间的关系可以用多项式来表征。煤岩变形破裂过程中的力-电耦合计算结果表明：EME先是逐渐增加，达到一个峰值后快速降低，这与实验测定结果的趋势是一致的：加载速度越大，EME信号也越强：随着煤岩样品强度的增加，EME也是逐渐增大的，其中强度最高的砂岩产生的EME强度也最大，以下依次是泥岩、硬煤和中硬煤。这些都说明采用的模型和计算方法是合理的，可以有效地模拟煤岩单轴压缩过程电磁辐射信号的变化规律。