套管变形的弹塑性有限元分析

在考虑油田注水因素产生的压力变动及不均匀性因素的基础上，通过建立存在上下油层压力差以及两向地应力差的带有射孔的套管受力模型，采用有限元方法研究了地下一段套管的损坏变形情况．分析结果表明，随着各种外载的逐渐增加，套管水平截面逐渐由圆形变成椭圆形，在最大地应力处套管有凹入，在最小地应力处套管有凸出．有关结果将对套管损坏的进一步研究与防治具有一定的理论意义。     

砂土内在各向异性的本构模拟

基于砂土的应力-应变-强度关系受土骨架结构朝向和主应力方向间相对关系影响,相同状态砂土在三轴压缩条件下剪切膨胀,在三轴拉伸条件下剪切收缩的研究.介绍一个模拟砂土内在各向异性的本构模型.模型采用描述材料内在各向异性的二阶对称组构张量和各向异性状态变量(组构张量和应力张量的联合不变量)描述土的各向异性.在e-p平面,临界状态线不固定,而与各向异性状态变量相关.塑性模量也与各向异性状态变量相关.模型能在很大应力和密度变化范围内模拟砂土的剪缩和剪胀行为,特别是主应力方向和土骨架结构朝向间夹角对砂土性质的影响.模拟结果与实验数据吻合.     

Numerical study on deformation and failure of reinforced sand

In order to investigate the deformation and failure of reinforced sand, and the reinforcing mechanism of flexible and rigid reinforcement, a set of plane strain compression tests of dense Toyoura reinforced sand with planar reinforcement of a wide range of stiffness were analysed by a nonlinear finite element method. The analysis was incorporated into an energy-based elasto-plastic constitutive model for sand to develop a stress path-independent workhardening parameter based on the modified plastic strain energy concept. Numerical results indicate that the global stress-strain relations of sand specimens are reinforced by using relatively flexible and rigid reinforcement, and an unreinforced sand specimen can be reasonably simulated by the current finite element method. It is also found that the reinforcing mechanism and progressive failure with a development of shear bands in reinforced sand can be reasonably examined by the finite element method.     

钙质砂中静力触探试验的大变形有限元模拟

静力触探试验（CPT）被广泛用于确定无黏性土的力学性质,现有研究集中在普通石英砂,由CPT贯入阻力推测钙质砂强度特性的成果很少。钙质砂的峰值内摩擦角一般高于石英砂,内摩擦角和剪胀角随应变的变化也不同于石英砂。采用任意拉格朗日欧拉公式的大变形有限元方法,模拟石英砂和钙质砂中CPT的完整贯入过程,有效避免了锥尖周围的网格扭曲。引入修正摩尔-库伦模型描述石英砂和钙质砂强度发挥与塑性剪应变的关系,由弯曲元和三轴排水试验确定本构模型参数。数值模拟得到的锥尖贯入阻力与离心机试验结果吻合,表明建立的数值模型能够模拟钙质砂中的CPT试验。     

定常Navier-Stokes方程的Newton两层稳定化有限元方法

针对低阶协调有限元对Q1-P0,P1-P0,对二维定常不可压缩Navier-Stokes方程,提出了建立在局部压力投影上的一类Newton两层稳定化有限元方法。在网格尺度为H的粗网格上,求解一个小型的非线性Navier-Stokes问题,在网格尺度为h的细网格上,求解一个大型的Stokes问题,如果选取h=O（│lg1/h│1/2H3）,则Newton两层稳定化有限元方法和通常在细网格上求解大型Navier-Stokes方程的稳定化有限元方法有着相同的收敛精度,但是Newton两层稳定化方法更简单。     

矩形地基厚板的有限变形动力学方程

以有限变形连续体的最小加速度原理为基础,导出了在任意横向动力载荷作用下各类典型工程边界条件下放置于地基上的矩形厚板的有限变形运动方程,该方程反映了横向剪切效应、膜力效应和转动惯性效应;其退化形式符合公认的结果。所采用方法具有推导过程直接、简便、结果正确的特点。所得到的运动方程与几何方程、本构方程等构成地基厚板的有限变形动力控制方程,从而于分析板的大变形冲击动力学问题具有意义。     

一类高维非线性色散耗散波动方程的有限元分析

非线性色散耗散波动方程 ,可以用来研究非线性弹性杆中纵向形变波传播及弱非线性作用下空间变换离子声波传播问题 .有限元法是现代数值分析求解各类偏微分方程的重要方法之一 .它具有网格剖分灵活 ,适用区域广泛 ,精度高等特点 .对一类高维非线性色散耗散波动方程 ,运用有限元数值分析方法 ,给出了问题的变分形式和有限元解空间 ,构造了半离散有限元格式和非线性全离散有限元格式 .证明了这两个有限元格式解的存在唯一性 .特别是对非线性全离散有限元格式 ,为了能运用Brouwer不动点原理和压缩映射原理 ,定义并证明了一个压缩映射 .最后 ,利用椭圆投影 ,对这两个格式进行了误差分析 ,得到了有限元解与原方程精确解间的最优L2 模和H1模误差估计     

Variation of hydraulic gradient in nonlinear finite strain consolidation

In the research field of ground water, hydraulic gradient is studied for decades. In the consolidation field, hydraulic gradient is yet to be investigated as an important hydraulic variable. So, the variation of hydraulic gradient in nonlinear finite strain consolidation was focused on in this work. Based on lab tests, the nonlinear compressibility and nonlinear permeability of Ningbo soft clay were obtained. Then, a strongly nonlinear governing equation was derived and it was solved with the finite element method.Afterwards, the numerical analysis was performed and it was verified with the existing experiment for Hong Kong marine clay. It can be found that the variation of hydraulic gradient is closely related to the magnitude of external load and the depth in soils. It is interesting that the absolute value of hydraulic gradient（AVHG） increases rapidly first and then decreases gradually after reaching the maximum at different depths of soils. Furthermore, the changing curves of AVHG can be roughly divided into five phases. This five-phase model can be employed to study the migration of pore water during consolidation.     

Influence of load capacity on hydrostatic journal support deformation in finite element calculation

Based on the application of the four-oil-pad radial hydrostatic bearing in heavy equipments, the deformation of the four-oil-pad radial hydrostatic bearing was calculated by using the finite element method. The formula of film stiffness, film thickness and carrying capacity were established; the influence of the main parameters, such as load, load area and deformation on the supportability was analyzed; and the capacity of the two kinds of bearings was compared. The result shows that the carrying capacity of typeⅠ is prior to that of type Ⅱ . Calculations provide a theoretical basis for the bearing choosing and structure designing in the actual project.     

基于有限元的矿用潜水泵叶轮的应力与变形分析

叶轮作为矿用潜水泵的重要部件,对其进行应力及变形分析,可为提高潜水泵的性能,优化叶轮结构,指导设计生产提供参考依据。利用有限元分析软件ANSYS 13.0,从矿用潜水泵实际运行工况出发,对潜水泵叶轮在耦合载荷作用下的应力及变形情况进行分析。分析结果表明:在耦合载荷作用下,叶轮径向、周向、轴向应力以及第一主应力远小于叶轮材料强度极限;最大变形位置在叶片与叶轮外缘前后盖板之间的流道上。该分析结果有利于分析叶轮变形失效原因,校验叶轮受力及设计合理性,并且为潜水泵叶轮的优化设计提供了充分的理论依据。     

Numerical simulation of strain localization and damage evolution in large plastic deformation using mixed finite element method

An investigation of computer simulation is presented to analyze the effects of strain localization and damage evolution in large plastic deformation. The simulation is carried out by using an elastic-plastic-damage coupling finite element program that is developed based on the concept of mixed interpolation of displacement/pressure. This program has been incorporated into a damage mechanics model as well as the corresponding damage criterion. To illustrate the performance of the proposed approach, a typical strain localization problem has been simulated. The results show that the proposed approach is of good capability to capture strain localization and predict the damage evolution.     

有限元-无限元法在重力坝应力分析中的应用

为考虑坝体-地基共同作用,建立了有限元-无限元耦合分析模型.首先介绍了二维问题中常用的单向无限单元的坐标变换式和位移函数,然后运用ABAQUS程序对一具有精确解的平面问题分别进行了有限元、有限元-无限元耦合分析,验证了引入无限元模拟无限域或半无限域问题的正确性和精确性.然后对KOYNA重力坝进行了静力计算分析,对有限元、有限元-无限元计算结果进行了比较.结果表明,基于ABAQUS的有限元-无限元法计算量小、精度高,为求解类似的无限域或半无限域问题提供了简洁、合理、精确的计算方法.     

有限变形梁和圆板的动力学基本控制方程

以有限变形连续体的最小加速度原理为基础,分别导出了在任意横向动力载荷作用下,各类典型工程边界条件下的梁,和在任意轴对称横向动力载荷作用下,各类典型工程边界条件下的圆板的有限变形运动方程。该方程反映了膜力效应和转动惯性效应;推导过程直接、简便、不易出错,同时指出,所得到的控制方程对于描述有限菜的冲击动力学问题是适宜的。     

粉性土路堤变形的有限元分析

粉性土路堤在不同行车荷载、不同压实度、不同填筑高度下的变形和应力有限元计算结果表明:超限车辆引起粉性土路堤的过大变形是导致半刚性沥青路面结构疲劳开裂的重要因素.路堤填筑高度大于8m后,路堤内的应力应变急剧加大,大大超过路基顶面的容许弯沉.提高粉土路基的压实度,特别是提高90 % ,93%区的压实度能有效地降低路基的变形,改善路面结构的疲劳拉应力状况     

体外预应力混凝土梁非线性有限元数值建模分析

体外预应力混凝土结构在新建结构和旧有结构加固方面得到了广泛运用,由于其体外索和梁体在受力过程中变形不相协调的特点使计算比较困难,采用有限元进行数值分析是常用的一种方法．体外预应力混凝土结构有限元建模有其特殊性,如何建立有限元模型是正确分析的基础．本文详细介绍了如何运用ANSYS对体外体外预应力混凝土简支梁进行有限元建模及全过程分析,包括单元选取、本构关系的选用、网络的划分、计算的设置等,最后通过实例验证了该建模方法的正确性．     

高铁弹塑性地基振动与变形的2.5维有限元算法

针对高铁运行引起的地基振动和塑性变形问题,提出高铁荷载作用下弹塑性地基振动与变形的2.5维有限元算法。将高铁运行诱发的地基变形视为材料非线性问题,采用改进的摩尔-库伦模型模拟地基土,基于弹性地基2.5维有限元法,将通过弹性理论计算得到的位移作为试探位移,经摩尔-库伦屈服准则判定屈服后,引入切线刚度迭代法、后向欧拉积分算法和一致切线模量算法实现刚度矩阵的更新迭代,从而求解出高铁运行引起的塑性变形。在此基础上,将轨道视为Eular梁,采用修正的多频列车荷载模拟高铁列车运行,并使用黏弹性人工边界处理截断边界,建立高铁弹塑性地基振动与变形的2.5维有限元验证模型。通过与移动点荷载弹性半空间解析解和地面振动实测结果进行对比,验证本文弹塑性地基2.5维有限元法理论的正确性及模型应用的可靠性,表明该方法可用于高效求解高铁运行引起的地面振动及累积变形问题。     

重轨矫直变形过程的有限元模拟计算分析

采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,对重轨钢矫直过程进行了有限元模拟研究.重轨在计算机模拟矫直过程中,轨头、轨底、轨腰在各变形区内所产生的残余应力状态符合实际矫直情况.计算结果表明,轨底、轨腰、轨头在不同的变形区内残余应力变化显著,其应力状态以拉-压-拉的形式变化.     

一种循环加载的弹塑性本构模型

建立了一种新的有限变形弹塑性理论-积分型带弹性区物质理论模型,并给出了具有幺模群对称性的有限线性带弹性区物质弹性响应泛函的线性化形式.最后,详细讨论了小变形下具有幺模群带弹性区物质理论应用在单轴应力作用的响应分析,尤其讨论了等幅单轴应力控制循环下的棘轮效应,并和实验结果比较.计算结果表明,我们提出的模型和Hassan等（1994）SS304不锈纲的实验结果非常接近和吻合.     

白莲崖拱坝坝肩稳定性有限元分析

系统介绍了非线性有限单元解决拱坝坝肩稳定分析方法的原理,分析了岩体和结构面的单元模式,阐明了岩体的屈服条件和岩体在各种受力状态下的本构方程,详细介绍了运用荷载增量迭代法求解岩体应力应变的方法,并根据应力应变计算成果,以岩体内任一断面的抗滑稳定安全系数Fs作为目标函数,通过优化计算,求得最小安全系数对应的最不利的可能滑动面,从而解决拱坝坝肩稳定问题。本文通过此方法对白莲崖拱坝坝肩稳定性进行计算,并对其坝肩稳定给出综合评价。     

考虑横向剪切变形厚球壳的位移型动力方程

本文基于考虑横向剪切变形的中厚壳的几何方程，物理方法及中面平衡方程，建立关于五个中面位移为五年独立变量的中厚壳的位移型动力方程。该方程退化为中厚球壳及薄壳的位移型动力方程的正确性说明所推导方程的有效性。