单层网壳结构弹塑性屈曲分析的离散单元法研究

该文提出离散元塑性区法,即将任意2个球元的接触截面划分成若干小面积,通过各小面积的应力状态描述整个截面的塑性发展过程,较离散元塑性铰法更精确。该文推导了杆系离散元截面应变增量计算公式,建立了截面在三维应力-应变状态下的结构弹塑性本构方程、加卸载准则、截面内力积分公式以及计算分析流程。离散元弹塑性屈曲分析的追踪策略与弹性屈曲分析完全相同,即仍采用离散元力控制法或位移控制法。采用Fortran语言自编程序对若干单层网壳结构算例进行弹塑性屈曲分析,验证了离散元塑性区法的正确性和适用性,拓宽了离散单元法在工程领域的应用范围,为结构分析提供了新路径。     

基于GPU的杆系离散元并行算法在大型工程结构中的应用

杆系DEM(离散元,discrete element method)是求解结构强非线性问题的有效方法,但随着结构数值计算规模的扩大,杆系DEM所需要的计算时间也随之急剧膨胀.为了提高杆系DEM的计算效率,该研究提出单元级并行、节点级并行的计算方法,基于CPU-GPU异构平台,建构了杆系DEM并行计算框架,编制了相应的几...     

基于杆系模型的磁流变阻尼结构弹塑性动力反应分析

磁流变阻尼器(MRD)是一种性能优越的半主动控制装置。首先推导了设置有MRD框架结构中MRD的位置矩阵,然后将框架结构简化为杆系模型,用MATLAB编制了加入MRD的框架结构的弹塑性动力时程分析程序,分别计算并对比了框架结构在未控和有控下各层的位移、加速度响应和各杆端塑性铰分布情况。结果表明,设置MRD的框架结构各层位移和加速度响应显著减小,其中位移的减震效果优于加速度的减震效果,同时杆件屈服数量相应减少。     

一类周期结构的部分组集有限元法及静动力分析

本文分析了周期结构经有限元离散所形成系数矩阵的元素分布，提出部分组集的有限元法；随后将块ＳＯＲ、块共轭梯度等方法用于求解相应的线性代数方程组，并以此改造求解大型特征值问题的Ｌａｎｃｚｏｓ算法。这些工作使得在一类周期结构静动力分析中能够避免对大规模代数方程组的直接计算。算例表明这些工作大大降低了所需内外存空间     

长输管道悬索跨越结构静动力性能的有限元分析

应用ANSYS有限元程序,建立长输管道悬索跨越工程原型和1∶8试验模型的有限元计算模型,对有限元计算模型进行静力、模态和地震反应的有限元分析。结果表明:静力计算和模态分析中,计算结果与试验结果吻合很好,2个有限元模型的计算结果能较好地满足模型设计相似比,试验模型能较好地反映原型结构的性态;地震反应分析和试验中,输入的最大横向和竖向地震反应加速度折合原型均超过0.4g,但模型构件未发生破损,结构体系保持稳定,表明悬索跨越结构具有抗御地震烈度9度而保持使用功能的能力,但有限元模型地震反应计算结果与试验实测值之间存在着一定差异,分析了造成差异的原因。     

模拟软弱夹层动力特性的薄层单元及其工程应用

在有厚度的Goodman单元模型基础上,借鉴Desai构筑接触面单元的思想,提出了一种能够模拟夹层静、动力特性的薄层单元。在求解过程中,利用混合迭代,比较高效率地实现了超余应力调整与嵌入调整统一迭代,加快了迭代速度,为工程应用奠定了基础。利用这种夹层单元对某重力坝的抗震稳定进行了分析,分析结果表明该重力坝的动力稳定由坝前的软弱夹层T₃^2-3控制,抗震安全系数约为2.50。     

动载荷识别的时间有限元模型理论及其应用

本文利用广义正交多项式作为时间有限元的形函数,推导了基于时间有限元的动载荷识别模型.成功地将时域下动载荷识别的复杂逆卷积关系转变为广义正交域的线性算子逆运算,这种模型识别精度高,抗干扰能力强,具有良好的计算稳定性,尤其适用于具有短时间样本的冲击类型动载荷识别,使该类问题在工程应用时的复杂程度大大降低,具有较高的工程应用价值.该方法为结构动力学逆问题的研究提供了一种新的技术途径.     

弹性DEM方法在杆系结构中的应用研究

基于颗粒离散元方法（DEM）,结合杆系结构的特点,提出了一种适于杆系结构问题分析的DEM模型。对颗粒元相应的质量和转动惯量计算公式进行了修正;通过能量等效原理推导了杆系DEM模型分析时弹簧接触刚度系数表达式;将瑞利阻尼引入到DEM方法之中,给出了阻尼常数计算公式并用算例进行了验证。将该方法应用于杆系结构弹性分析,包括静动力与几何非线性大变形问题的空间框架结构和网壳结构等多个算例,计算结果与有限元方法结果吻合良好。DEM方法的特点是将动力分析和几何非线性分析自动包含在运动方程的计算之中,不用组集刚度矩阵,无需迭代求解。杆系DEM模型非常适宜处理杆系结构大变形及动力非线性问题,尤其是在结构进入强非线性之后的模拟分析。     

基于静动力的在役钻机井架承载性能研究

井架作为石油钻机的重要承载设备,其承载性能直接关系到整套钻机系统的安全运行。为了准确预测安全承载能力,综合考虑静动力学特性,提出了联合静动力的分层次模型修正方法。在灵敏度分析和工程经验的基础上,以反映结构性能参数的残差最小作为目标函数,构建优化修正模型,利用一阶搜索优化算法实现模型修正问题的求解。以某在役海洋钻井平台使用的井架为例进行分析,结果表明修正后的模型能全面、正确地反映结构的静动力特性,验证了该方法的可行性和必要性。基于此,利用修正后的模型动态模拟钻井加载工况、分析多遇地震响应以及进行偶遇极端工况下的双重非线性分析,从而预测了井架的失稳状态、破坏形式和极限承载能力。为在役钻机井架的安全承载能力预测和和抵抗突发恶劣工况的预报提供一个新思路,具有一定的实用价值。     

超长复杂基础隔震结构静动力特性温度相关性研究

环境温度变化会引起超长基础隔震结构响应与动力特性发生改变。基于某超长复杂基础隔震结构健康监测系统实测的隔震层温度、隔震支座水平位移及上部结构加速度响应数据,分析了环境温度对隔震支座水平位移及结构动力特性的影响规律。首先,从理论上分析了温度对隔震支座水平位移的影响机理,并对隔震层温度与隔震支座水平位移进行了相关性分析。同时,对环境温度对基础隔震结构动力特性的影响机理进行了理论分析,并结合隔震支座温度相关性试验结果,对结构动力特性与环境温度的相关性分析结果进行了验证。结果表明,环境温度与隔震支座水平位移具有较强相关性;环境温度与隔震结构动力特性的相关性分析结果与隔震支座温度相关性试验所得到的结果具有较好的一致性;最后,通过参数回归分析,给出了超长复杂基础隔震结构隔震支座水平位移、模态频率的温度相关性模型,并给出了温度对超长复杂基础隔震结构模态频率的影响系数曲线,为准确、合理评估隔震结构的性能状态提供依据。     

基于离散元法的脆性岩石细观蠕变失稳研究

为从细观角度探究脆性岩石的蠕变失稳过程及失稳机理,该文基于三维颗粒流程序（PFC^3D）考虑岩石的时效变形损伤过程,引入岩石细观单元时效损伤的应力腐蚀模型,建立了基于离散元方法的岩石时效变形损伤破裂模型,并通过单轴压缩及单轴蠕变的室内实验和数值模拟对比验证了所建立的时效变形损伤破裂模型的合理性。数值模拟再现了岩石的初始蠕变、稳态蠕变和加速蠕变三个蠕变阶段,同时模拟结果表明,在单级加载条件下,随着应力水平提高,稳态蠕变应变率显著增大,岩石蠕变失效时间逐渐缩短,初始轴向应变、初始侧向应变和初始体应变不断增大,且细观裂纹扩展形式与单轴压缩破坏形式基本相同,都是以拉伸裂纹为主,裂纹的增长速率随着时间增加而不断增大,尤其在第三蠕变阶段裂纹增长速率迅速增大;在分级加载试验过程中,模型的轴向应变、侧向应变和体应变以及裂纹最终扩展形态与单级加载基本相同;此外将三维蠕变模拟结果与二维模拟结果进行对比,结果显示三维模型拟合程度更高。     

塑性大变形有限元静水压力的改进算法

本文针对塑性大变形有限元中静水压力计算精度低的问题,研究了三维八节点等参元的偏应力导数佳点,提出了一种改进的静水压力间接积分算法。将该算法应用于金属塑性成型过程的有限元模拟,较好地解决了大步长情况下应力计算精度低的问题。