岩石冲击破坏的流形元与有限元模拟对比分析

流形元是新出现的一种被较为广泛地应用于材料破坏模拟的数值分析方法。为了验证该方法在材料破坏模拟中的有效性,分别利用流形元与有限元两种不同的数值方法对岩石冲击破坏过程进行了模拟分析。模拟结果表明,流形元法对材料破坏的模拟结果更符合实际情况,这主要是由于该方法采用了两种不同的覆盖系统——数学覆盖和物理覆盖,并引入能够客观反映材料裂纹的产生与扩展准则,以及相应的块体运动理论。流形元的出现有望对材料破坏模拟开创出一条新的途径。     

基于覆盖细化的数值流形法及其在裂纹扩展中的应用

数值流形法是一种基于数学覆盖和物理覆盖的双重覆盖方法,权函数设于数学覆盖上,而位移函数设于物理覆盖上。该文提出了一种基于数值流形法的覆盖细化方法,用来解决二维裂纹扩展问题。对某一待细化流形单元,其加密点是预先确定的,并非所有流形单元均需细化,只有满足一定条件的裂纹前缘单元才有必要进行覆盖细化。所有的细化均基于数学覆盖,覆盖细化过程对于裂纹前缘单元的不同边界条件是不同的。在流形单元进行覆盖细化后,将会产生新的数学覆盖以及相应的物理覆盖和单元。同时,节理环路和接触信息也需要做相应的修正。选取三个常见裂纹扩展的算例进行比较分析,计算结果表明,该文的覆盖细化方法是可行的,相对于原始流形单元而言,裂纹尖端可以处于单元内部,覆盖细化方法获得更高的精度,而不显著地增加未知自由度。     

节理性质对岩体爆破破坏模式影响的数值分析

针对目前常用的有限元和离散元等数值方法难以客观反映岩体中存在的大量断续节理和在外力作用下岩体破碎及块体运动的不足,提出了采用数值流形方法以解决目前岩体爆破模拟中存在的上述问题.数值流形方法采用数学网格与物理网格以形成求解流形单元,因而很容易反映岩体中存在的众多初始节理,采用断裂力学准则以模拟节理、裂纹扩展,采用DDA中的块体运动学理论以模拟块体运动.最后通过算例对比分析了完整岩体和节理岩体爆破破坏模式的差异,说明了节理存在对岩体爆破破坏模式有着重要影响,且其影响程度与节理的几何分布及物理力学性质有着密切关系.     

用基于流形元的子域奇异边界元法模拟重力坝的地震破坏

本文提出了用流形无法和子域奇异边界元法相结合模拟结构地震响应及地震破坏的方法。流形元法的独特的网格及接触的处理方式,使该方法不仅可以象有限元法那样精确地分析结构的变形和应力,还可以象ＤＤＡ、ＤＥＭ等不连续分析方法那样模拟不连续面的接触和块体的运动．本文将Ｎｅｗｍａｒｋ法引入流形无法,使得该方法可以直接用来分析动力学问题。与作者提出的子域奇异边界元法相结合,可以模拟裂缝沿任意方向扩展及结构的地震破坏问题。对Ｋｏｙｎａ重力坝进行了地震破坏模拟分析,很好地再现了该坝的破坏过程,模拟破坏形式及裂缝出现的位置与实际调查结果、实验结果及其他学者用模糊裂缝模型得到的破坏结果吻合良好。     

高阶流形方法及其应用

流形方法是一种可进行连续与非连续变形问题分析的灵活而有效的数值计算方法。本文详细地推导了二阶流形方法的具体计算列式,分别开发了一阶流形方法与二阶流形方法的计算程序．通过实例计算表明：提高覆盖函数的阶次可有效地提高流形方法的计算精度。     

一种提高数值解精度的新方法

本文探讨在数值流形方法中使用一种改进数值精度的数值方法，即通过提高数值流形方法中各物理覆盖上的覆盖函数的阶次来实现提高数值解的精度之目的，在整个过程中，单元网格保持不变。通过算例对本文的进行检验，数值结构表明了算法的正确性。     

数值流形方法用于岩石爆破数值计算的可行性浅析

数值流形方法是一种新的可综合用于求解连续与非连续介质力学的数值计算方法,通过对该方法的基本理论与求解思想的分析表明,该方法应用在岩石爆破数值模拟中是一个可行的数值分析方法,并对其在实际应用中应注意和需要解决的问题进行了分析,对其应用于实际具有参考作用.     

层压复合材料分层扩展分析的虚拟裂纹闭合技术及其应用

提出一种基于虚拟裂纹闭合技术的界面元模型,用以模拟复合材料的分层破坏和预测结构的承载能力。界面元被嵌入在模型分层扩展路径上,计算结构的能量释放率,结合幂指数破坏准则,模拟复合材料的分层扩展。对由于裂尖单元长度不同所带来的分析误差进行了适当的修正,以降低网格粗细变化所带来的不利影响。为了检验该界面元的可靠性,分别将其应用于对双悬臂梁(DCB) 模型、端边切口(ENF) 模型和混合模式弯曲(MMB) 模型的分层扩展分析中。计算结果与解析解基本吻合,从而验证了采用该界面元模拟复合材料分层破坏的可行性。用该方法对3个含有不同初始损伤复合材料T型接头的界面拉脱分层破坏进行数值模拟,计算结果与试验数据吻合良好。      

拆除爆破研究中数值分析方法的比较与选择

概述了数值分析法的分类。介绍了平面杆系有限元法、离散元法、数值流形法和不连续变形分析等几种数值分析方法。简单地讨论了平面杆系有限元法的分析步骤以及在拆除爆破中适于解决的问题 ;同时叙述了流形分析中采用的有限覆盖技术。通过分析和比较这几种方法在拆除爆破研究中的应用 ,作者认为 ,当前应用传统的有限元法进行爆破理论研究或拆除爆破模拟存在一些困难 ;离散元法用于拆除爆破理论的研究是可行的 ;不连续变形分析法对于拆除爆破模拟研究是一种具有良好前景的数值方法     

拆除爆破研究中数值分析方法的比较与选择

概述了数值分析法的分类。介绍了平面杆系有限元法、离散元法、数值流形法和不连续变形分析等几种数值分析方法。简单地讨论了平面杆系有限元法的分析步骤以及在拆除爆破中适于解决的问题 ;同时叙述了流形分析中采用的有限覆盖技术。通过分析和比较这几种方法在拆除爆破研究中的应用 ,作者认为 ,当前应用传统的有限元法进行爆破理论研究或拆除爆破模拟存在一些困难 ;离散元法用于拆除爆破理论的研究是可行的 ;不连续变形分析法对于拆除爆破模拟研究是一种具有良好前景的数值方法     

建筑物倒塌触地震动模拟研究

利用地基处理中夯锤对地面的冲击 ,模拟建筑物爆破倒塌触地产生的震动。推导了夯锤对地面冲击力的表达式 ,并分析了影响冲击力的因素。介绍了实测的地面质点振速及其波形 ,给出了根据实测数据拟合的振动速度公式以及本试验条件下公式中Ka、α系数的值。同时提出了减小建筑物倒塌触地震动的技术措施     

边坡拦砂坝动力反应计算实例

位于露天采矿场边坡水龙山—杨桃坞的拦砂坝是一种轻型钢筋混凝土结构坝,考虑到采矿生产经常爆破产生的动力荷载对坝的作用,将坝简化为单自由度体系作结构动力分析,借助于辛普森公式对坝的动力反应进行数值计算,得出动力反应位移和弹性恢复力的近似基本参数,为该坝的结构设计和在正常使用阶段考察其耐久性提供了重要依据。     

100m高烟囱拆除爆破冲击振动测试与分析

在新乡电厂百米钢筋混凝土烟囱爆破拆除工程中,布置了不同方向的两条测线共9个测点,量测了爆破和烟囱倒塌触地引起的地面质点振速和主振频率。从实测数据的分析认识到:烟囱顶部落地产生的冲击力最大,线状震源正前方测点的振速比其侧向测点的振速要大;烟囱倒塌触地产生的振动是各段筒体所产生的振动的叠加,它与各分段体的质量、位置高度、材质强度等因素有关;高大建(构)筑物落地冲击地振动的频率一般比爆破引起的地振动的频率要低;铺设缓冲材料、分段爆破等措施可减小触地冲击引起的地面振动强度。此外,利用实测数据进行拟合,得出了适用于描述本工程烟囱倒塌触地冲击地振动衰减规律的经验公式。     

80m钢筋混凝土烟囱的定向爆破拆除

在倒塌场地狭小的条件下,采用定向爆破的方法成功地拆除了一座80m高钢筋混凝土烟囱。文中介绍了爆破切口形状、位置和参数的选择,通过开挖减振沟、铺置缓冲层,减少了烟囱的触地振动,并使两侧厂房得到了有效的保护。     

面粉厂车间楼定向倾倒爆破

该楼体为框架结构,是车间楼和办公楼的结合体,由于加工面粉设备流程的需要,该楼同时承受动荷载和静荷载。楼体按照伸缩缝分为3部分,每部分的结构不相同,同部分不同层结构也各异。在爆破过程中严格控制各种参数,并采取有效的减振与防护措施,使此爆破工程在安全和质量上都达到了预期效果。     

基于离散单元法的群楼拆除爆破仿真模拟

基于青岛开发区一商场爆破工程,利用颗粒离散元法建立离散元网格实体模型,用多面体离散元法模拟分析拆除爆破中建筑物的倒塌过程。研发的网格实体模型详细模拟了建筑物从结构局部失稳到整体完全倒塌的整个过程,确定了爆堆轮廓线和爆堆尺寸,直观给出了爆破设计的效果。触地振动、冲击力变化分析结果表明:所给出的爆破方案可达到预期拆除爆破的效果,触地振动符合《爆破安全规程》要求;该模型可优化爆破设计,指导爆破施工,为建筑物拆除爆破的灾害预测与安全评估提供理论依据。     

基于离散单元法的群楼拆除爆破仿真模拟

基于青岛开发区一商场爆破工程,利用颗粒离散元法建立离散元网格实体模型,用多面体离散元法模拟分析拆除爆破中建筑物的倒塌过程。研发的网格实体模型详细模拟了建筑物从结构局部失稳到整体完全倒塌的整个过程,确定了爆堆轮廓线和爆堆尺寸,直观给出了爆破设计的效果。触地振动、冲击力变化分析结果表明:所给出的爆破方案可达到预期拆除爆破的效果,触地振动符合《爆破安全规程》要求;该模型可优化爆破设计,指导爆破施工,为建筑物拆除爆破的灾害预测与安全评估提供理论依据。     

爆破拆除楼房时塌落振动的预测

从十余栋楼房塌落振动综合实测中可见,峰值振速总是由楼房倒塌触地的姿态所决定,即可能发生在后支撑爆破楼房下坐、切口闭合或翻倒触地时,且峰值也不尽相同。由此,在量纲分析中引入重心下落高度,分别建立了楼房下坐、楼房切口闭合冲击和建(构)筑物整体翻倒触地振动的峰值振速经验公式,阐述了相应的楼房、建(构)筑物不同塌落振动原理,并从案例实测振速对数图峰值最大包络线中,摄取公式待定参数Kt、β,由此分别提出对应的峰值振速算法的计算公式,并阐明参数的物理意义和取值。预测地点振速可先按结构选取,高大烟囱、现浇剪力墙(包括前跨现浇剪力墙的框剪结构及13层以上的单向倾倒现浇框剪结构的前方预测点)的塌落峰值振速,选取算法(3)计算峰值振速。框架和其他框剪楼房塌落振动的峰值,可按触地姿态选取算法(1)和算法(2)计算,并选取算法中的较大计算值为预测的峰值振速。由于补充了算法(1)和算法(2),综合算法正确地反映了形成峰值振速的楼房触地位置和撞地冲击时重心改变的高度,因此振动原理较明确,由此提高了预测塌落振动的针对性和准确性。并结合观测实例进行了公式验证,证明了公式的合理性。     

150m高钢筋混凝土烟囱双向折叠爆破拆除

在倒塌场地狭小的条件下,采用双向折叠定向爆破的方法成功地拆除了150m高的钢筋混凝土烟囱。文中讨论了上、下爆破切口形状、位置和参数的选择,根据以往对两个120m烟囱倾倒过程图像资料的分析,确定了上、下爆破切口起爆时差。通过设置缓冲层和竹排栅,减小了烟囱触地震动,并控制了飞石和飞溅物。由于所选择的上、下爆破切口起爆时差过长,上段烟囱下坐时间为4 39s。     

150m高钢筋混凝土烟囱双向折叠爆破拆除

在倒塌场地狭小的条件下,采用双向折叠定向爆破的方法成功地拆除了150m高的钢筋混凝土烟囱。文中讨论了上、下爆破切口形状、位置和参数的选择,根据以往对两个120m烟囱倾倒过程图像资料的分析,确定了上、下爆破切口起爆时差。通过设置缓冲层和竹排栅,减小了烟囱触地震动,并控制了飞石和飞溅物。由于所选择的上、下爆破切口起爆时差过长,上段烟囱下坐时间为4 39s。