基于两类横缝接触模型的拱坝非线性动力响应研究

本文基于主、从接触面的接触边界方法，采用限制接触面切向滑移的弹簧单元，模拟切向完全约束的高拱坝横缝在地震动荷载作用下张开、闭合的非线性力学行为，并应用有限元隐式迭代方法求解结构的动力响应。为了适应拱坝计算，文中对基于接触边界的ABAQUS模型进行了功能扩展，包括引入弹簧单元约束切向滑移、嵌入有限元库水附加质量等。通过讨论接触边界与接触单元模型的有限单元格式，比较了两类接触模型的特点。分别采用该模型与基于接触单元法的ADAm88模型模拟某拱坝的动力响应，两者得到了基本一致的规律：结点位移与横缝开度吻合良好，动位移与开度时程反映出相同的动力响应周期，二者都反映出横缝张开引起的拱向拉应力释放和梁向应力的增加。通过计算验证了ABAQUS模型在拱坝动力计算方面的适用性，说明该模型适合作为一个扩展平台嵌入其他的本构、边界模型以全面模拟实际拱坝的动力特性。     

一种薄层接触单元的开发及FLAC~(3D)实现

随着土木水利行业的蓬勃发展,出现越来越多岩土-结构相互作用的问题。虽然目前国内外学者研究出很多种类的接触面本构模型,但大多软件中的接触面模型甚为简单,如此便限制了软件对接触面问题的模拟。FLAC3D软件中的interface单元是简单的库伦滑移型无厚度接触单元,不能模拟接触面所能表现出的例如应变软化等特性。鉴此,基于塑性力学,首先提出了一种弹塑性本构模型。然后基于VC++语言,将此模型开发成适用于FLAC3D软件的薄层实体单元。最后用三个数值算例验证了所开发的单元和本构模型能反映接触面在弹性阶段的非线性,在塑性阶段的应变软化、大变形、法向剪胀及拉伸破坏等特性。用所开发的新单元代替原有的interface单元能提高FLAC3D模拟复杂接触特性的能力。     

一种薄层接触单元的开发及 FLAC^3D实现

随着土木水利行业的蓬勃发展,出现越来越多岩土-结构相互作用的问题。虽然目前国内外学者研究出很多种类的接触面本构模型,但大多软件中的接触面模型甚为简单,如此便限制了软件对接触面问题的模拟。FLAC3D软件中的interface单元是简单的库伦滑移型无厚度接触单元,不能模拟接触面所能表现出的例如应变软化等特性。鉴此,基于塑性力学,首先提出了一种弹塑性本构模型。然后基于VC＋＋语言,将此模型开发成适用于FLAC^3D软件的薄层实体单元。最后用三个数值算例验证了所开发的单元和本构模型能反映接触面在弹性阶段的非线性,在塑性阶段的应变软化、大变形、法向剪胀及拉伸破坏等特性。用所开发的新单元代替原有的interface单元能提高FLAC3D模拟复杂接触特性的能力。     

面板堆石坝中接触面静力数值模型计算参数研究

土与结构接触面受力、变形等问题一直是水利、土木领域的重难点问题之一,是更好更合理的解决土与结构相互作用的前提。在现有的计算模型中为了更好的模拟面板堆石坝中面板与堆石体之间的接触,本文通过静力数值模型研究了无厚度goodman接触面单元的法向和切向刚度的合理取值范围。结论认为无厚度good鄄man接触面单元的法向刚度取值为相邻材料弹模的50—100倍,计算模型法向刚度与初始切向刚度的关系取Kn=2.5Ks.时可以更好的反应土与结构两者的受力及变形协调问题。     

基于接触模型的重力坝稳定分析

重力坝的深层抗滑稳定是大坝安全重要内容之一。基岩中的软弱结构面是造成大坝失稳的关键因素。采用接触单元模拟坝基结构面的法向和切向行为,通过分析不同折减系数下接触面的滑移状态和关键点的位移变化规律来综合评价坝基的稳定性。以中国某重力坝为例,建立三维非线性有限元模型,分析了在不同折减系数下坝体-地基系统的接触面滑移状态、关键点位移变化规律,并对大坝的稳定性进行了综合评价。     

考虑混凝土衬砌板与冻土接触非线性的渠道冻胀数值模拟

旱寒灌区渠基土中水分在温度梯度作用下向冻结锋面迁移聚集并冻结膨胀,使其上混凝土衬砌板冻胀破坏,以往的线弹性分析方法在数值模拟中将冻土与混凝土衬砌板视为一体,无法反映两者之间的滑移。本文采用符合冻土与混凝土接触面冻结特性的非线性本构模型来合理反映两者的相对滑动及脱离,考虑混凝土的弹塑性及其与冻土的接触非线性,建立能反映混凝土板从弹性到塑性屈服失效过程的渠道冻胀破坏数值模型,并对冻胀过程进行分析。结果表明,未考虑接触非线性的切向冻结力会超过混凝土与冻土最大冻结强度,不符实际;而考虑接触非线性的数值模型更能反映衬砌渠道冻胀破坏过程,更能合理解释渠道冻胀破坏位置在渠底中间和阴阳坡靠近渠底1/3板长处,切向冻结力、法向冻胀力最大值较未考虑接触非线性的要小约50%且分布更均匀。     

进水塔基础接触面力学模型对塔体结构应力的影响

用ANSYS中的接触单元分析进水塔基础接触面力学模型对塔体结构应力影响;经分析,基础接触面的力学模型对扬压力作用的影响非常明显,对地基反力、地震作用影响很小;接触面力学模型对塔体结构应力影响主要表现在底板部位;接触单元的接触面与目标面易发生相互嵌入而产生应力增加或降低的假象,因此,对接触单元的应用一定要慎重。     

插入式混合坝接头部位有限元静动力分析

针对混合坝接头部位地震分析比较少，笔者选择了插入式混合坝进行研究，在混凝土刺墙与粘土心墙两种材料接触面上用极薄层单元来模拟，选用沈珠江弹塑性模型和等价非线性粘弹性模型。通过对混合坝进行有限元静力和地震计算，详细分析了混合坝连接处各个接触面上的静动力反应，并给出了插入式混合坝接头部位抗震措施。     

考虑结构与加锚岩体联合受力的船闸闸首抗震性能研究

为研究地震作用下结构与加锚岩体的非线性接触对闸首抗震性能的影响,以某双线五级船闸的第一级闸首为例,在ADINA有限元软件中建立库水-结构-锚杆-基岩动力相互作用的整体三维有限元模型,基于约束函数的非线性接触单元模拟了闸首结构中的各类接触问题,采用动力时程分析方法模拟了地震作用下闸首结构的动力响应、锚杆受力的分布规律以及不同接触面的接触状态。结果表明:设计地震作用下闸首各边墩均向航槽侧变形,位移沿高度方向递增；锚杆轴向拉应力的最大值小于其抗拉强度；不同介质间的接触面上部有往复开合的现象,接触面最大张开度沿高度方向递增,地震结束时接触面恢复到震前的紧贴状态；设计地震作用下该船闸闸首的结构变形、结构应力、锚杆受力情况及接触面接触状态均满足规范要求,具有良好的抗震性能。     

接触摩擦问题的扩展有限元数值模拟方法

研究了采用扩展有限元法分析接触摩擦问题的方法。该方法基于单位分解思想,在位移插值形式中引入不连续函数和裂尖渐近位移场函数分别反映接触面的不连续性和接触面端点的奇异性;根据虚功原理建立有限元支配方程,接触面不连续函数积分采用分区高斯积分的方法。扩展有限元法在分析接触问题时不需要引入接触面单元,接触面可以位于单元内任意位置。因此该方法在分析接触摩擦问题以及压剪裂纹的开裂扩展时有显著的优势。