基于格构模型的岩石类材料开裂数值模拟

采用二维格构模型模拟岩石类材料的开裂过程。格构模型将连续介质离散为由弹性杆或梁单元组成的二维格构网格,单元采用简单的本构关系和破坏准则,单元之间的参数可互有差异,以引入材料的非均质性。在外载作用下对整体网格进行线弹性分析,计算出格构中各单元的局部应力,超过断裂阈值的单元将破坏,材料的破坏过程通过单元的依次破坏来模拟。使用格构模型分析了单轴拉伸破坏和单边切口梁的剪切破坏。数值模拟结果表明,格构模型可作为岩石、混凝土类材料开裂分析的一种有效方法。     

非局部非弹性损伤本构模型在混凝土材料中的应用

利用非局部非弹性损伤本构模型分析了混凝土材料在典型受力状态下的应力一应变关系及外载－位移关系，并与实验结果进行了比较，证明了该本构模型在混凝土材料应用中的可行性。     

复合材料残余应力和固化变形数值模拟及本构模型评价

为了评价不同固化本构模型,建立了预测复合材料构件残余应力/应变和固化变形的三维数值模型。该模型由热化学分析模块和热力分析模块构成,考虑了热化学耦合、材料性能的各向异性、化学收缩及黏弹性等因素。基于线弹性、黏弹性和Path-dependent三种典型的本构模型,预测了构件的残余应力/应变及固化变形。通过与试验结果对比,验证了所建数值模型的有效性,并重点研究了不同本构模型的适用性。结果表明,黏弹性本构模型最佳,对构件的残余应力/应变及固化变形的预测结果均较好; Path-dependent本构模型次之,对构件的残余应变和固化变形的预测结果较好,但对构件的残余应力的预测结果稍差;线弹性本构模型最差,除了对构件的残余应变和较薄构件的固化变形的预测结果较好外,其他预测结果都较差。     

循环稳定材料的棘轮行为：Ⅰ．实验和本构模型

在实验分析结果的基础上，对循环稳定材料的室温单轴和非比例多轴循环棘轮行为进行了本构描述，建立了一个简单而合理的、便于工程应用的粘塑性循环棘轮本构模型。给出了模型参数的确定方法，并根据实验获得的单拉应力．非弹性应变关系曲线确定了针对U71Mn轨道钢材料的参数值。在此基础上，通过对该材料棘轮行为的本构模拟检验了发展模型的预言能力。结果表明，模型具有很好的预测效果，模拟结果与对应的实验结果符合得很好。     

非均质地基上高拱坝的光弹性研究

非均质地基上高拱坝应力分析是目前坝工设计中的一个重要而又复杂的问题。本文介绍了国內某大型重力拱坝光弹性整体模型试验研究实例,其中包括变弹模组合模型浇制、水砂压荷载模拟及主要试验成果,分析了在水压和泥砂压力作用下非均匀基础上高拱坝的受力特点和工作状态,论述了基础弹模变化和不对称性以及局部低变模区的存在对坝体应力的影响。     

岩石冲击损伤试验的数值流形方法模拟

主要根据岩石在冲击载荷作用下的变形与破坏特征,对现有的仅适用于模拟基于线性本构关系和恒定载荷作用下物体变形规律的数值流形程序进行了扩展.程序的扩展主要集中在3个方面:添加了由程序本身决定的程序运行终止条件,把恒定的载荷作用扩展为三角波载荷作用,改变原来的单一线弹性本构关系为由冲击损伤本构关系和线弹性本构关系共同组成的复合本构关系.最后利用扩展后的程序对冲击试验结果进行了模拟,结果与试验符合较好.     

复合材料固化相关黏弹性性能演化及残余应力分析

通过对复合材料固化度和温度相关黏弹性本构方程的分析,定义一个能综合反映固化度和温度等对复合材料黏弹性性能影响的无量纲参数De_m。当参数De_m都大于10~2时,复合材料基体处于流动状态;当参数De_m都小于10~(-2)时,复合材料为弹性状态;仅当部分参数De_m小于10~2而大于10~(-2)时,复合材料处于黏弹性状态。以AS4纤维/3501-6树脂复合材料为例,基于对其参数De_m在典型固化工艺过程中的演化,研究该复合材料黏弹性性能的发展过程,发现基于参数De_m分析得到的凝胶点时间与实验结果一致。根据复合材料黏弹性性能对残余应力发展的影响,将复合材料残余应力计算分为流动阶段和黏弹性阶段,并建立了相应的状态相关黏弹性本构模型。最后通过与原始模型预测结果的比较验证了提出的本构模型,表明本文提出的计算方法与原始黏弹性本构模型计算结果一致,但大大降低了计算所需的时间和存储空间。     

碾压混凝土内时损伤本构模型

本文应用内时理论和损伤力学建立了碾压混凝土压剪及压压剪状态下的内时损伤本构模型。其特点是：混凝土的弹塑性特性由内时理论描述，而破坏由损伤力学来描述。前者使本构模型摆脱了一般弹塑性中屈服面的概念，从而简化了非线性计算过程；后者使微裂纹引起的软化、体积膨胀等都可由损伤变量来考虑；从而既反映了混凝土的本质特性，又使模型的参数和基本方程大大减少。应用本文建议的模型分析碾压混凝土压剪及压压剪状态剪应力－应变关系，所得计算结果与试验数据相符合，可作为碾压混凝土重力及拱坝设计的依据。     

复合材料纤维/基体界面失效问题的参变量有限元数值模拟

本文利用参数拟二次规划法和非连续线弹性本构模型,构造了复合材料纤维/基体界面失效问题的细观力学模型并进行了有限元计算分析,得到了与实验相吻合的结果。     

循环稳定材料的棘轮行为:I.实验和本构模型

在实验分析结果的基础上,对循环稳定材料的室温单轴和非比例多轴循环棘轮行为进行了本构描述,建立了一个简单而合理的、便于工程应用的粘塑性循环棘轮本构模型。给出了模型参数的确定方法,并根据实验获得的单拉应力-非弹性应变关系曲线确定了针对U71Mn 轨道钢材料的参数值。在此基础上,通过对该材料棘轮行为的本构模拟检验了发展模型的预言能力。结果表明,模型具有很好的预测效果,模拟结果与对应的实验结果符合得很好。     

Shape optimal design of materially nonlinear arch dams including dam-water-foundation rock interaction using an improved PSO algorithm

An efficient optimization procedure is proposed to find the optimal shape of arch dams including dam-water-foundation rock interaction subject to earthquake. The arch dam is treated as a three-dimensional structure involving the material nonlinearity effects. For this purpose, the nonlinear behavior of the dam concrete is idealized as an elasto-plastic material using the Drucker-Prager model. In order to reduce the computational cost of optimization process, a wavelet back propagation (WBP) neural network is designed to approximate the dam response instead of directly evaluating it by a time-consuming finite element analysis (FEA). An improved particle swarm optimization (IPSO) is also presented. In test example, the computational merits of the proposed methodology for optimizing an existing arch dam are demonstrated.     

基于块体砌筑技术的大岗山高拱坝地质力学模型试验研究

地质力学模型试验因能真实地模拟复杂地质构造,直观地反映破坏过程而成为研究地基及其上部结构稳定性和安全性的重要方法,广泛应用于高拱坝整体稳定和加固分析。采用块体砌筑技术不仅可以模拟裂隙岩体的变形和强度,而且能模拟坝基不连续结构面、坝体构造以及加固措施。将块体砌筑技术应用于基础处理的大岗山拱坝地质力学模型试验,结合加载和测量监测设备,得到拱坝坝体位移和应力的分布规律、坝体和坝基岩体的破坏机理及破坏过程。采用3个特征超载安全系数K₁ (起裂安全系数),K₂ (非线性变形安全系数)和K₃ (破坏安全系数)对大岗山拱坝整体稳定性进行了评价。通过与国内主要高拱坝模型试验的稳定性结果对比分析,说明大岗山拱坝整体稳定性和安全性均较高。通过与基础未处理的大岗山拱坝模型试验结果对比分析,说明基础处理措施具有明显的加固效果。     

我国高坝建设和科技攻关

介绍了我国大坝建设的发展和特点,概括了高坝建设中的地质勘探、坝工技术、泄洪消能、坝基处理和高边坡处理等方面的科技成果和应用水平,展望了我国高坝发展前景并指出今后高坝科技攻关重点。     

设周边缝对小湾高拱坝工作性态的影响

用非线性有限元对小湾高拱坝(坝高292．0m)设周边缝时的工作性态进行研究。模型中考虑了缝面应力与变位的非线性重调整,考虑了坝体、坝基材料非线性和周边缝接触非线性的耦合,模拟了缝的开裂、滑移等非线性。对设缝深度、范围、以及干缝、湿缝等对高拱坝拱冠、坝踵和坝肩等关键部位的位移场和应力场的影响进行了分析研究,并对设缝前后建基面、坝踵附近的开裂区和屈服区进行分析,研究结果表明,设周边缝可以有效地降低高拱坝坝踵的粱向拉应力,对坝踵附近应力影响较大,坝体其它部位应力和位移变化不大。     

基于主余震序列的高拱坝极限抗震能力损失研究EI北大核心CSCD

目前,高拱坝的抗震安全性分析中仅考虑单独主震的作用,而忽略地震中可能伴随发生的多次余震,对高拱坝在主余震序列作用下的动力响应规律尚缺乏充分认识。以大岗山拱坝为例,建立了综合考虑坝体损伤非线性、横缝开合以及半无限地基辐射阻尼效应的拱坝-库水-地基有限元分析模型,并基于耐震时程法(ETA)构建主震-ETA余震序列进行高拱坝非线性动力分析。研究结果表明:ETA的计算结果与增量动力分析法(IDA)具有可比性;高拱坝的极限抗震能力在主震受损情况下将发生损失,且随主震强度增大而损失增加。最后,基于主震-ETA余震序列计算结果给出了大岗山拱坝的极限抗震能力损失曲线。     

极限荷载的突变模型研究

结构的极限荷载是研究结构整体失效破坏和安全度的重要内容,该文以混凝土重力坝为对象,采用突变理论来研究混凝土重力坝的极限荷载,探讨重力坝沿建基面破坏时不同突变模型对极限荷载的影响。假定重力坝坝体和地基为刚性体,建基面存在一薄弱结合面,以建基面水平方向的位移为状态变量,施加的上游水压力为控制变量,分别建立反映此模型沿建基面...     

Non‐linear seismic behaviour of concrete gravity dams using coupled finite element–boundary element technique

In this paper, the seismic response of concrete gravity dams is presented using the concept of Continuum Damage Mechanics (CDM) and adopting the hybrid Finite Element–Boundary Element technique (FE–BE). The finite element method is used for discretization of the near field and the boundary element method is employed to model the semi‐infinite far field. Because of the non‐linear nature of the discretizied equations of motion modified Newton–Raphson approach has been used at each time step to linearize them. Damage evolution based on tensile principal strain using mesh‐dependent hardening modulus technique is adopted to ensure the mesh objectivity and to calculate the accumulated damage. The methodology employed is shown to be computationally efficient and consistent in its treatment of both damage growth and damage propagation in gravity dams. Other important features considered in the analysis are: (1) realistic damage modelling for concrete that allows isotropic as well as anisotropic damage state and exhibits stiffness recovery upon load reversals. (2) softening initiation and strain softening criteria for concrete, and (3) proper modelling of semi‐infinite foundation using FE–BE method that allows to consider dam–foundation interaction analysis. As an application of the proposed formulation a gravity dam has been analysed and the results are compared with different foundation stiffnesses. The results of the analysis indicate the importance of including rock foundation in the seismic analysis of dams. Copyright © 1999 John Wiley & Sons, Ltd.     

Failure analysis method of concrete arch dam based on elastic strain energy criterion

The arch dam is a type of massive water-retaining structure made of concrete. The overall failure mechanism and corresponding analysis criterion are key issues of concern in the dam engineering field. In this paper, the energy evolution of arch dams in the failure process is studied first, which can be decomposed as energy dissipation accompanied by concrete damage and elastic strain energy absorption and release during elastic deformation. An evaluation criterion for failure analysis of concrete arch dams is then established based on elastic strain energy. An orthotropic damage constitutive model for dam concrete is then proposed along with its numerical simulation method, which is established for structural failure analysis. Numerical simulations show that the elastic strain energy in elements increases with increasing overload safety coefficient and finally converges to the concrete material surface energy, at which time the locally plastic damage area develops rapidly and finally leads to cracking failure of structures. The proposed failure analysis criterion for concrete dams under integrated loads is suitable for analyzing dam instability failure, which has great operability and value in engineering applications in the future.     

老旧砌石拱坝的结构安全度研究

依据现行《砌石坝设计规范》(SL25—2006)的坝体拉压应力的控制准则去评估砌体胶凝材料已老化劣化的小型砌石拱坝的结构安全度,往往无法得出符合定性判断的结论,因此须研究新的分析和评估方法.基于非线性多拱梁法,采用ADAO(arch dam analysis and optimization,拱坝分析与优化)软件模拟分...