用边界元行列子域法模拟非均匀脆性材料的弹性特性和破坏过程

该文采用边界元行列子域法,对格子形式的非均匀脆性材料的弹性性质和破坏过程进行了数值模拟,研究了各种非均匀因素对于等效弹性模量和破坏强度的影响。结果表明:随着材料非均匀度的增加材料的等效弹性模量和破坏强度逐渐降低,并且破坏强度的降低程度超过等效弹性模量的降低程度。当组分材料间的界面为非理想界面,界面破坏强度低于组分材料的破坏强度时,非均匀材料的破坏强度还要进一步降低。     

各向异性外问题的非均匀网格的自然边界元法及其耦合法

本文对于无界区域上各向异性外问题提出了在椭圆边界非均匀网格上的自然边界元法及其与有限元法的耦合法,证明相应的收敛定理和误差估计式,并且在这两种方法中引入基于等分布原理的移动网格技巧.最后,通过数值结果表明了误差收敛理论的正确性以及所提方法和技巧的有效性.     

基于数字图像的混凝土破坏过程的数值模拟

把混凝土看作是由水泥砂浆为基相,粗细骨料为分散相的复合材料。在细观尺度上,应用数字图像处理技术表征混凝土材料中由骨料的形状、大小和分布对混凝土材料造成的非均匀性,在组成相材料内部细微观尺度上,采用统计方法来描述材料的非均匀性,建立了细-微观尺度耦合分析的混凝土损伤数值模型,模拟了混凝土单轴载荷作用下的破坏过程。数值模拟结果能反映出骨料分布和组成相材料的非均匀性对混凝土力学行为的影响,较好的模拟了混凝土试样从裂纹萌生扩展到宏观裂纹形成的整个破坏过程。     

岩石工程渐进破坏分析的边界元法

本文根据内变量理论,应用均匀化技术处理岩石的变形与破坏过程,建立了岩石渐进破坏的本构关系以及相应的边界元公式并系统地给出了初应力表示下的非线性边界元计算步骤和方法。由此可有效地处理岩石的软化、膨胀、不抗拉等特性。实例计算表明本文所建立的边界元方法是有效而可靠的。     

非均质混凝土材料破坏的三维细观数值模拟

在随机骨料模型的基础上,采用特征单元尺度对网格进行剖分,建立了非均质混凝土材料损伤破坏及宏观力学特性研究的三维细观单元等效化模型。对单轴拉伸、单轴压缩条件下湿筛混凝土试件的破坏过程及宏观力学性能进行了模拟分析;研究了混凝土梁的三分点弯拉力学特性,并与平面模型结果作了对比。研究表明：1) 与平面计算模型相比,三维模型更真实地模拟混凝土材料在外荷载作用下的损伤破坏过程,更准确的描述非均质混凝土材料的宏观力学性能,且与实验结果吻合;2) 骨料空间分布形式基本不影响混凝土材料的宏观弹性模量及强度,但影响其破坏过程和破损路径;3) 与随机骨料模型等细观力学方法相比,该方法具有高效性。     

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。     

混凝土材料与结构破坏过程模拟分析

采用离散单元法对混凝土材料和混凝土结构破坏机理进行分析。在细观尺度上将混凝土材料视为由粗骨料、水泥砂浆及界面过渡区三相组成,建立了混凝土材料的离散元模型;在宏观尺度上将混凝土视为均质材料建立了混凝土结构离散单元模型。计算分析结果表明：细观尺度上的二维离散单元模型可以用来很好地模拟混凝土材料的单轴受力破坏过程,但不能很好地模拟复合受力状态下的混凝土材料的破坏;宏观尺度上的离散单元模型可以很好地模拟钢筋混凝土构件的破坏过程,但模拟结果对单元的形状有较大的依赖性;宏观尺度上的离散单元模型可以很好地模拟结构的倒塌过程,但计算效率有待提高。     

“非均匀性”材料的硬度测试

通过列举和分析典型"非均匀性"材料硬度测试中遇到的问题,提出了对"非均匀性"材料硬度测试的新方法。     

一种非均匀采样系统采样均匀性的评价新方法

提出了在多A/D合成采样系统中采样均匀性的评价方法;通过使用正弦波激励系统,将各个子A/D的数据分别抽取形成子抽样序列,使用最小二乘正弦波曲线拟合法,获得各个子抽样序列初始相位间的差异,该差异对应的时间差即为各个子A/D间的采样延迟时间,它们的一致性就是系统的采样均匀性。在一组仿真数据上验证了方法的正确性。在数字存储示波器的实测数据上进行了实验验证,获得了有效的测量结果,验证了方法的可行性。该方法可以用来评价非均匀采样系统的采样均匀性。     

考虑材料组成特性的混凝土轴拉破坏过程细观数值模拟

为反映骨料、砂浆及其之间的界面过渡区的组合特点和材料性能,基于材料细观非均匀性和有限元方法的混凝土破坏过程细观数值模拟需进行复杂、细致的网格剖分,导致了繁重的前处理工作和可观的计算量。该文对混凝土材料细观单元材质组成的单一化假定进行改进,将内嵌界面过渡区材料的规则化单元视为一种广义复合材料单元,建立了复合型界面损伤模型。采用等效方法确定单元的复合弹性关系,通过有限元法计算单元的局部应力;用细观层次上弹性力学性能的弱化描述单元组成材料的损伤,混凝土材料的破坏过程通过单元各组分的损伤模拟。应用该复合型界面损伤模型研究了混凝土试件的单轴拉伸破坏过程,细观数值模拟结果符合混凝土试件的宏观破坏特征,表明该模型可作为分析混凝土材料破坏过程的一种有效途径。     

材料损伤开裂的数值模拟方法

针对数值模拟材料损伤开裂的现有方法——空单元技术和嵌入过程区中结点力释放方法,提出了释放空单元内结点力的新模拟方法,既可解决原有空单元技术未曾明确的残余应力的释放问题,又可避免采用嵌入过程区方法时所引入的大量重叠结点。己有算例表明,本方法具有模型简明,操作便利的特点。     

脆性各向异性岩石破坏过程数值模拟

在改进刚体弹簧方法的基础上,采用Hoek-Brown准则判断界面破坏,提出各向异性Voronoi网格的生成方法,并引入界面细观参数各向异性的赋值函数,最终建立了脆性各向异性岩石损伤破坏过程的数值模拟方法。利用该方法对文献中的试验结果进行了模拟。计算表明,该方法不仅能成功模拟岩石抗压强度随软弱面倾角变化的“U”形规律,定量上与试验结果吻合良好,而且能同时定量模拟岩石变形特性即弹性模量和泊松比的各向异性特征。     

颗粒增强复合材料中界面破裂过程数值模拟研究

运用材料真实破裂过程分析RFPA系统,模拟研究了颗粒增强复合材料中的界面破裂过程及其对材料宏观力学性能的影响。所研究的复合材料由基体、颗粒和界面等三相材料单元组成。单元的破裂同时采用拉伸和剪切强度准则进行判断。分别研究了单颗粒和复杂多颗粒分布的情形。模拟结果不仅在应力场分布方面与MARC和ABAQUS等软件的分析结果一致,对于帮助理解颗粒增强复合材料的破坏机理具有重要意义。     

PC轧机轧制过程耦合数值模拟研究

开发了一种分析三维板带轧制过程轧件与轧辊的耦合变形的计算机模拟系统。它耦合了三维刚塑性有限元法,弹性有限元法和计算辊系变形的影响函数方法。采用该系统成功地对PC轧机(Paircrossedrollingmill)轧制过程进行了分析,得到了轧制压力横向分布,前后张力横向分布,金属横向流动,以及轧后板带的横向板厚分布,包括板凸度和边部减薄大量信息等。     

准脆性材料损伤斑图生长的数值模拟

准脆性材料损伤斑图的生长过程研究,对于认识重大工程动力学灾变孕育、发生的机制具有特别重要的基础性意义.尤其是岩石类动力学灾害如地震、岩爆、煤矿开采中的三突,其形成机制都町归结为岩石损伤演化诱致结构灾变的模式.损伤斑图的生长过程可以再现灾变的孕育、发生过程,具有非常深刻的物理力学背景.该文根据微损伤不可逆演化原理,利用格...     

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。     

具有金属内衬复合材料纤维缠绕容器固化过程的数值模拟

基于固化反应动力学、热传导和复合材料层合理论, 采用了有限元分析方法, 对具有金属内衬的复合材料纤维缠绕压力容器在固化工艺过程中的温度和热应力分布及其变化规律进行了数值模拟。通过一典型容器数值分析, 表明在固化工艺过程中, 中容器内部的所有应力分量具有同时达到峰值的特征, 其中应力分量的峰值出现在固化降温阶段的初期。提出了数值模拟的方法和分析结论对复合材料结构设计师和工艺师合理制订金属内衬复合材料纤维缠绕容器的工艺标准具有一定的参考价值。      

模拟纤维增强复合材料的相似子域边界元法

根据夹杂相积分区域的相似性,提出了相似子域边界元法求解方案。把含随机分布夹杂相的固体归结为对一个含有内边界条件复连通域问题的求解,与传统的有限元和边界元分域解法相比,显著地提高了计算效率。应用相似子域边界元法,对含有随机分布圆形和椭圆形夹杂相的固体材料进行了大量数值计算,并把夹杂相与基体材料之间从理想粘结扩展到带有界面层的情况。这些计算为相应纤维增强复合材料宏观等效力学特性研究提供了有效的数值模拟方法。      

基于损伤理论的钢筋混凝土拱结构破坏过程的数值模拟

从一服役28年的旧拱桥上拆下来两个钢筋混凝土拱肋,对其进行了静载破坏试验。将第一作者提出的弹性损伤理论与有限元法相结合,针对钢筋混凝土结构的破坏问题,建立了相应的损伤力学有限元数值计算方法,编制了相应的计算机程序。对钢筋混凝土拱肋的破坏过程进行了数值模拟计算。拱的破坏模式、位移与应变的理论计算结果与试验结果吻合良好。得出了混凝土材料损伤特性参数的数值,揭示了混凝土材料破坏过程中一些复杂的力学行为。在较大的荷载水平下,钢筋混凝土结构呈明显的非线性特征。研究表明,本文损伤模型可以较好地描述混凝土材料的损伤与破坏行为。