重力坝水下接触爆炸的数值分析

采用显式程序AUTODYN中的Euler-Lagrange耦合算法模拟混凝土重力坝水下接触爆炸。研究在不同炸点的水下接触爆炸荷载作用下大坝的动力响应以及损伤裂纹分布特点。针对上述特点采用泡沫铝作为抗爆材料,研究了泡沫铝的抗爆效果。研究结果表明:采用泡沫铝作为大坝水下爆炸抗爆材料能大幅降低爆炸冲击波幅值,减小大坝的动力响应,同时能减小爆炸对坝体产生损伤及裂纹分布范围,具有良好的抗爆性能。     

有限测点下结构复合反演的混合法

回顾了近年来输入信息未知条件下结构识别的复合反演算法，并对输出信息测试不完备条件下的复合反演问题做了深入的研究。提出了时频域混合的复合反演算法。该算法首先在时域内利用子结构上的测试信息反演未知输入，然后在频域内依据反演得到的未知输入和有限测点上的响应信息构造目标函数来识别结构参数。该算法适用于具有多个未知输入的情况，与仅适用于单个未知输入条件下的复合反演算法相比，具有更广泛的应用价值。最后用一数值算例说明了本文算法的可行性。     

大跨径结构多点激励抗震分析的时频域数值转换算法

目的研究波动激励信号与结构响应在时频域数值表达上的转换关系,以清晰时频域分析的数值关系评价.方法针对存在激励波动相位差、幅值衰减条件下的大跨径结构动力响应分析,推导了一种适于求解波动信号在任意频率点对应谱值的三角函数时域求解公式,并据此开展了结构动力响应时频域分析数值转换算法的研究.结果针对任意给定的频率点进行计算,频谱的三角函数时域求解式及解析表达形式,较传统离散傅里叶法仅可求解离散频谱点的谱值更具优势;在进行结构动力时域数值分析时,仅输入频域激励实部或虚部的相应时程,便均可根据结构时域响应的三角函数频谱求解法,由三角系数简便组合获得等价的结构频域响应;算例验证了频谱三角函数时域求解式在大跨度结构地震响应时频域数值分析与信号处理中的优势和适用性.结论频谱的三角函数时域求解方法,克服了传统傅里叶复域方法仅适于离散谱线求解的限制.     

考虑动态应变率效应的混凝土单轴拉伸统计损伤模型

基于准脆性材料细观损伤机制,将损伤概括为"有效受力面积的减小"和"有效受力部位弹性模量的减小"两个方面,可分别利用断裂和屈服2种损伤模式表征;认为材料破坏过程实质上为2种损伤模式累积演化的连续过程。干燥混凝土所表现出的动态本构行为本质上是由于自身的惯性效应引起材料破坏形态以及细观2种损伤累积演化过程的改变。忽略水的黏滞性影响,通过假设不同应变率情况下干燥混凝土损伤演化服从某种相似性规律,建立相应增量形式的单轴拉伸动态损伤本构模型。通过算例和试验结果比较,表明该模型可预测变应变率加载情况下材料均匀损伤阶段的本构行为,等应变率加载可作为其中的一个特例。结合算例从有效应力、名义应力、吸能能力3个角度对材料的动态损伤机制进行探讨。区分开峰值应力状态和局部破坏的临界状态,并建议后者作为本构模型的最终破坏点。此举可充分考虑材料均匀受力阶段的延性,同时避免过多考虑局部破坏阶段本构模型尺寸效应的影响。     

基于EBE-PCG方法的非线性有限元并行算法

随着水利工程建设的发展,对水工结构动力安全分析的要求越来越高,数值分析规模越来越大,对水工结构非线性分析的求解效率的要求越来越高,并行算法是提高求解效率的一种有效手段。提出了结构矩阵的EBE-PCG的并行迭代求解算法,该方法采用总刚的对角元矩阵形成预处理矩阵,应力更新时的本构积分可直接在单元级别上分组进行。在MPI并行编程环境中,在单机上以多进程模式实现了结构弹塑性问题的并行求解,可以极大提高非线性问题的求解效率。     

碾压混凝土重力坝层间应力地震响应分析

强震作用下碾压混凝土重力坝的动力响应特征和破坏与碾压层的层状性态密切相关。基于碾压混凝土中碾压层与本体混凝土力学参数关系,以及横观各向同性本构模型,利用宏观等效单元建立了地震动作用下含碾压层影响的重力坝等效模型。利用此模型进行了地震作用下的计算,将常态混凝土坝坝体应力与碾压混凝土坝各碾压层间应力进行比较。结果表明,文中的等效单元方法能够反映出强震作用下碾压层特征对结构的动力响应特性的显著影响,并且能够大幅度提高计算效率,节约计算时间和成本。对不同碾压层等效厚度的比较可以看出,当软弱夹层厚度较大时,它对坝体层间应力的影响更为明显。     

基于响应面法的拱坝地震易损性分析

基于响应面法建立了一种高效的拱坝地震易损性分析方法。考虑混凝土拱坝材料以及地震动的不确定性,按照中心复合试验设计方法建立材料-地震动样本,采用Abaqus有限元分析软件建立拱坝有限元模型并对样本进行非线性动力时程计算,然后以拱冠位移为性能指标建立响应面模型。采用拉丁超立方抽样法从响应面模型中抽样,建立概率地震需求模型,从而获得地震易损性曲线,为基于性能的拱坝抗震安全评价提供理论依据。分析结果表明：所建立的拱坝响应面模型精度较高,基于响应面法的拱坝地震易损性分析方法比传统的蒙特卡罗模拟法具有更高的效率。     

一种用于有限元疏密过渡的新型十三节点单元

提出一种新型的十三节点单元,通过将母单元积分域分成四个子域,在各子域中分别建立线性化的插值函数并进行数值积分,确保了疏密单元之间的协调性,进而将四个子域的积分结果按自由度进行累加即可得到该单元的数值积分结果.该单元在保证疏密单元交界面位移协调的基础上,实现由一个粗(疏)单元向四个细(密)单元过渡.新型十三节点单元精度与普通六面体单元或四边形单元相当.若应用于大型工程结构的有限元分析,可在不损失精度的前提下有效减小计算量.算例表明该单元有良好的数值精度和实用性.     

Improved parameter selection method for mesoscopic numerical simulation test of direct tensile failure of rock and concrete

In order to numerically simulate the failure process of rock and concrete under uniaxial tension, an improved method of selecting the mechanical properties of materials was presented for the random mechanic parameter model based on the mesoscopic damage mechanics. The product of strength and elastic modulus of mesoscale representative volume element was considered to be one of the mechanical property parameters of materials and assumed to conform to specified probability distributions to reflect the heterogeneity of mechanical property in materials. With the improved property parameter selection method, a numerical program was developed and the simulation of the failure process of the rock and concrete specimens under static tensile loading condition was carried out. The failure process and complete stress-strain curves of a class of rock and concrete in stable fracture propagation manner under uniaxial tension were obtained. The simulated macroscopic mechanical behavior was compared with the available laboratory experimental observation, and a reasonable agreement was obtained. Verification shows that the improved parameter selection method is suitable for mesoscopic numerical simulation in the failure process of rock and concrete.     

碾压混凝土重力坝动力模型破坏试验研究

采用仿真混凝土材料研究碾压混凝土重力坝不同坝段模型在地震荷载作用下的破坏特征.通过施加不同的地震波,研究各种坝段的动力特性,并在此基础上进行了大坝的超载破坏试验,分析研究了重力坝各坝段的极限承载力和变形破坏机理,对比评价各坝段的抗震性能.试验结果表明,各坝段均首先在坝头部位发生开裂损伤,随着输入地震动加速度的逐级增加,不同坝段出现破坏的部位和破坏程度有所变化.试验结果为工程设计和全面定量评价重力坝各坝段的抗震性能提供重要依据.