基于扩展多面体组合单元的非规则颗粒材料离散元方法

非规则颗粒材料广泛地存在于自然界和工业生产中,其复杂的几何形态对力学性质有显著的影响.为构建更接近真实颗粒形态的理论模型,以扩展多面体为基本单元,发展了扩展多面体组合单元.为验证扩展多面体组合单元的可靠性,分别对凸形三棱柱单元、凹形正倒锥体单元在平底漏斗中的卸料过程进行了离散元模拟,并与试验结果进行比较分析,得到其具有较好的一致性.在此基础上,对不同形态的组合单元进行堆积和卸料离散元模拟,研究了颗粒形状对堆积分数、卸料流量和休止角的影响.结果表明,颗粒形状越复杂,颗粒之间的互锁效应越显著,颗粒系统更加稳定.扩展多面体组合单元的有效应用,为离散元数值模拟描述任意形态颗粒材料提供了一种新的构建方法.

大跨度悬索桥振动分析的组合单元法

提出一种新型单元——组合单元,这种单元包含了三维实体、三维梁、板、壳、空间杆等构件,突破了传统有限元对于不同材料或不同构件必须采用相应不同单元的限制,对悬索桥的索塔、加劲梁等复杂结构,能用较少的单元进行模拟,实现了用普通微机对青马悬索桥的空间振动分析,计算结果与实测值比较接近。

海域组合单元水质模型参数反演方法研究

参数反演是海域水质模型验证工作的主要难点之一,同时模型模拟海域内参数的统一赋值又降低了其实际的物理意义.本文建立海域组合单元水质模型参数反演的新方法:将研究海域划分为若干单元,敏感参数在各单元中独立赋值.将基于人工神经网络的数据驱动模型同水质模型有机结合,通过水质模型计算多参数匹配设计的工况,构建海域内部观测点的解集;以数据驱动模型归纳建立状态变量(污染物浓度)同多个控制变量(模型参数)之间的非线性关系.将实测资料带入关系中,进行模型参数随地域变化的组合单元优化反演研究.以渤海海域水质模型多参数反演为例,采用"孪生"试验验证参数组合单元反演新方法的可行性,结果表明该方法是有效的.

组合单元水质模型中的边界条件及污染源项反问题

从反问题的角度出发 ,提出组合单元法求解水网地区水质特性的稀疏矩阵解法 ,在此基础上给出无约束污染物边界浓度及污染源项一类反问题的提法及相应的最优控制求解方法 .该方法避免了常规方法的试错求解过程及不确定性 。

海域组合单元水质模型多污染源浓度优化反演方法研究

污染源项反演是海域水质模型验证工作的主要难点之一.本文根据污染源项和监测点位的地理位置及空间分布将研究海域划分为若干单元,建立海域组合单元水质模型,并与基于人工神经网络的数据驱动模型有机结合,提出污染源浓度优化反演的新方法:通过多污染源项设计算例的水质模型计算,构建海域内部监测点污染物浓度响应集;以数据驱动模型建立监测点同污染源项之间浓度的非线性关系;将实测资料带入非线性关系中,获得多源项匹配关系,进行污染源浓度的优化反演研究.以渤海湾海域水质模型7个污染源浓度的优化反演为例,采用"孪生"试验验证反演新方法的可行性,结果表明该方法是有效的.

组合单元法在砂井地基有限元分析中的应用

针对砂井地基的平面应变有限元分析,本文首次将组合单元法引入到砂井地基的分析中,提出砂墙组合单元。该单元对常规等参元进行改进,在单元内部同时考虑砂井的涂抹作用和井阻作用,从而克服了常规有限元法在计算砂井地基时单元数和节点数过多的缺点。将砂墙组合单元加入USAP有限元计算软件,工程算例分析结果表明:与已有的各砂井地基的平面应变解答和荷兰的基础工程有限元分析软件PLAXIS相比,解答合理并有效地考虑砂井的涂抹作用和井阻作用;与常规有限元法相比,在保证计算精度的前提下,减少了可观的单元数和节点数,降低了计算的工作量。

基于预应力混凝土组合单元的PC连续箱梁桥混凝土徐变效应研究

为了分析混凝土徐变效应对其空间受力行为的影响,研究过程中首先结合预应力混凝土组合单元,推导了复杂应力状态下混凝土徐变等效节点荷载的递推计算公式,开发了徐变计算的有限元程序。以典型PC连续梁桥为例,进一步研究了混凝土徐变对结构影响规律,发现不同规范徐变计算模式的差别、主梁挠度变化特征和机理、运营期内顶、底板正应力和腹板主应力的重分布特点,并对预应力束合理布置提出了建议。

储层-裂缝组合单元在水力压裂井产能模拟中的应用

采用储层-裂缝组合单元模拟压裂改造后的储层、裂缝力学型态,推导相关有限元公式并进行压裂井产能模拟分析。这种方法的实质是将裂缝的质量、刚度矩阵变换叠加到储层整体相应方程矩阵中,以更精确反映裂缝开发动态参数的影响。计算结果表明:采用储层-裂缝组合单元有效解决了储层-裂缝网格尺度匹配的问题;反力算法避免了在高导流裂缝局部求解压力梯度产生的计算误差,提高了运算速度和求解压裂井产能的精度,为水力压裂井生产动态模拟和设计方案优化提供了新的处理方法。

应用空间嵌入式实体组合单元分析PC桥梁结构

根据预应力混凝土桥梁的受力特性,应用有限元方法的基本原理,推导出包含预应力钢筋贡献的嵌入式预应力混凝土组合单元列式.力学概念明确,算例证明计算结果可靠.应用嵌入式组合单元模型,在单元划分时不必考虑预应力钢筋的布束方式,预应力钢筋单元可随意穿过混凝土单元,为解决非节点荷载向实体单元节点荷载转换提供了一种行之有效的技术手段,为正确分析空间曲线布束的预应力混凝土桥梁结构提供了一种实用算法.

钢筋混凝土平面问题的含梁组合单元模型

将混凝土内的钢筋模拟为能承受轴向力、抵抗弯曲变形的梁单元,在梁元节点位移服从平面单元位移场的基本假设下,应用虚功原理建立了单元内任意位置含钢筋梁元的钢筋混凝土平面组合单元模型.通过与现有钢筋混凝土平面单元模型比较,本模型更准确全面地反映了钢筋的力学性能,钢筋在平面单元内的位置不再有任何限制,混凝土和钢筋可以各自独立地进行网格划分,为单元离散提供了便利.

斜拉桥极限承载力计算的双组合单元法

提出计算斜拉桥结构极限承载力的双组合单元法,即在斜拉桥有限元模型的相邻单元间增设一个节点,以该节点和原节点为单元节点平行建立两个零长度的非线性组合单元,其中一个单元用于模拟塑性铰的形成,另一个单元其弹性系数较低,但是界限滑动弯矩很大,以保证结构失效后计算的稳定性,由此实现对斜拉桥极限承载力状态大位移效应下结构位形的有效跟踪。运用该方法,在确定合理成桥模型基础上计算了一个辐射型斜拉桥的极限承载力,计算结果表明:该方法在考虑和不考虑梁柱效应情况下都可以有效追踪结构的失效路径,描述整体刚度退化的过程,确定结构的极限承载力,为复杂结构的极限承载力的计算提供新的途径。

预应力混凝土组合单元的结构多场效应数值分析

为开展外界温度、荷载和预应力作用的混凝土结构数值分析,提出了一种针对预应力混凝土结构分析的单元模型。采用单独的空间杆单元模拟预应力钢筋,通过自由度变换把空间杆单元的节点自由度用实体单元节点自由度来表示,在单元网格划分时可不必考虑预应力钢筋方位,且无须固定在实体单元节点上,能直接求解预应力对结构产生的变形和内力。应用本文提出的单元信息生成技术,可方便地生成组合单元中的信息。在此基础上,编制了预应力钢筋混凝土结构分析的温度场和徐变应力场三维有限元程序。算例的对比分析表明,该程序能够有效模拟预应力混凝土结构分析在温度、荷载和预应力作用条件下的结构响应。

钢筋混凝土结构空间有限元分析的体梁组合单元

本文提出了一种用于钢筋混凝土结构空间有限元分析的体梁组合单元模型。该模型将混凝土体元内的钢筋作为能承受轴力、剪力、弯矩和扭矩的梁元,根据钢筋和混凝土在单元内的位移协调条件和虚功原理将两者组合成一个单元。体梁组合单元模型能较全面地反映混凝土内钢筋的力学效应,能适应钢筋的任意布置方式,容许用较大的单元对结构进行离散,解决了大型钢筋混凝土结构有限元分析的单元划分问题。数值算例及其与解析解的比较演示了模型的可行性和精度。

一种适用于下承式钢桁结合桥计算的板梁组合单元

下承式钢桁结合桥具有建筑高度较低、行车时燥声、震动较小、刚度较大等优点,是高速铁路桥梁中比较理想的结构形式之一。为了能较合理和方便地分析下承式钢桁结合桥的力学行为,本文提出了一种考虑板梁共同作用和相对滑移的板梁组合单元。该单元以矩形板的4个结点的结点位移和板梁结合面3个点的相对滑移作为单元的基本自由度,板的位移模式通过对常规4结点矩形平板壳单元的形函数修正得到,梁的位移模式则根据板和梁之间的变形协调条件来确定。文末的算例表明,本文的解与试验结果和通用工程软件解较为吻合,说明了本文理论和方法的正确性。

车辆战术储备器材组合单元的优化及设计

通过对车辆战术储备器材包装单元化问题展开研究,提出了器材包装组合单元的优化和设计方法,为提高部队车辆战术储备器材包装单元化水平提供技术与方法依据。运用模数化方法对器材组合单元进行尺寸设计,根据人机工程理论和相关标准规定,结合尺寸系列限定了箱体的总质量;通过模数化协调,建立完善的模数尺寸系列,结合尺寸系列限定了合理的箱体总质量,使其在运输、储存中排布合理、配合协调和经济有效。

加锚岩体结构面组合单元研究

为了简化大规模加锚岩体结构面有限元分析的前处理过程,通过结合结构面单元的位移插值函数和虚拟锚杆单元的刚度矩阵,提出了加锚岩体结构面组合单元模型.该单元不仅适合大规模加锚岩体结构面的有限元分析,同时也可以模拟加锚岩体结构面的真实加固机理.

基于实体退化组合单元的钢筋混凝土多梁式T梁非线性分析

根据实体退化壳单元理论,推导单元的位移场,建立钢筋混凝土多梁式T梁的实体退化组合单元模式,其中纵向受力钢筋采用空间杆单元处理,并推求了其对实体退化组合单元刚度矩阵的贡献。采用Ottosen四参数屈服准则,考虑混凝土的材料非线性,以及通过V.Karman假设考虑了结构的几何非线性,分析几何非线性对此结构的影响。典型算例分析表明:考虑双重非线性的钢筋混凝土多梁式T梁的实体退化组合单元的计算结果与试验资料吻合良好;当偏载加载时,加载端边梁的受力钢筋应力发展较为迅速而首先达到屈服应力,其余各主梁的受力钢筋应力依次发展,直至结构破坏;对于钢筋混凝土多梁式T梁类实体结构,材料非线性效应明显,但几何非线性效应在一定范围内可以不计入。

川东丘陵区土壤组合单元发生特征研究─—以梁滩河流域为例

以土壤组合的个体单元为研究对象，根据梁滩河流域自然环境的基本结构特征，讨论了不同地貌条件下土壤组合单元的形成与发生机制。认为在川东丘陵区，土壤组合单元的发生主要受地貌形态的制约，物质、形态、能量、时间是土壤组合单元形成与分异的四大基本要素。

用组合单元法分析轴流通风机叶轮的耦合振动特性

采用组合单元法分析了轴流通风机叶轮的振动特性。首先建立轴流通风机叶轮的组合单元动力学模型，再在此基础上计算了叶轮的固有振动频率和振型。据此，指出了采用组合单元法分析叶轮振动是切实可行的好方法。

滚动导轨智能组合单元结合部动态特性研究

以滚动导轨智能组合单元为研究对象,借助赫兹接触理论,分析计算滚动导轨副、滚珠丝杠副和角接触球轴承的刚度,建立了滚动导轨智能组合单元结合部的动力学理论模型。通过对滚动导轨智能组合单元结合部进行相应的简化,采用弹性单元模拟结合部特性,提出结合部特性仿真分析的有限元方法,建立该机构的有限元模型,并对其进行了模态分析和谐响应分析,得到该机构的动态特性。分析结果为滚动导轨智能组合单元的动态特性优化提供了理论依据。