碾压混凝土重力坝稳定温度场数值仿真研究

为分析水库水温及碾压混凝土重力坝稳定温度场的分布规律,基于描述水温的一维控制方程及稳定温度场的拉普拉斯方程,运用非线性有限元软件数值计算水库水温随水深及时间的变化过程、碾压混凝土重力坝运行期稳定温度场的分布。数值仿真结果表明:水库水温1月份最低、7月份最高且随水深的增加而降低,碾压混凝土重力坝稳定温度场的分布符合一般规律。该数值分析方法对类似工程的温控分析具有参考意义。

三维球形随机骨料混凝土细观数值模拟

为了在细观层次上进行混凝土数值模拟,将混凝土视为骨料、砂浆以及二者之间的界面层组成的非均匀复合材料,利用Matlab编程语言结合蒙特卡罗方法实现了混凝土细观结构三维球形随机骨料模型的自动生成,并通过四级配混凝土骨料生成投放试验和三级配混凝土劈拉试验进行了验证。结果表明,所建模型骨料投放含量能达到58%左右,可满足大体积、全级配混凝土的骨料投放模拟。

多面体骨料大体积混凝土三维细观模型生成

将混凝土视为由粗骨料、砂浆质以及两者之间的界面组成的三相复合材料,用细观方法研究混凝土特性,提出了新的随机算法并生成三维细观有限元模型。这种方法基于Mote Carlo随机样本原理,由一个给定的骨料级配随机生成多面体骨料颗粒,按照互不相交原则逐一投放到混凝土模型试件中。将判断骨料是否互不相交转化为判断一个线性规划问题是否有解,能有效地提高模型骨料含量率及模型生成速度。文中提出的所有算法在MATLAB中都易实现,与COMSOL软件相结合能更高效地完成有限元网格剖分。计算实例表明,对于骨料含量高的大体积三四级配混凝土,这种方法能满足数值建模的需要。

一种生成椭球形骨料的混凝土细观模型方法

为了在细观层次上对全级配混凝土进行数值模拟,进而从机理上认识其力学性能和宏观试验现象。针对随机分布的含有大量椭球形骨料的全级配混凝土给出了一种计算机模拟方法。结合MATLAB语言和COMSOL脚本编程实现了全级配混凝土三维细观几何模型和有限元模型的自动生成。提出了以三维数组划分投放区域和以代数条件为嵌入判别准则,有效地克服了椭球形随机骨料模型生成中的效率瓶颈问题。最后用实例说明算法的有效性。分析表明随机骨料投放含量能达到54%左右,能满足实际混凝土试件数值仿真的要求。

全级配混凝土二维细观模型的自动生成

将COMSOL软件与MATLAB软件有机结合,提出基于数值图像处理技术和骨料嵌入判别准则的混凝土细观数字模拟方法,实现了全级配混凝土二维细观几何模型和有限元模型的自动生成.骨料的生成主要依据混凝土级配中的骨料粒径分布,骨料的投放以骨料颗粒不相互嵌入为原则.为了验证该方法的有效性,采用4种形状的粗骨料试件进行模拟.结果表明:对于骨料含量高的全级配混凝土细观模拟试件,无论是骨料投放还是有限元网格自动剖分,此方法均可获得较高效率.

三级配混凝土劈拉强度二维细观数值模拟

为从细观结构上研究混凝土劈裂抗拉强度,通过自编程序建立混凝土细观模型,采用混凝土损伤塑性模型描述细观各相材料的损伤演化。利用有限元技术数值模拟三级配混凝土试件的细观损伤断裂和劈裂抗拉强度,探讨了不同骨料分布、骨料形状、垫条宽度及界面厚度对劈裂抗拉强度的影响。结果表明:不同骨料分布和骨料形状对劈拉极限强度略有影响,但数值模拟结果均在试验统计范围内,且与文献资料中给定的试验结果相符。按照现行试验规程选取垫条宽度时,可以有效地缓解加载部位应力集中现象,使劈拉强度接近真实混凝土强度。骨料粘结界面厚度越小,混凝土劈拉极限强度越高。

三级配混凝土二维随机多边形骨料模型数值模拟

为了研究混凝土的细观力学性能,利用MATLAB自编程序建立混凝土多边形随机骨料模型,采用最大限定边长和最小限定边长控制多边形骨料生成,并将随机骨料模型导入Comsol软件,建立混凝土细观模型,最后对三级配混凝土轴拉破坏进行数值模拟分析。分析结果表明,该混凝土细观模型算法合理可靠、简单易行,数值计算结果与宏观混凝土轴拉试验结果相符。可为混凝土的非线性有限元分析及力学性能试验改进提供理论依据。

三级配混凝土劈拉破坏三维细观数值模拟

用细观分析来模拟混凝土立方体劈裂试验的力学特性,常将混凝土看成由粗骨料、砂浆质和界面过渡区组成的三相复合材料。为了研究骨料形状对混凝土劈拉试验的影响,三组18个数值试件被用来进行劈裂计算。对于砂浆基体和界面过渡区使用损伤塑性模型,骨料则假设为线弹性体。数值模拟结果体现了混凝土宏观力学响应的非线性特性,反映出混凝土骨料形状对劈拉结果的微小影响,证明了劈拉强度与试验数据基本吻合。此外,还讨论了不同加载垫条宽度对劈拉强度的影响。

PKPM在水利工程框架结构设计中的应用

框架结构在水利工程泵站、水闸等上部结构中使用较为广泛,为给水利工程设计技术人员使用PKPM进行框架结构分析提供参考,文章结合使用经验,提出在PKPM中自定义组合及工况,修改荷载分项系数,使结构内力计算结果与水工混凝土结构设计规范一致,并以算例验证其有效性。结果表明:数值解与结构力学解吻合较好,验证了PKPM在水利工程框架结构分析中的可靠性。

混凝土圆柱体试件劈拉性能数值模拟

为从细观层次上研究混凝土的劈拉力学性能,运用不同的三维随机骨料模型模拟混凝土中粗骨料,利用非线性有限元方法对混凝土劈拉细观损伤断裂进行数值模拟。结果表明:裂纹最先起裂于界面,随后扩展至砂浆直至整个试件断裂破坏,数值分析结果与试验结果基本吻合,所采用的数值分析方法在模拟混凝土劈拉力学性能时具有较高的可靠性。

基于COMSOL Multiphysics求解KdV方程

为了得到KdV方程的数值解,基于有限单元法的COMSOL Multiphysics软件建立有限元模型并求解孤立波在各个时间点的分布情况,以研究孤立波的传播特性.数值模拟结果表明:孤立波不会发生消散,以三维图的分布形式表示,可以发现孤立子在一定的空间内会发生碰撞以及发生重现,也即两个不同速度和振幅的孤子相互碰撞、相互穿过,互相之间没有影响.

全级配混凝土单轴疲劳特性细观数值模拟

为研究全级配混凝土在等幅、变幅及阶梯重复荷载作用下的疲劳特性,揭示材料特性与疲劳应力水平对其疲劳寿命的影响规律,通过自编程序建立二维随机骨料模型,运用有限元软件和耐久性疲劳分析软件进行联合仿真,对全级配混凝土细观结构进行应力分析和疲劳分析,探讨了不同骨料分布、骨料形状及疲劳应力水平对混凝土疲劳性能的影响,并估算了疲劳寿命。结果表明:在阶梯重复荷载作用下,骨料形状和分布对混凝土疲劳寿命影响较小,而疲劳应力水平对疲劳寿命影响较大;圆形和椭圆形骨料混凝土疲劳寿命较高,多边形骨料寿命较低;在疲劳加载破坏过程中,骨料界面先起裂,然后裂纹逐渐扩展贯通,最后导致整个试件完全破坏,可见骨料界面是混凝土中的薄弱部位,其寿命直接影响整个混凝土试件的寿命。研究成果为后续混凝土疲劳性能研究提供了参考。

基于细观力学模型的三级配混凝土立方体试件单轴损伤数值分析

为分析混凝土细观结构在单轴荷载作用下的损伤演化过程,研究混凝土单轴破坏的宏观力学性能,基于细观力学模型,采用Marazs损伤模型描述混凝土内部各相材料的本构关系,通过数值实验分析三级配混凝土立方体试件单轴破坏的宏观力学性能。数值实验结果表明:混凝土试件在单轴荷载作用下的损伤断裂是由于内部的初始损伤不断累积演变的结果,其数值实验的最终破坏形态与宏观层次上的破坏形态基本相似,粗骨料分布、粘结层厚度、粘结层和基体强度对混凝土宏观破坏具有一定的影响,说明该方法对混凝土细观结构破坏机制的分析合理、可靠。

非溢流坝施工期温度应力场数值模拟研究

为分析非溢流坝施工期温度应力场的分布及随时间变化的规律,假定混凝土的温度应力呈线性变化,利用大型通用非线性有限元软件对非溢流坝施工期温度应力场进行数值模拟研究。模拟结果表明:基础约束区温度应力较大;非溢流坝施工期的温度应力随时间不断增加;坝体内部采取温控措施后,温度应力不大于混凝土的允许拉应力。该分析方法可为非溢流坝的温控设计提供借鉴也能为施工提供指导。

浅析COMSOL Multiphysics在结构动力分析中的应用

特征值在很多领域都有广泛的应用,除了分析偏微分方程外,还可以用来分析结构动力特性。为了给使用COMSOL Multiphysics有限元软件的工程技术人员提供参考,结合使用经验,介绍COMSOL Multiphysics有限元软件在结构动力分析中的应用,并以两个数值算例验证其数值解的有效性。结果表明:数值解与解析解吻合较好,验证了COMSOL Multiphysics在结构动力分析中的可靠性。

基于细观损伤力学的四级配混凝土立方体试件单轴破坏有限元分析

为在细观尺度上分析粗骨料、界面、砂浆基体参数对混凝土单轴破坏力学性能的影响,基于细观损伤力学和混凝土内部各相材料的本构关系,采用混凝土损伤塑性模型表达,本文运用有限元法分析四级配混凝土立方体试件单轴破坏的力学性能。分析结果表明:单轴荷载作用下,混凝土的宏观破坏是由于内部初始损伤不断演变、扩张、聚集的结果,数值分析的最终破坏形态与宏观破坏形态基本吻合,说明该分析方法合理可行。

刚-柔性桩复合地基在深厚淤泥水闸地基处理中的应用

对于深厚淤泥层水闸地基,为解决单一柔性桩布桩过密、加固深度不足,以及由于单一刚性桩桩身长度过长而导致的工程造价高、工期长等问题,基于复合地基理论的发展,采用刚性桩和柔性桩共同形成的刚-柔性桩复合地基,充分发挥各桩型的优势,提高地基承载力,减小建筑物沉降,经济实用,在实际工程中加固效果良好。

基于Ansys的碳纤维布加固框架梁的静动力特性分析

采用Ansys有限元计算软件,以某框架梁为例,建立其有限元的三维模型,分别对框架梁在未加固的裸梁、普通碳纤维加固以及预应力碳纤维加固情况下进行了静力分析、模态分析以及时程分析,从而研究了纤维布加固框架梁的动静力特性。研究表明:碳纤维加固可以大幅提高框架梁的极限承载力,但是会相应地降低框架梁的延性;预应力碳纤维加固对框架梁的自振频率影响较大,大幅提高了框架梁的刚度;普通碳纤维加固几乎不能提高框架梁的抗震性能,而预应力碳纤维加固则可以大幅提高框架梁的水平抗震性能,在设计时要遵循“强柱弱梁”的抗震准则。