基于SiPESC平台的弹塑性分析的软件框架

基于开放式结构有限元分析软件系统SiPESC.FEMS,针对弹塑性非线性有限元分析理论与流程,采用工厂模式和构造器模式等经典软件设计模式,提出了一种基于面向对象设计方法的通用小变形率无关弹塑性分析软件框架。该框架利用算法与数据模型分离的思想,通过抽象出数据模型类、算法类和算法参数类,支持各功能模块的动态替换和组装,具备开放性和可扩展性。同时,基于SiPESC平台工程数据库的数据管理能力,实现了弹塑性分析中产生的大量历史数据以统一的接口与管理方式进行存取,为大规模问题的求解提供了高效、稳定的支撑。通过多类型实体单元、多类本构模型和多种规模的计算实例,验证了该计算框架在弹塑性有限元程序开发中的通用性、有效性和灵活性。

基于SiPESC.FEMS的隧道施工数值模拟构架

基于开放式结构有限元分析软件系统SiPESC.FEMS及其弹塑性分析构架,结合隧道结构设计常用的地层结构模型理论思想和相关技术,实现了一种隧道施工有限元分析计算构架.该构架通过地应力平衡分析计算围岩的初始应力,利用SiPESC.FEMS弹塑性分析功能,实现地应力平衡多步序分析所需的加载和卸载过程.利用SiPESC.FEMS对单元和材料属性数据的灵活管理,实现生死单元技术.利用SiPESC.FEMS对多种单元和多点约束的支持,实现埋入单元技术.利用SiPESC.FEMS动态任务流程配置,搭建了多分析步隧道施工计算流程.数值算例表明,该构架适用于隧道施工过程的数值模拟,能有效地计算出地应力平衡过程的应力变化,并对隧道施工方案进行优化.

基于SiPESC平台的Python扩展模块开发

基于Python的可扩展性,针对Si PESC平台对于动态解释型脚本语言环境的需求,设计并开发可动态集成Si PESC平台上系统管理、算法调用、分析计算等功能的Python扩展模块.讨论扩展模块开发过程中的用户需求、程序设计以及相关技术.Si PESC.OPT与Python第三方库的集成优化算例表明,该扩展模块能顺利驱动Si PESC平台上复杂工作流程,具有较强的实用性和灵活性.

基于SiPESC平台用户材料子程序的UMAT实现

针对复杂环境和加载条件下的材料本构模型,参照Abaqus所提供的用户材料子程序UMAT接口,实现基于Si PESC平台弹塑性分析功能的UMAT本构模型插件封装及调用.采用C++面向对象程序设计方法编制inp文件读取功能插件,实现Abaqus计算模型向Si PESC平台数据库的导入.将不同UMAT单独编译成动态库,同时利用工厂设计模式,实现不同材料本构模型的动态替换和调用.该设计模式可方便添加本构模型,具有一定的通用性、开放性和可扩展性.数值算例的验证表明基于Si PESC平台的UMAT的有效性.