基于GIS的边坡有限元网格自动生成研究

GIS已广泛运用于滑坡灾害研究,但GIS和数值方法相结合研究边坡问题的文献很少。原因在于边坡失稳和滑坡形成是复杂的三维空间物理力学过程,而三维空间数据模型理论还不成熟。因此,在现有GIS软件平台上实现大区域滑坡灾害数值模拟的关键在于三维有限元网格的自动生成。该文研究边坡岩土数值分析相关数据的GIS数据存储格式,提出基于栅格的六面体有限元网格生成和基于TIN的三棱柱有限元网格生成,并利用ArcGIS9 0、Ansys7 0实现有限元网格自动生成。

六面体单元下预应力等代荷载计算

对于具有复杂几何形状的桥梁,用体单元进行有限元分析有得天独厚的优势。预应力在有限元分析中一般按等代荷载考虑,但体单元的预应力等代荷载计算很少见到讨论。笔者提出一种运用高斯积分和牛顿迭代法的数值算法计算体单元情况下的预应力等代荷载,该方法能够适应各种复杂的预应力钢束形状。经过算例检验,该方法有很高的精度。

调距桨桨毂机构静强度的有限元仿真分析

文章对受推力、扭力、扭矩、离心力和螺栓预紧力联合作用下的某型舰船调距桨桨毂机构静强度进行有限元仿真分析。基于ANSYS 12.0软件平台,考虑桨毂部件几何结构及零件间装配接触关系,对桨毂机构整体及零件进行全六面体和六面体与四面体混合有限元建模,研究了桨毂中各零件在正常工况相互作用下的应力大小及分布。重点针对叶根螺栓的实际结构,采用六面体网格分析螺栓有无螺纹区别,证明螺纹的几何特征在强度校核中不能忽略。

基于任意六面体单元数据场的可视化研究

任意 8节点六面体单元是有限元分析中常见、且有效的体单元 .为了有效地实现对任意六面体剖分结构的结果可视化 ,提出了基于体单元节点相关性的等值面构造算法 ,可简捷地确定出等值面的位置 ,进而得出任意剖面上的等值线 .该等值面构造算法突破了以往算法中受规则立方体单元的限制 ,而且简单可行。

三维空间离散点数据场的插值方法

给出了一种根据三维离散点生成六面体单元并构造六面体9节点形函数进行插值的算法，该算法不受被插值模型单元形态限制，绕每一待插值点都能搜索到惟一的六面体插值单元，每一个数据的插出应用了被插值点周围8～16个已知节点的数据．给出了一种有限元逆变换算法，该算法收敛稳定、可较好地适应含有扭面等较不规则六面体单元局部坐标求解．实例表明，该方法精度较高，较好地实现了三维空间离散点数据场的插值．

近地空间环境要素三维建模与可视化仿真研究

提出了近地空间环境要素三维建模的静态模型和实测模型。根据近地空间环境各要素的特点,首先利用各种静态模式和实测数据构建三维空间数据场。然后对数据场进行六面体单元剖分,其中对实测得到的空间数据利用雅克比矩阵转换为规则六面体数据。最终,分别给出了中性大气、电离层等离子体、地球基本磁场和地球辐射带的几何模型,提出了一种适合于近地空间环境要素仿真的通用三维可视化方案。

一种生成六面体有限元网格的线段转换法

介绍一种将线段转换成三维六面体有限元网格的实用方法。根据各线段的拓扑关系形成由无向边组成的四边形面 ,由面的邻接关系生成无编号规则的六面体 ,引入局部坐标系并调整各六面体顶点的排列顺序使其成为符合有限元编号规则的六面体单元。该方法被应用于可视化通用结构分析系统 VSES中 ,取得了满意的效果 ,速度快、稳定性好。

一种简单有效的六面体网格自动剖分技术

提出了一种基于四面体二次剖分的六面体网格全自动剖分方法,研制了相应的程序。工程算例表明该方法简单有效。

管道有限元网格生成方法研究

利用波的传播理论,提出一种快速六面体单元网格生成方法,通过对规则六面体网格模型分区进行坐标变换就可以得到复杂的网格模型。实例表明,该方法实用性强,快速生成的复杂管道六面体网格质量较高。

三维复杂域非结构化六面体网格全自动生成方法

使用自适应有限单元法在三维复杂域内求解水工及岩土工程问题，讨论了应用行波法在多介质三维复杂块体内六面体单元网格的自动生成过程。其特点是对不规则区域具有较强的适应性，并考虑了节理单元的自动生成。

基于六面体覆盖的三维数值流形方法的理论探讨与应用

介绍了基于六面体单元的三维数值流形方法的基本理论,并在六面体单元中采用了有限元中C8型等参单元的形函数作为流形元中的覆盖函数。推导了相应平衡方程的刚度、初始应力、点荷载、体荷载、惯性力、固定点、法向接触、切向接触和摩擦力子矩阵。在二维接触中,切向应力和摩擦力的方向很容易沿着接触边得到,但在三维问题中要在接触面上确定该方向则非常困难,这也是所有计算方法在遇到三维接触时的难题。引入了向量理论和迭代方法,避开了相应困难的干扰。最后,给出了一个简单的地下失稳算例,证明了该三维方法的正确性。

一种高精度六面体广义协调元

在八节点六面体等参单元的基础上在其各个面的法向方向上增加一个自由度 ,同时为了提高精度 ,改善其性能 ,消除几何敏感性 ,又引入七个非协调的内部位移函数和一个泡状函数作为附加位移。数值计算表明该单元的性能良好。

带转角自由度的四边形六面体单元

本文提出了三个带转角自由度单元，其中一个平面四边形单元，两个空间六面体单元。对平面单元每个结点有两个线位移自由度、一个转角自由度；对空间单元，每个结点有三个线位移自由度、三个转角自由度。这些单元列式简单，其中两个无多余零能模式，数值计算表明，它们的计算精度高。

模拟三维裂纹问题的多尺度扩展有限元法

扩展有限元法模拟裂纹时独立于网格,因此该方法是目前求解裂纹问题最有效的数值方法。为了在计算代价不大的情况,实现大型结构分析中考虑小裂纹或提高裂纹附近精度,在裂纹附近一般采用小尺度单元,其他区域采用大尺度单元。提出了分析三维裂纹问题的多尺度扩展有限元法,在需要的地方采用小尺度单元。基于点插值构造了六面体任意节点单元。所有尺度单元都采用8节点六面体单元,这样六面体任意节点单元可方便有效地连接不同尺度单元。采用互作用积分法计算三维应力强度因子。边裂纹和中心圆裂纹算例分析结果表明,该方法是正确和有效的。

基于MSC.Patran风电机组轮毂的有限元分析

风力发电机组中,轮毂承载着复杂的气动载荷,利用经典力学很难仿真其应力的大小及分布.为得到较精准的轮毂受力状态,基于有限元软件HyperMesh对SUT-3000风电机组轮毂模型进行较规则的六面体网格划分,并在模型中引入GAP单元,利用MSC.Patran/Nastran作为分析平台对轮毂进行强度分析.静强度分析结果表明,轮毂的最大应力值(101 MPa)小于许用应力,其强度满足设计需要.六面体单元和GAP单元的使用,缩短了CPU的分析时间并获得了较平滑的应力和应变分布云图.

一种多功能映射网格分方法

在有限元当中网格(包括影射网格和自由网格)划分对于计算结果的影响至关重要。提出一种多功能映射网格划分方法,该方法以平面的网格划分为基础,曲面和某些特殊实体的网格可以通过其投影面或基准面的网格划分数据自动生成。算例表明,该方法结构简单,适用范围广,通过合理规划可以得到质量良好的网格。

基于六面体八节点单元的三维有限元数值模拟表面等值线的生成算法

论述了六面体八节点有限单元表面三维等值线生成的一种高效的算法 ,开发了三维等值线生成器 ,并将其与AutoCAD集成。将等值线生成器应用于自行开发的S FORM 3D数值模拟系统 ,该系统模拟生成的各种物理场量可以在AutoCAD中直接显示 ;同时应用该等值线生成器对DEFORM模拟结果进行处理 。

电机温度场分析中三维有限元模型网格划分方法

针对电机温度场分析中三维有限元模型网格划分对分析结果造成的影响,提出一种变密度六面体对称网格划分法。以交流牵引电机为例,首先建立交流牵引电机的三维有限元模型,然后针对其主要发热部件电机定子绕组采用变密度六面体对称网格划分,其余部件采用四面体自动网格划分,并采用有限元法对其进行三维温度场分析,同时与电机定子绕组采用传统六面体网格划分法作了对比研究,最后通过实验对上述变密度六面体对称网格划分法作了实验验证,结果表明,所提出的变密度六面体对称网格划分法有效提高了电机温度场分析的准确性,电机各主要部件如绕组端部、定子铁芯及机壳温升相对于实验结果的相对误差分别降低了0.62%、0.88%及0.96%,因而具有较好的应用价值。

水电工程数值模型快速查错方法研究

针对土木工程领域的地质模型构建了基于六面体连续数值模型的快速查错方法。该方法首先进行六面体有限分割,得节点及单元索引信息,再将每个单元拆分为6个空间面元结构,分为公用面元与独享面元两类,利用单元的节点坐标、网格拓扑关系进行自检索,将可能存在错误的独享面元输出至Auto CAD中进行可视化显示。案例分析表明:该方法效率高,可使模型中的错误一次性显现,然后对照错误出现位置在模型中进行一次性修改,达到省时省力的目的。研究的方法是连续数值模拟前处理的有效补充,可避免因几何联结不当引起的计算结果失真。

混凝土面板堆石坝跨尺度有限单元模拟技术的开发与应用

混凝土面板的薄板结构特性以及计算成本的控制需要,导致面板模拟精度相比面板复杂的工作条件、结构重要性而言过于粗糙,严重影响数值模拟计算的可靠性。【目的】为了实现面板的精细化模拟,【方法】通过在面板堆石坝的有限元计算中引入六面体任意节点单元,开发了一种混凝土面板堆石坝跨尺度有限元模拟技术,采用该技术对某面板堆石坝进行数值模拟,并与常规有限元模拟结果进行对比。【结果】结果显示,采用跨尺度精细化模拟技术,面板拉、压应力均有显著增大趋势,其中水平向压应力和顺坡向拉、压应力的增幅分别达到10%、40%和70%左右,两岸局部水平向拉应力甚至出现8倍以上增幅;沿面板厚度方向应力、变形也显示出压应力向表层发展、拉应力及结构缝张开度向底部发展的现象,尤其是顺坡向拉应力,表层、底层拉应力比值超过2.0;计算结果与面板堆石坝实际运行表现相互吻合。【结论】对比研究表明,跨尺度模拟技术不仅可以精细地反映单块面板的应力变化、接缝位移变化,而且可以反映面板变形与应力沿厚度方向的变化规律,为复杂面板堆石坝结构设计提供了更加可靠的依据。该技术计算效率、模拟精度高,具有很大的推广应用价值。