基于一致性理论的Drucker-Prager材料弹黏塑本构模型

系统地论述了一致性理论的主要内容,推导了相关的黏塑性切线模量,并在前人工作的基础上研究了类Hoffman材料的推广条件及其一般性的推广方法;将线性Drucker-Prager模型(简称D-P)推广到一致性的黏塑性模型;给出了推广后模型的向后欧拉算法的有限元离散列式;最后将数值算例和试验成果进行对比,验证了一致性的线性D-P模型的有效性。

基于复合屈服准则的混凝土塑性损伤模型

引入拉伸损伤变量和剪切损伤变量来共同描述损伤对混凝土宏观力学性能的劣化,采用带拉断的Mohr-Coulomb准则作为塑性损伤模型的屈服准则以及非关联的Drucker-Parager塑性势函数,在热力学和连续损伤理论的框架内建立损伤准则和损伤演化方程,提出了一种改进的混凝土塑性损伤模型,并采用基于完全隐式的向后Eu-ler积分算法进行应力更新。在ABAQUS平台上,采用UMAT进行改进的塑性损伤本构模型的二次开发,并进行了单轴和多轴数值验证。计算结果表明:数值结果和理论曲线及试验成果吻合很好,验证了本构模型的合理性。

混凝土弹塑性损伤本构模型研究 Ⅱ:数值计算和试验验证

针对建议的基于能量的混凝土弹塑性损伤本构模型[1],将损伤演化和塑性变形解耦,本文建立了模型的弹性预测-塑性修正-损伤修正数值分析框架,给出了无条件稳定的应力更新算法和相应的算法一致性切线模量。在弹性预测-塑性修正过程中,利用谱分解回映算法建立了塑性流动因子和硬化参数的统一迭代格式,减小了有效应力更新的计算量。根据上述数值算法,编制非线性有限元分析程序,对单调和低周反复荷载作用下的混凝土材料和结构试验进行数值模拟,分析结果表明建议的弹塑性损伤本构模型可以较好地描述混凝土材料的典型非线性行为,其数值方法是有效的,为进一步的结构非线性分析应用奠定了基础。

考虑任意重事件发生的多步变步长电磁暂态仿真算法

分析现有的电磁暂态仿真程序处理数值振荡以及连续事件发生情况的不足,提出一套能胜任电力电子元件快速开断的考虑任意重事件发生的多步变步长电磁暂态仿真算法。采用该算法,对于事件发生的时刻搜索准确,计算结果精确;不需要对于情况更为复杂的控制系统部分进行插值处理,编程简单灵活;并且对仿真步长具有很大的适应性,不同步长的计算结果相差不大,数值稳定性好。大量电力电子仿真计算测试表明,该算法是有效、可行的,它提高了电磁暂态仿真程序对电力电子元器件模拟的准确性和仿真能力。

下穿暗涵盾构隧道施工过程损伤-渗流耦合分析

针对下穿既有暗涵盾构隧道施工过程中的开挖扰动问题,首先给出了基于Mohr-Coulomb准则的岩体弹塑性耦合损伤模型,同时引入损伤变量-渗透系数演化方程,建立了岩体弹塑性损伤-渗流耦合模型;其次,利用ABAQUS软件的子程序接口,编写了模型的求解程序;为避免数值积分过程中的飘零问题,采用了完全隐式的向后欧拉算法,通过在主应力空间中分区域讨论的方式,解决了M-C准则数值积分过程中的奇异点问题;最后,将该模型应用于南昌地铁三号线工程,分析了盾构施工过程中地表与上部暗涵的变形规律,周围岩体的损伤值和孔隙水压的分布规律,依据计算结果提出了合理的施工建议。

基于弹塑性损伤-渗流耦合模型的隧道洞口段围岩稳定性研究

为分析复杂条件下隧道洞口段稳定性问题,建立基于Mohr-Coulomb准则的岩石弹塑性损伤-渗流耦合模型,利用完全隐式的向后欧拉算法编制弹塑性损伤模型的应力积分程序。在此基础上,利用ABAQUS平台的子程序接口实现耦合模型的有限元计算。将该模型应用于福建某洞口段隧道工程的围岩稳定性评价中,分析不同降雨强度下洞口段结构的安全系数、位移及损伤值的变化规律。结果表明:隧道洞口段结构的安全系数、损伤区和位移均会随着降雨进程的发展发生变化,雨季应加强监测频率。

适用于全桥MMC等效模型的线性排序均压算法

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)已在直流电网和新能源汇集等领域发挥重要作用。随着直流电网的发展,全桥MMC在直流故障穿越中起到了非常重要的作用,而已有的MMC等效模型在仿真超高电平MMC多端直流电网时,受排序算法复杂度的影响,仿真效率依然较低。有文献基于开关器件关断电阻无穷大并采用后退欧拉法,针对一种理想型的全桥型MMC等效模型提出了一种线性排序算法。本文以快速嵌套同时求解法为基础,证明了在梯形积分和后退欧拉电容离散化方法下,全桥子模块中关断电阻为实际值时该排序算法依然适用,并将该证明方法拓展到了对半桥型MMC戴维南等效模型线性排序算法的证明中。通过更具一般性的证明分析了该线性排序算法的本质机理,指出该算法分组的依据并分析了该算法对基于其他拓扑的MMC戴维南等效模型的适用性及其优缺点。

Hoek-Brown准则奇异屈服面的圆化方法及其强度折减技术与应用

为克服基于Hoek-Brown强度准则的屈服面数值奇异问题,提出新的棱角处屈服面圆化方法,在此基础上,借助ABAQUS二次开发平台,采用FORTRAN语言编制理想弹塑性模型子程序,应力更新算法为完全隐式的向后欧拉积分算法;提出基于Hoek-Brown准则的有限元强度折减技术,并将其嵌入到圆化后的屈服函数中,探讨了强度折减技术应用于Mohr-Coulomb强度准则和Hoek-Brown非线性强度准则的异同点。对某圆形隧洞的模拟分析表明,围岩应力和塑性区的数值计算结果和解析结果吻合很好;对某岩质边坡的模拟分析表明,与等效Mohr-Coulomb模型的线性强度折减技术相比,基于Hoek-Brown模型的非线性强度折减技术获得的潜在滑动面位置较浅、形状较陡,更符合岩质边坡滑动面的特征,两个算例验证了该圆化方法和非线性强度折减技术的正确性和适用性。

抛物型微分方程的多尺度有限元高效计算

提出了抛物型微分方程的高效多尺度数值计算方法.与传统有限元基函数相比,多尺度有限元基函数能更好地反映问题自身的强振荡微观信息,结合多尺度有限元格式,可使计算结果在宏观尺度获得很好的数值逼近.对时间采用欧拉向后差分离散化,得到稳定且收敛的数值结果.新方法在取得高仿真逼近的同时,节约了大量计算资源和时间,因而更具应用价值.

广义双剪应力准则的一种角隅模型的数值实现及应用

理论和试验表明广义双剪应力准则比传统的Mohr-Coulomb准则能更准确地表述岩土材料的抗剪强度。然而,现有的大型有限元等数值软件中均没有基于该准则的本构模型。为对Mohr-Coulomb准则进行光滑化而提出的Gudehus-Argyris(G-A)函数,其实是广义双剪应力屈服函数的角隅函数。通过对该角隅函数的研究,构造G-A角隅模型,推导各流动矢量计算表达式;在ABAQUS平台上,采用Fortran语言编制相应的基于完全隐式向后欧拉积分算法的UMAT子程序;将该子程序应用于模拟常规三轴压缩、单轴拉伸和真三轴试验以及一均质路堤稳定性分析中,并与ABAQUS内嵌Mohr-Coulomb模型的结果进行了对比。结果表明,该角隅模型的数值实现方法是完全正确和可靠的,有利于广义双剪应力准则的实际应用,以克服传统的Mohr-Coulomb模型偏于保守的缺陷。