三维有限元并行EBE方法

采用Jacobi预处理,推导了基于EBE方法的预处理共轭梯度算法,给出了有限元EBE方法在分布存储并行机上的计算过程,可以实现整个三维有限元计算过程的并行化。编制了三维有限元求解的PFEM(ParallelFiniteElementMethod)程序,并在网络机群系统上实现。采用矩形截面悬臂梁的算例,对PFEM程序进行了数值测试,对串行计算和并行计算的效率进行了分析,最后将PFEM程序应用于二滩拱坝-地基系统的三维有限元数值计算中。结果表明,三维有限元EBE算法在求解过程中不需要集成整体刚度矩阵,有效地减少了对内存的需求,具有很好的并行性,可以有效地进行三维复杂结构的大规模数值分析。

液化场地桥梁群桩基动力反应三维有限元模拟方法

针对大型振动台试验,基于u-p有限元控制方程考虑饱和砂土中水和土颗粒的动力耦合作用,选用砂土的动力Nishi本构模型、土的莫尔-库仑本构模型,建立液化场地群桩–土–桥梁结构动力相互作用分析的三维有限元模型和计算方法。模型中,桩、柱墩采用基于Mindlin-Reissner理论的三维梁单元模拟,土、承台采用20节点的六面体单元划分网格,饱和砂土采用考虑孔压效应的20-8节点的六面体单元剖分。桩与土、承台与土之间的相互作用分别采用三维线接触单元、接触面单元模拟。使用一致边界模拟振动台试验计算域的人工边界。采用瑞利阻尼考虑群桩–土动力相互作用体系的阻尼效应。自重作用下,土的静力弹塑性分析采用欧拉向后积分方法求解体系响应;随后,地震激励下采用Wilson-?逐步积分法求解体系的非线性动力方程组。通过振动台试验,验证了数值模型的正确性,表明该模拟方法可以很好地模拟液化场地群桩–土–桥梁结构动力相互用的重要特征。

三维有限元方法在距骨研究中的应用进展

距骨的解剖结构特殊,表面70%被软骨覆盖,其余部分被覆骨膜而无肌肉肌腱附着,其血运较差,因此距骨损伤后缺血性骨坏死发生率较高。距骨参与形成踝关节、距下关节和距舟关节并承担小腿至足部扭力转换器的作用。正因为距骨结构特殊、血运较差、距骨周围关节功能复杂且作用显著,所以深入了解距骨正常的解剖结构和力学分布特点有助于我们进一步认识正常和异常情况下距骨的生理病理学行为,对临床治疗的指导意义重大。

平面钢闸门三维有限元线性分析的若干问题

为提高平面钢闸门三维有限元线性分析的科学性和规范性,以某水电站机组进水口快速平面钢闸门为研究对象,采用ANSYS有限元分析软件,从有限元网格划分和漏水孔结构简化两个方面出发,讨论研究了此类平面钢闸门三维有限元线性分析的若干问题。研究表明:采用shell281单元对平面钢闸门这样的典型空间薄壁结构进行有限元计算时,应力计算结果精度更高;在划分网格建立有限元模型时,网格尺寸的大小对挠度影响较小,合理的网格尺寸可以使应力的有限元计算结果与网格尺寸之间具有无关性,并减少计算量;相对于自由划分方式得到的网格质量,映射划分方法得到的网格质量更高,但对平面钢闸门结构应力和挠度的计算精度的提高甚微,且映射划分方法工作量较大,效率较低;当平面钢闸门主梁漏水孔直径与梁高之比(径高比)小于或等于0.15时,在建立平面钢闸门模型时可简化忽略漏水孔,反之则不能简化。

口模挤出三维罚有限元方法计算机模拟中罚数的确定

详细分析了采用三维罚有限元方法进行聚合物口模挤出的计算机模拟过程中罚数的确定 。

基于三维均匀化方法的复合材料本构数值模拟

论文从小参数渐近展开和摄动方法的均匀化理论出发 ,构造了满足非协调元分片检验条件 (PTC)的形函数 ,并且对单向纤维增强复合材料的弹性本构进行了数值模拟 .结果表明该方法可得到较为准确的复合材料等效模量 ,并在一定程度上克服了一般等参元在模拟材料等效弹性常数所得结果过大 。

基于三维有限元分析的汽车风道材料降噪方法

声波在汽车空调通风道道中主要以平面波成分出现,然而,当声波的波长大于管道截面尺寸时,就会出现高次波成分,采用一维计算方法或二维方法就会出现较大的误差,三维有限元方法能够有效解决计算过程中出现的误差。采用传递函数法在阻抗管中对PE发泡材料和三种面密度的模压织物平板材料吸声系数进行测试。测试结果表明,闭孔发泡塑料吸声性能最差,模压织物面密度越大,吸声性能越好。以测得的阻抗作为边界条件,采用三维有限元方法,对直管风道样件管口辐射噪声。直管样件测试和仿真分析结果表明,模压织物材料的面密度对隔声性能影响较小,900 gsm模压织物风道比500 gsm和700 gsm改善0.8 d B左右,模压织物比发泡塑料噪声改善3 d B。

基于三维有限元方法的拱坝坝肩运行稳定分析

威后水电站工程拱坝在运行10年之后,考虑有部分岩体可能存在老化的问题,需要对其稳定性加以验证。本文通过三维有限元方法对运行阶段的坝肩岩体进行稳定模拟和分析,得出抗滑稳定安全系数大于《混凝土拱坝设计规范》(SL 282-2003)规定的抗滑稳定安全系数允许值,说明虽然部分岩体可能处于塑性状态,但坝肩岩体依然具有良好的稳定性。同时,验证了有限元方法可以对运行阶段的拱坝坝肩岩体的稳定性进行模拟分析,对运行监控所测量到的结果加以验证。

三维有限元并行计算及其工程应用

针对水利工程中的大型复杂三维结构对大规模数值计算的需求,基于J-PCG方法(Jacobi预处理共轭梯度法),建立了有限元EBE(element-by-element)方法在分布存储并行机上的计算算法。该算法不用考虑网格拓扑结构和单元的排序,同时不形成整体刚度矩阵,而且避免了对复杂的三维结构进行区域分解。采用上述算法编制了三维有限元并行求解的PFEM(parallelfiniteelementmethod)程序,并在网络机群系统上实现,然后将其应用到二滩拱坝-地基系统和水布娅地下洞室的三维有限元数值计算中。数值计算结果表明,三维有限元并行EBE方法非常适合于水利工程中三维复杂结构的大规模数值计算。

旁孔透射波法检测既有建筑物桩基的三维有限元分析

介绍了旁孔透射波法的原理和测试步骤,对这种无损检测方法在既有建筑物桩基础检测中的应用进行了三维有限元分析。建立了三维桩-土模型并计算动力响应,分别给出了饱和土、非饱和土地基中完整桩和缺陷桩的旁孔透射波信号,并分析了P波时间-深度特征与桩身的相关性。研究表明,旁孔透射波法具有简单易行、无损等优点,可以有效地检测既有建筑物的基础。

地震地表变形三维有限元数值分析

基于地震断层弹性位错理论,采用地震位移水平分布的抛物线模型,研究了三维有限元方法在活断层发震产生地震变形预测计算中的应用,并以敦煌莫高窟为例进行了实际计算。研究及计算结果表明,该方法计算地震变形简明实用,具有计算精度高、边界可控、模型可调的特点,能使模拟更切合实际。

边坡抗滑桩加固的三维有限元计算

本文以王山村滑坡为研究对象,围绕其工程中静力抗滑稳定问题,通过室内试验对影响王山村滑坡稳定性的地质构造、场地工程条件等内在因素进行分析评价。在此基础上,利用大型商业软件ABAQUS对边坡抗滑桩加固模型进行有限元计算分析。通过对加固在边坡模型底部、中部及上部3个常见桩位稳定性系数的计算,得到了3个桩位的稳定性系数。计算结果表明:加固在模型中部桩位的安全系数最高,为1.58。为综合考虑静力作用下坡脚应力集中及动力作用下的坡顶加速度放大效应,设计了加固在边坡中点附近的上部桩位和下部桩位,并分别对其稳定性进行求解,计算结果显示两种桩位都具有较高的安全系数,分别为1.35和1.56。最后通过对模型坡面上5种桩位安全系数的对比,验证了上部桩及下部桩的可行性,可作为工程实践的参考方案。

三维有限元刚度矩阵的压缩存储算法

为提高有限元分析效率、减少存储空间消耗,对刚度矩阵的压缩存储算法进行了研究.研究了"广义相邻节点对"与刚度矩阵中非零子矩阵的关系,确定了刚度矩阵中非零子矩阵的分布规律;提出了一种新的刚度矩阵压缩存储方法—"改进的CSR存储方法",给出了基于压缩存储的刚度矩阵的生成过程以及线性方程组迭代解法方法,并将提出的算法应用于三维体积成形有限元分析软件.有限元分析实例表明,该算法可以有效地减少存储空间,提高计算效率.

无支撑基坑变形特性的三维有限元分析

建立三维有限元模型对采用格型地下连续墙和高桩梁板地下连续墙围护结构的船坞基坑进行分析,计算中假定土体为横观各向同性体,考虑土与结构的共同作用以及土体分区开挖.通过分析实测数据和计算结果,研究了无支撑船坞基坑开挖过程中格型地下连续墙和高桩梁板地下连续墙的变形特性.计算结果表明,船坞基坑围护结构的变形性状受其结构形式以及施工工况的影响,基坑内部桩基对船坞基坑围护结构变形影响较大,船坞基坑的开挖对临近基坑的影响很小.

上颌尖牙压低的三维有限元分析

目的:分析压低加载变化对Von mises应力分布的影响,探讨尖牙压低过程中的力学机制,为临床正畸治疗提供客观的理论依据。方法:运用已经建立的上颌尖牙及矫治器的三维有限元模型,在有限元模型中的弓丝上选择三个代表性的点:距托槽近中边缘1mm处、远中边缘1mm处、托槽中点处。在此三点上设计五种工况,模拟不同的压低情况,描绘出牙体及牙周膜的位移形变图、Von mises应力分布图。结果:不同的压低加载对牙周膜应力分布有明显的影响。①在弓丝上单独施加压低力时,牙周膜应力集中区主要位于牙周膜唇面颈1/3靠近中处;②在压低的同时施加舌向力,牙周膜应力集中区由唇侧向舌侧转移;③40g的压低与5g的舌向力共同作用时,尖牙在不发生唇舌向倾斜的情况下被压低,牙周膜应力分布较均匀。结论:当压低力与舌向力的比值等于8:1时,尖牙在不发生唇舌向倾斜的基础上被压低;当压低力与舌向力的比值大于8:1时,尖牙在压低的同时发生牙冠唇向牙根舌向的倾斜运动;当压低力与舌向力的比值小于8:1时,尖牙在压低的同时发生牙冠舌向牙根唇向的倾斜运动。

不同大小的后方牵引力对鼻上颌复合体影响的三维有限元分析

目的:探讨不同大小的后方牵引力与鼻上颌复合体内部应力分布及位移的关系,以达到为临床矫治力的选择提供科学依据的目的。方法:利用有限元软件ANSYS10.0在鼻上颌复合体三维有限元模型上分析5种大小的后方牵引力对鼻上颌复合体内部应力分布和位移的影响。结果:随着后方牵引力值的增大,A点和ANS点向后位移也逐渐增大,而N点向前移动,但N点的位移量很小,变化呈线性关系。且A点、ANS点和N点的应力值也逐渐增大。结论:施加不同大小的后方牵引力,鼻上颌复合体的应力和位移随牵引力值的增大而增大,而每侧3～5N后牵引力即可引起上颌骨明显的后方移位。

平面应变和三维方法分析洞室开挖问题的探讨

对地下洞室群开挖过程中塑性区出现的先后及分布范围大小的问题进行了专门的探讨，从理论上分析了应用三维有限元方法得出的塑性区分布小于应用二维有限元方法得出的塑性区的原因．

复合材料接头三维有限元技术研究

介绍了复合材料三维单元刚度矩阵，用三维有限元方法计算了复合材料层压耳片接头拉伸、剪切、弯曲载荷的问题；给出了孔边应力分布及弯曲时层间剪应力分布。结果表明：当载荷平行于铺层且沿厚度均匀分布时，应力沿厚度方向变化不大，主要与铺层角度有关；当载荷不平行铺层时，层间剪切应力和拉伸应力较大，是接头破坏的主要原因。

矿井直流电透视方法技术研究

利用三维有限元计算方法对矿井直流电透视的七种装置形式进行正演模拟。计算结果表明,矿井直流电透视法属于体积勘探,但不同的测量方式对应不同的电场分布特性,能突出探测目的层(煤层内或顶底板岩层)内的异常特征,为采煤工作面内的具体地质问题选用相应的装置形式提供了理论依据。