用刚体元方法求空间极限平衡问题的上限解

刚体元方法是研究块体系统的变形和运动的一种数值方法，可以用它来研究弹塑性物体的极限平衡问题。文中用通用的二维刚体元程序计算了正方形柱体顶面中心区域作用方形基础载荷情况的上限解。结果表明，这种方法有较好的精度和广泛的适用性。

基于梁刚体元模型的圆柱风致响应耦合分析

基于梁刚体元方法提出了圆柱风致响应分析的近似模型,通过计算流体动力学(CFD)求解器FLUENT及其动网格方法求解流体方程,实现了结构与流体的流固弱耦合分析,并利用精细积分法提高了结构的动力分析效率.针对梁刚体元近似模型、刚性模型与弹性模型,比较了不同风速下三维圆柱结构的顶部位移与加速度响应.结果表明,随着风速的增大,结构横向振动幅值呈非线性增加;不考虑耦合作用的刚性模型计算结果误差较大.

有限刚体元方法在微扑翼飞行器翅翼动力分析中的应用

仿生微扑翼飞行器的翅翼具有较大的柔性,并有较大的变形。寻求一种翅翼动力分析的方便、有效的方法是翅翼机构设计和分析的关键问题之一。将有限刚体元(Rigid Finite Element)方法应用于翅翼的动力分析,包括一般有限刚体元方法和改进的有限刚体元方法。研究表明,当翅翼的分段数目达到一定数目的时候,有限刚体元方法的计算结果与采用有限元方法的计算结果相差不大,而前者具有简单、方便、省时的优点。

刚体元在有限分析中的特殊应用

本文论述了刚体元在有限元分析中作为传力结构的特殊用法,并针对其使用时出现的问题一一作了详细分析。最后,探讨了刚体元在模型简化中的应用。

三维梁系结构刚体元-柔性连接元动力分析模型

将多体动力学与结构动力学结合，研究适用于空间梁结构的刚体元－柔性连接元模 型进行动力分析。推导出一般情形下柔性连接元的广义弹簧系数矩阵和刚体元的质量矩阵都 是非对角的。引入零长度刚性元模拟多个刚体元汇交于一点和相邻刚体元轴线不在一直线上 等情形。给出的特征值问题算例证明了这种模型的有效，可推广应用于非线性动力响应分析。

基于多刚体离散元模型的柔顺机构动力分析新方法

柔顺机构是部分或者全部由其构件的预期弹性变形来传递运动和力,这使得构件的弹性变形一般都较大。它的分析一般属于几何非线性问题。基于弹性体的多刚体离散元模型,研究了柔顺段和柔顺机构的多刚体离散元建模方法,推导了柔顺机构系统的一般控制方程,该方程可以解决柔顺机构的特征频率和几何非线性变形问题。并给出了算例,计算结果表明多刚体离散元方法能较好解决柔顺机构的几何非线性静力学和动力学分析。

基于多刚体离散元模型的深海采矿系统动力学分析

深海采矿系统的扬矿管线长达数千米,呈现出大位移、小变形的几何非线性特性。采用多刚体离散元方法对长管线系统进行计算分析。首先,从静态分析和动态分析两方面,给出2个典型算例,证明该方法的有效性;然后,将离散元方法用于中国1 km深海采矿系统的动力学分析,讨论不同海流方向下整体系统的联动性能,并与有限元方法进行对比。计算结果表明,对于形状简单的长管线系统,在同等精度下多刚体离散元方法计算速度较有限元法的计算速度提高了近8倍。

基于细观刚体弹簧元的轻骨料混凝土力学性能数值模拟

采用基于二维细观刚体弹簧元的数值方法,模拟了轻骨料混凝土静态加载下的力学性能,并将数值模拟结果与试验结果进行了对比分析。得出的主要结论为:加载边界无约束试件的抗压强度与峰值应变相对于有约束试件分别降低31.4%、55.6%;立方体试件抗压强度、峰值应变随尺寸的增大而减小,100mm×100mm×100mm、200mm×200mm×200mm非标准立方体试件抗压强度换算系数分别为0.95和1.09,峰值应变换算系数分别为0.91和1.08,通过数值模拟得到了棱柱体试件单轴受压、单轴受拉状态下的应力应变关系全曲线,并给出了单轴拉压强度之间的关系。与试验结果的比较分析表明,二维刚体弹簧元数值方法能较好地预测轻骨料混凝土的静态力学性能,可以用于分析轻骨料混凝土结构。

用刚体弹簧元研究拱坝的地震破损过程

在满足刚度、强度和荷载等效的基础上 ,本文采用三维刚体弹簧元模型模拟连续 -非连续介质系统 ,通过拱坝在自重和水压荷载作用下的位移场和应力场的计算 ,并且与有限元方法计算的结果对比 ,表明该法在模拟连续介质方面的精度在工程上可以接受。随后应用这一模型分析某拱坝的地震破损过程 ,计算结果表明 ,地震加速度峰值对拱坝整体性受损存在一临界值 ,对于研究的某拱坝 ,在选定的几何参数和物理参数条件下 ,当地震加速度峰值小于 0 4g时 ,坝体的整体性保持较好 ,地震引起的动力残余位移较小且呈线性变化 ;当地震加速度峰值大于 0 5g时 ,由于强震的往复作用 ,横缝以及水平施工缝的开裂造成拱坝中上部产生分离的混凝土块体 ,拱坝整体性受损较重。因此 。

混凝土细观刚体弹簧元法在劈裂试验中的应用

系统总结了细观刚体弹簧元法的理论框架,即随机骨料的生成过程、细观刚体单元的划分原理、刚体弹簧元模型的确定方法、本构关系的建立过程等,并评述了各国细观刚体弹簧元法的最新研究进展及成果;在模拟混凝土劈裂试验时,考虑劈裂试验的加载特点,对劈裂试件刚体单元的划分方法进行了局部调整。结果表明:细观刚体弹簧元法能够应用于混凝土劈裂试验的数值模拟。

板弯曲问题及振动问题的刚体界面元法

提出一种适用于厚、薄板弯曲及振动问题的矩形刚体界面元法。该法不要求场变量C^0,C^1连续,计算简单,算例表明,算法是可行的。

锦屏一级高拱坝坝肩刚体弹簧元动力抗滑稳定分析

锦屏一级水电站地质条件复杂:拱坝右岸由特定结构面f13断层、f14断层及SN向裂隙参与形成了7个控制滑块;左岸为反向坡,存在煌斑岩脉、f2断层、f5断层、f8断层、f42-9断层且左岸坝肩松弛严重,左岸坝肩稳定是关键性的技术问题。利用刚体弹簧元法对锦屏一级高拱坝左、右岸坝肩控制滑移块体进行了地震动力稳定分析。通过计算分析,左岸最小动安全系数出现在L5滑块且其Kd为1.434,右岸最小动安全系数出现在R4-3滑块且其Kd为2.166,拱坝的坝肩抗滑动安全系数均在合理范围内,其左右岸坝肩均能满足稳定性要求。

用刚体界面元法分析温度场、温度应力及徐变应力

本文用刚体界面元法推导了求解温度场问题的方程，算法适用于连续及不连续温度场，建立了刚体界面元法求解温度应力及徐变应力的公式，算例表明本文算法是合理可行的，具有一定的应用价值．

动力分析的刚体－界面元与有限元耦合法

提出了刚体－界面元、有限元与半无限元相耦合的算法，研究了挡水结构系统的动力特性及在地震激励下的动力响应。对于结构的主要部分用刚体－界面元离散，对结构的迎水面部分用有限元离散，在两种单元的交接面上设置了过渡单元，采用有限元和半无限元相结合模拟了水体的宽广性。文中导出了相关公式，编制了相应的计算程序，数值算例结果与有关文献比较，证实了提供方法和编制程序的正确性，并说明该方法具有简便，工作量少和计算精度高的优点。

小湾坝肩槽开挖边坡的三维刚体弹簧元分析

采用三维非线形刚体弹簧元法,对小湾坝肩槽开挖边坡进行应力应变及稳定分析,对计算成果进行评价分析,进而评价了工程加固措施。计算出各工况下滑面、滑块的安全系数,对计算成果进行了评价分析,并进行破坏模式的研究,提出了工程加固措施,从而为提高边坡开挖加固措施提供了依据。

弹性体轴承分析的刚体节理元方法

应用相似原理将刚体节理元方法应用于弹性体轴承受力分析。把弹性体轴承离散为刚性块体(金属体)——刚体元和块体之间的弹性体变形层(橡胶层)——节理元。在各种载荷状态下,求出刚体元的运动以及节理元的变形和应力分布。通过实例计算,证明此法效率更高,精度更好。

分区界面元-有限元-无限元混合模型

利用界面元良好的相容性,引入过渡界面元的概念,实现了界面元与有限元二种数值计算方法的结合,并提出了一种界面元-有限元-无限元混合模型。这种混合模型既可以发挥界面元计算精度高、适用于不连续变形等优点,又能够充分利用有限元的计算效率和无限元方便处理无限域介质的特点,较为和谐地解决了计算精度和计算效率的矛盾。数值算例表明,本文所建立的混合模型的有效性,揭示此类混合模型具有广阔的工程应用前景。

混凝土细观单元本构关系研究

通过劈裂和剪切试验得到砂浆-骨料复合试件界面的粘结抗拉强度,界面的I型断裂特征通过三点弯曲试验得到。并采用改进的J积分方法,利用试验结果提出了砂浆-骨料界面的拉伸软化曲线模型。另外,将光纤传感器分别埋置于砂浆中和粘贴在骨料表面,测量单轴受压试验中砂浆、骨料的变形过程及二者间的相对滑移值,从而建立了砂浆-骨料界面的粘结滑移本构关系曲线。同时,根据试验及分析结果,提出了砂浆-骨料界面的细观力学本构关系,为数值模拟提供了可靠的分析模型。

非正交转轴刚体姿态控制

针对非正交转轴二自由度旋转支架的刚体姿态控制问题,应用四元数方法,讨论了非正交转轴非正交参数的辩识方法,给出了姿态控制信号与姿态四元数参数之间的关系和一种具有全局指数渐进稳定性的四元数参数姿态控制方法。

用刚体弹簧元研究梅花拱坝的破坏机理

提出了使用非连续介质力学模型在满足刚度、强度和荷载等效的基础上模拟连续介质的方法 ,以研究结构大变形破坏过程。使用三维刚体弹簧元对梅花拱坝由于周边缝设计施工不当造成拱坝破坏的机理与过程进行了仿真研究。重现了拱坝在周边缝抗滑摩擦因数不足时 ,坝体整体上滑 ,拱座失去支承 ,导致拉应力急速恶化 ,坝体断裂并最终溃决的过程。