基于开放式结构有限元系统SiPESC.FEMS的动力时程分析通用算法构架

基于开放式结构有限元分析软件系统SiPESC.FEMS,针对动力时程分析算法共性,采用C++面向对象程序设计方法和软件设计模式,研发了一种结构动力分析通用算法构架。构架的核心思想是算法与数据模型相分离,从而实现算法通用性,整个构架由四个基本类及子类构成。本文重点阐述了基本类的抽象过程和通用接口的设计思想,给出了利用插件技术实现算法构架的步骤。利用该构架已实现了Newmark法、Wilson-θ法、中心差分法及改进中心差分法,并进行数值验证。研究工作表明,算法构架适用于通用时程积分算法,可方便地进行动态扩展,具备良好的开放性和重用性。

多体动力学建模车铣复合机床有限元分析

以QT200-MY车铣复合机床为研究对象,通过建立机床三维模型获取各结构部件的特征参数,得出单个结构部件的动力学方程,将机床所有子结构能量代入拉格朗日方程得到机床整机多体系统动力学理论方程,求解得到相关特性参数数值,通过有限元仿真证明理论模型的准确性,提升车铣复合机床的建模精度。

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。

地震边坡稳定性有限元塑性极限分析拟动力法研究

地震诱发边坡失稳是地震灾害的主要类型之一,开展地震作用下边坡稳定性研究具有重要意义。常规拟静力法无法准确模拟地震波在边坡土体中传播的时间和空间效应,难以真实反映地震荷载。本文采用拟动力法模拟地震动荷载输入,基于塑性极限分析下限定理,结合有限元离散技术,建立了满足静力平衡条件、屈服条件、应力边界条件和间断条件的地震边坡稳定性有限元极限分析下限法数学规划模型,基于内点算法寻求边坡超载系数和安全系数的下限解。通过对典型边坡算例分析,验证了本文方法的正确性。进一步分析了均质土边坡、抗剪强度参数随深度线性增加的非均质土边坡以及双层土边坡的地震稳定性,讨论了关联和非关联流动准则对地震边坡稳定性的影响。结果表明:拟静力法和非关联流动法则会低估地震边坡稳定性;边坡安全系数有限元极限分析下限解与上限解之间的差异小于4.5%,本文方法计算结果接近地震边坡稳定性真解。

盾构隧道纵向地震响应简化动力有限元法分析(英文)

本文重点关注对盾构隧道的纵向地震响应分析方法的研究,提出了一种简化的动力有限元分析方法。这种方法采纳了响应位移法的一些基本思想,采用和响应位移法一样的环梁和土弹簧模型,但采用动力有限元法来评估地基地震动,而摒弃了响应位移法中采用的地基振动为谐波形式的假定。与响应位移法相比,简化动力有限元法能够提高地基震动的计算精度,从而提高结构响应的计算精度;而与三维连续模型相比,新方法的计算规模小得多,从而能够大幅提高计算效率。然后,本文分别采用相应位移法和新提出的简化动力有限元法,对武汉长江隧道盾构段隧道进行了纵向地震响应分析,并对这2种方法计算结果的差异进行了分析。

显式有限元方法在时程分析和IDA分析中的应用

通过两个实际工程案例,进行了中心支撑钢框架的时程分析和IDA倒塌分析,得出了一些结论,验证了显式有限元方法在地震倒塌分析中的适用性。

基于时程分析的岩质高边坡开挖爆破动力稳定性计算方法

提出一种计算岩质高边坡爆破开挖情况下动力稳定性安全系数的时程分析方法。根据爆破振动峰值速度衰减规律和爆破振动速度或加速度时程曲线,可计算得到特定时刻作用在各条块上的爆破振动惯性力,并根据其相位确定惯性力作用方向,然后施加到各条块上。结合刚体极限平衡分析方法中的Sarma方法,即可求得对应于该时刻边坡的稳定性安全系数。以某一时间步长进行整个爆破过程的计算,可得到相应的爆破动力作用下的边坡动力稳定性安全系数时程曲线。该法综合考虑爆破振动的幅值衰减、频谱特性和相位角的变化,突破了拟静力法中用综合影响系数折减爆破荷载的局限性,得出的边坡爆破振动稳定性安全系数随时间的变化规律,可较好地反映边坡稳定性在爆破过程中的变化过程,为优化边坡爆破开挖设计提供依据。

高桩承台桥梁船撞动力需求的时程分析法

船撞桥问题涉及到材料、几何和边界条件的非线性,造成了整船碰撞有限元模型不但计算效率低下,而且较难为工程师所接受。鉴于此,提出采用简化的时程分析法来帮助设计者快速准确地掌握桥梁结构在船撞作用下的动力需求。在构建时程分析法过程中,首先基于两自由度碰撞分析模型,建立了基本的能量守恒方程和动量守恒方程以能量守恒方程和构建的动力撞击力和撞深曲线(Pd-a曲线)为依据,确定了船艏的最大撞深,并对结构弹性变形能的考虑进行了讨论。根据假定的加载时撞深与时间的关系和卸载时撞击力与时间的关系,推导了船撞作用加载和卸载的持时计算公式。总结形成了基于时程分析法计算高桩承台桥梁船撞动力需求的一般性程序,并将其运用工程实例中。工程实例计算结果表明:时程分析法计算所得的结构动力响应与整船碰撞模型结果基本一致,且计算效率较高。

某水电站边坡开挖爆破震动动力响应有限元分析

边坡爆破开挖的动力响应极其复杂,利用ANSYS进行模拟分析是有效可行的。详细介绍了某水电站高陡边坡计算模型的概化方法、建立方式。利用自编程序,将爆破震动实测速度时程曲线转化为加速度时程曲线作为计算荷载,对该边坡爆破开挖进行了ANSYS有限元模态分析和应力响应、位移响应、速度响应时程分析。模态分析结果表明,边坡的固有频率远低于爆破震动的主频,因此不会产生共振现象。时程分析结果表明,尽管此次爆破的震动速度最大值超标,各种应力在坡脚底部存在应力集中现象,但各应力值都较小,边坡没有发生任何塑性变形,若仅考虑爆破振动动力影响,不足以使边坡产生整体破坏;同时,随着爆破规模的增大,出现了明显的速度放大效应和惯性滞后效应。

宝泉浆砌石重力坝三维有限元动力分析

考虑地震动水压力作用和地基弹性的影响,采用《水工建筑物抗震设计规范》(DL5073-2000)推荐的振型分解反应谱法,对宝泉浆砌石重力坝进行三维有限元动力分析.计算结果表明,大坝整体上的应力和位移能满足抗震设计的要求.在坝踵局部区域、范围很小的拉应力不会影响大坝的安全.

江坪河预应力闸墩静动力有限元分析研究

运用三维有限元数值模拟方法对江坪河水电站泄洪坝段闸墩、混凝土锚块及预应力锚索在内的整体模型进行空间应力和变形分析,得到了2种典型工况下的整体位移和应力分布规律。在动力计算中分别采用了振型分解反应谱法和时程动力分析法。时程动力分析时,按规范要求分别输入了El Centro波、Taft波和由规范反应谱合成的人工地震波3种波形。然后对计算结果进行对比分析与总结,研究结果表明,预应力闸墩具有整体稳定性,在各种荷载的组合效应下整个墩体的变形和应力分布满足要求。得出了对设计有指导意义的数值成果,可供施工图设计参考。

阻尼夹层筋板结构有限元动力分析

在小变形线弹性理论基础上，导出了粘弹性阻尼夹层筋板壳结构的有限元动力方程，构造了壳单元、阻尼夹层壳单元和开口薄壁梁单元。采用这些单元可以很好地模拟具有不连续阻尼夹层处理的筋板壳结构。数值分析采用［３］中提出的两次渐近法。通过一块阻尼加筋板的特征分析和振动测量，证实了所建立的有限元两次渐近法的良好精度和广泛的工程适用性。

结构动力时程分析的地震动选择方法研究

进行结构动力时程分析时,合理地选择地震动一直是工程中的难点问题.为此,通过改进现有的和声搜索法进行地震动的选取,针对依据我国现规范设计的两榀不同周期的预应力混凝土(PC)框架结构进行了动力时程分析,并与周期点法、双频段法和面积法的计算结果进行对比.分析表明:多遇地震作用下,周期点法和改进的和声搜索法的结构响应参数的离散性更小,其变异系数在10%左右,且与振型分解反应谱法得到的底部剪力相比,双频段法和改进的和声搜索法得到的计算结果更加符合规范设计水准;罕遇地震作用下,面积法和改进的和声搜索法的结构响应参数的离散性更小,其变异系数在15%左右,周期点法计算结果离散性最大;周期点法只适用于弹性时程分析的地震动选择过程,改进的和声搜索法无论是对弹性时程分析还是弹塑性时程分析都适用,且满足规范设计水准和工程需求.

基于耐震时程法的大跨度钢桁拱桥易损性分析

为克服复杂桥梁结构在地震易损性评估时需要进行大量非线性时程分析的不足,提出一种基于耐震时程法(ETM)的易损性分析方法用于桥梁结构易损性的快速评估。首先,基于ETM合成了若干条耐震时程曲线(ETA),将其与概率地震需求模型相结合。随后,考虑桥梁模型的不确定性,借助OpenSEES建立一座大跨度上承式钢桁拱桥的有限元模型样本库,并分别使用ETM和增量动力分析(IDA)法对其中的桥梁模型进行时程分析并得到典型构件的易损性曲线,将二者结果进行对比以验证ETM的适用性。最后,利用验证后的方法分析该桥各构件纵向地震下的易损性。结果表明:ETM与IDA所得结果的相对误差基本控制在5%以内,说明基于耐震时程的易损性方法可有效兼顾分析效率和计算精度;在纵向地震作用下,上承式钢桁拱桥的引桥墩和交界墩在50%中等损伤概率下的地震动强度指标仅为0.597g和0.972g,远小于其他构件,说明混凝土桥墩为最易损构件;拱肋和立柱在地震作用下发生破坏的概率较小,但拱顶和拱脚相对薄弱;设置固定支座的短立柱在纵向地震作用下易发生损伤,可通过改变拱上立柱的支座布置形式进行优化。

潮汕星河大厦结构消能减震有限元时程分析

本文运用有限元分析软件ANSYS对采用消能减震新技术的潮汕星河大厦进行了模态分析、瞬态动力有限元分析。该工程的消能部件采用复合型铅粘弹性阻尼器。在确定了复合型铅粘弹性阻尼器试验性能及耗能器布置位置和数量的基础上,计算分析了结构在安装阻尼器前后的模态变化以及遭遇设防烈度对应的罕遇烈度的地震反应。结果表明,在高层建筑中,针对结构的具体特点利用粘弹性阻尼器来改善结构的抗震性能是合理的,消能减震效果是良好的。

磷石膏堆坝时程法的动力稳定性分析

对于磷石膏堆坝的动力稳定性,目前国内外相关研究较少。常用的拟静力法由于应用简便,多被用于设计和研究中。但拟静力法不能考虑动力荷载的特征和材料的动力特性。为了克服拟静力法的计算缺陷,采用时程法对某磷石膏堆坝进行动力分析,得出坝体的相关动力分析结果,同时对动力作用前、后的坝体稳定性进行计算,并与拟静力法的计算结果进行了比较。主要计算结果表明:液化多发生在库内水边线以内,下游坝坡局部存在浅层液化,位移大小与坝高呈正比变化,最大位移发生在库内液化区的中心;坝坡稳定性在动力荷载作用过程中呈动态变化,相较动力荷载作用前安全系数明显减小。

以二相饱和介质为模型的地基与结构相互作用的动力有限元分析

本文首次将海洋地基土模型化为二相饱和介质进行土壤地基与海洋平台结构相互作用的动力有限元分析,文中给出了分析原理,并以此为基础编制了动力子结构分析程序。算例结果表明孔隙水存在对结构和地基的受力与变形的影响。文末对该课题有待进行的一些工作进行了论述。

基于有限元分析的液压挖掘机回转装置系统动力学研究

首先分析了基于有限元模态分析和冲击载荷作用动力学响应的动力学理论基础。以液压挖掘机回转装置系统为研究对象,利用动力学理论和有限元分析相结合的方法对液压挖掘机回转装置进行动力学分析。建立了液压挖掘机回转装置系统动力学模型,利用有限元装配和单元连接技术建立回转装置转台-回转支撑-回转机构耦合的有限元模型,对有限元模型进行模态分析,对回转装置系统的抗冲击动力学性能进行评定,采用模态加速度法对回转装置有限元模型进行冲击载荷作用动力学响应分析。研究结果为液压挖掘机回转装置系统结构动力学及抗冲击性能研究提供依据。

结构构件时程动力响应分析的半解析DQ法

本文提出了一种半解析DQ法 ,分析结构构件的时程动力响应。算例表明 ,半解析解DQ法的结果与解析解的结果非常一致。这种半解析的DQ法 ,通过引入类似文献 [10 ]的推广的DQ单元 。

高速铁路路基结构动力有限元分析

为预测高速铁路路基在列车荷载下的变形,以用虚功原理建立的路基体系运动方程为理论基础,采用粘弹性人工边界,土体本构采用Drucker-Prager模型,用ANSYS建立一双线路基有限元模型。利用ANSYS的函数加载器导入列车荷载,计算出列车以时速200 km单向行驶和双向行驶两种工况时弹性、塑性状态下路基土内的变形和应力情况,并得到其时程分析结果。弹性状态下的计算结果和实测值相比吻合较好,但塑性状态下的计算结果与实测值相比尚有差距。所建模型及分析结果可为高速铁路路基设计及变形控制提供参考。