生命之树工程悬挑钢结构建筑施工过程温度变形耦合作用分析研究

由于材料的特殊性,大悬挑钢结构的悬挑部位对温度变化的响应比其他传统建筑要强。本文主要研究温度作用对结构的影响,分析了大悬挑结构在整体温度、局部温度作用工况下的应力及位移变化。通过有限元分析温度应力耦合作用,得到结构的关键点。选取部分关键位置安装温度传感器和应力传感器,棱镜或反光片,定期采集数据。对比钢结构温度数据和钢结构应力位移数据,分析大悬挑钢结构在不同温差作用下的变形情况,减小了由于温度变化引起的钢结构施工安装误差。

非饱和土毛细滞回与变形耦合弹塑性本构模型

在修正剑桥模型的基础上,提出了一个非饱和土毛细滞回与骨架变形耦合的弹塑性本构模型。该模型考虑了基质吸力与饱和度对屈服应力的影响,可以同时描述非饱和土的弹塑性变形特性与毛细循环滞回效应。根据塑性体变的产生使非饱和土进气值增大的特点,建立了变形对土-水特征曲线影响的数学描述。该模型有效地考虑了饱和度对前期屈服应力的作用,准确地反映了土体在不同土-水状态条件下(脱湿和吸湿过程)强度特性的变化,而且还可以有效地描述水力循环历史对土体变形的影响。通过与试验数据对比,证明了该模型能够模拟非饱和土的主要力学特性。

基于离心模型试验的路桥变形耦合特性数值模拟研究

基于离心模型试验,采用有限差分仿真法建立路桥过渡段三维数值分析模型。通过数值模拟计算结果和离心模型试验结果的对比分析,证明了所建立的模型可合理预测路、桥台变形耦合特性。数值分析结果表明:①距台背不同位置过渡段路基面沉降均随过渡段地基处理程度的加强而减小,离台背距离越近,路基面的沉降坡度越大;②桥台沉降稳定后再填筑路基有利于减小桥台自身的水平位移及台背处的差异沉降值。填筑时应注意填筑速率,重点关注桥台及过渡段路基的整体稳定性和过度的不均匀下沉,防止地基因填土堆载发生滑动破坏及路基层状几何形态的变坏所引起的路基刚度的急剧下降;③不同地基处理程度情况下路桥衔接处均存在差异沉降,因此,有必要在桥头设置搭板将路桥交界处的台阶式跳跃沉降变成斜坡式连续沉降;④过渡段路基收敛沉降值与桥台的水平位移和倾角成正相关性,在数值计算的基础上提出了台后20m处过渡段路基收敛沉降值这一控制指标,并将台后过渡段填料的容许剪应变引入到过渡段设计中。

柔性机械系统动力学的变形耦合方法

采用弹性广义坐标耦合形式描述柔性构件的变形场 ,引入非线性位移 -应变关系确定新的形函数 ,使柔性体广义变形坐标 -应变成为线性关系 ,采用这种线性形式描述柔性体的应变能。将含变形广义坐标二阶项保留到求出偏 (角 )速度后再线性化 ,根据Kane方程建立了基于小变形的柔性机械系统动力学一致线性化模型。对含柔性梁的急回机构动力学进行了仿真研究。仿真结果表明曲柄在一些特定转速下 ,柔性梁出现失稳 ;在某些转速时 ,柔性梁动响应具有拍频特征。

膨胀性非饱和土的双尺度毛细–弹塑性变形耦合模型

从宏观和微观角度,在已有的膨胀性非饱和土的双尺度本构模型BExM和湿陷性非饱和土的毛细–弹塑性变形耦合模型的基础上,发展和建立了一个可预测膨胀性非饱和土的毛细滞回和力学行为耦合的双尺度本构模型。模型考虑了土体微观结构的体变及其对宏观结构行为的影响,以及毛细和力学行为之间的耦合作用。对已有的膨胀性非饱和土的常净应力下吸力循环试验进行预测,预测结果表明该模型能够定量地描述膨胀性非饱和土的毛细和力学行为。

路堤荷载作用下斜坡软弱地基变形耦合特性研究

基于弹塑性平面应变有限单元法,本文模拟路堤水平分层分步填筑动态施工力学行为,建立斜坡软弱地基在路堤荷载作用下的数值分析模型,获得普通水平地基、水平软弱地基、普通斜坡地基及斜坡软弱地基4种工况下地基的侧向变形与竖向沉降随路堤填筑施工的动态变化规律。引入地基变形系数,分析地基侧向变形与竖向沉降的耦合、制约关系,奠定基于侧向变形控制的斜坡软弱地基路堤设计原则的理论基础,结合土工离心模型试验所获得的地基变形系数及位移场,讨论打入桩与抗滑桩加固斜坡软弱地基路堤的机理。

计及变形耦合项的平面柔性梁动力学建模及频率分析

考虑了变形产生的几何非线性效应对作大范围运动的平面柔性梁的影响,在其纵向、横向的变形位移中均考虑了变形的二次耦合变量,从非线性应变-变形位移的原理出发,说明增加耦合变量后,使得剪应变近似为零,由此得出的变形模式更符合工程实际和简化需要。考虑两个方向的变形耦合后,采用有限元离散,通过L agrange方程导出系统的动力学方程。最后对一作旋转运动的平面柔性梁进行仿真计算,并对其固有频率进行分析研究。将本文模型所得的结论,与一次耦合动力学模型、零次近似模型进行比较,说明了三种模型的差异,得到了作旋转运动的平面柔性梁的一些新特点。

稠油注蒸汽热采中热-流-变形耦合模拟分析

针对稠油热采开发过程中高温蒸汽注入引起的岩层骨架应力、储层压力、温度耦合变化问题,应用连续介质力学和能量守恒理论,建立了稠油注蒸汽热采开发的热-流-变形耦合分析模型,采用有限元数值模拟技术并开发相应程序对耦合模型求解,定量分析近井壁区域储层温度、压力、岩层骨架变形等参数变化。计算结果表明:注蒸汽开发过程中热-流-变形耦合效应显著,造成近井壁区域地层抬升,岩层骨架有效应力由孔隙流体压力和地层温度的变化共同决定,不同加热时间、沿井径方向变化规律不同。

考虑开挖卸荷及变形耦合效应的被动桩分析方法

基坑、隧道的开挖将不可避免地影响邻近受荷桩基的工作性能,如何合理评价开挖条件下邻近受荷桩基的附加响应至关重要。针对Winkler地基梁模型的不足,提出了一种改进的非线性两阶段分析方法,该法能够合理地考虑桩土作用的非线性特征、桩顶工作荷载对桩身附加轴力的影响及轴力产生的偏心弯矩对水平挠曲的影响等,并给出了该改进算法的增量法求解过程。同时将本文方法与已有研究成果进行了对比,验证了本文方法的合理性,并进一步探讨了桩顶工作荷载对竖向附加响应及轴向力对水平附加响应的影响规律。结果表明:桩顶工作荷载对竖向附加响应的影响是显著的;而轴向力对水平挠曲的影响程度则与自由场位移模式等相关,对于部分位移模式,影响也很显著。

深基坑大变形耦合分析与数值模拟

深基坑开挖的时空效应既与深基坑工程支护设计、施工方案有关,又依赖于场地岩土介质的工程特性。依据Biot固结理论与有限变形的理论基础,采用经典的变分原理方法推导了基于大变形Lagrangian描述的U. L方法——Biot固结理论耦合系统方程及其有限元数值模拟方法。根据工程实例进行大小变形计算的比较以及深基坑开挖的时空效应分析,得出开挖时空效应显著、小变形计算的安全性不足的结论。

考虑刚体运动与弹体变形耦合效应的旋转导弹动力学建模

旋转导弹结构细长,具有较大弹性,结构低频振动易与刚体运动相互耦合。为更好地研究旋转导弹的动力学特性,对考虑刚体运动与弹体变形耦合效应的旋转导弹动力学建模问题展开研究。引入瞬态坐标系,在该坐标系下利用拉格朗日方程建立弹性旋转导弹的惯性耦合完整模型。该模型考虑了弹性变形对质量特性的影响,能够完整描述刚体运动和弹性变形间的耦合效应。在不同假设下,将惯性耦合完整模型简化后可得到弹性耦合简化模型和非惯性耦合模型。仿真分析结果表明:相对于其他两种简化模型,惯性耦合完整模型能够更全面地描述旋转导弹的运动,而刚体运动与弹体变形耦合效应在旋转导弹建模和分析中不可忽略,需要加以考虑;在旋转导弹运动稳定情况下,3种模型的差别主要体现在姿态运动上,而在弹性变形上的差别可以忽略。

非饱和土渗流-变形耦合的数值分析

基于一维非饱和土的渗流-变形控制方程,采用Flex PDE(Partial differential equation)软件对该耦合方程组进行求解分析。该方法突破了解析法对非饱和土导水系数函数的特殊限定,适用于任意的土-水特征曲线表达式;还可考虑到饱和时的渗透系数以及孔隙率是变量。与解析解相比,该数值解表现较高的精度,具有解决非饱和土耦合问题的可行性。计算分析表明,非饱和土渗流-变形耦合作用对暂态孔隙水压力分布产生重要的影响,在降雨入渗过程中需考虑土体渗流-变形耦合的影响。降雨初期,位移随着时间明显增大,地表出现下沉,考虑耦合效应的孔隙水压力慢于非耦合情况,原因是H值为正的。随着降雨持续时间的增大,地表下沉的速度减缓,到最后变形开始稳定。位移的变化快慢与孔隙水压力变化规律相同。地表沉降量还与初始孔隙水压力分布以及H值密切相关。饱和时的渗透系数以及孔隙率对非饱和土降雨入渗以及稳态流的分布产生影响,但对其地表变形产生的影响微弱。

计及变形耦合的双连杆柔性机械臂动力学模型

根据连续介质的几何非线性变形原理,结合柔性多体系统建模理论的最新进展,在柔性梁的纵向、横向变形位移中均考虑了横向弯曲变形以及轴向伸缩变形的耦合作用,对一双连杆柔性机械臂系统,将其简化为柔性梁结构,利用有限元法和Lagrange方程,得出不同于传统零次近似方程,也不同于一次耦合动力学方程的新方程, 并可将此方程拓展到多杆机械臂系统。模型包含了二次耦合附加项,并且由于增加了变形耦合量,对柔性梁产生了“软化”作用,使得柔性机械臂模型不同于传统动力学模型。最后,计算仿真说明了这种差异,揭示了新模型的特点和有效性。

二维有限饱和多孔介质流动变形耦合数值模拟

针对二维饱和多孔介质流固耦合渗流数学模型,编制全隐式有限差分计算程序,并以二维有限区域饱和软土层地面沉降变形问题为例,探讨上下表面及加载区域边界透水性的影响.选取4种不同边界条件组合,就均布恒载和周期载荷两种情形分别进行计算分析.结果表明:不论是均布恒载还是周期载荷,其最终沉降量与载荷及土体本身性质有关,与边界条件无关,但不同的边界条件所对应的沉降过程各不相同;随边界透水性逐渐变差,超静水压消散效应减弱,拖拽效应增强;周期载荷的频率不影响变形幅值,但影响孔隙水压力的变化幅值,周期载荷的频率越高,孔隙水压力的幅值越大.

考虑毛细滞回效应的非饱和多孔介质渗流与变形耦合本构模型

在Wheeler本构模型框架的基础上,提出了一个水力与力学耦合的本构模型。该模型中的土-水特征曲线采用毛细滞回内变量模型,能够更好地描述水力历史变化下毛细滞回现象对非饱和多孔介质变形的影响,同时也可描述非饱和多孔介质变形对渗流的影响。非饱和土的强度不仅与吸力有关,而且受到饱和度的影响。相同的吸力下,土样经过吸湿和脱湿路径的饱和度不同,因此,非饱和土的强度也不同。此模型以体积含水率的塑性变化和体变的塑性变化为硬化参数,不仅能描述基质吸力对非饱和土的强化作用,而且考虑了饱和度对强度及变形的影响。试验结果与模型预测基本吻合,证明该模型能够模拟非饱和土的主要特性。为了简化,此模型是在各向同性荷载下推得的,有待于推广到一般的应力状态。

各向异性弹性孔隙介质中的热-流-变形耦合模型

研究微小孔隙介质中应变导致渗透率各向异性的问题.采用有限单元法综合分析处理储层变形-渗流-热传导耦合模型与应变导致渗透率变化模型,并用该方法分析弹性多孔介质的二维非等温变化单相渗流的耦合问题.对比结果表明,应变导致的渗透率变化模型能有效反映蒸汽注入引起的岩层各向膨胀,与热采过程中油藏的实际情况更吻合.

考虑变形耦合的一维大变形固结分析

给出了考虑地下水浸没作用、大变形效应等因素影响的饱和土体一维固结理论 ,并提出了相应的沉降计算的一种改进方法 .通过建立按应力定义和按应变定义的固结度之间的解析关系 ,可以分析固结过程中孔隙水压力消散与变形的耦合作用 .采用有限差分法进行固结方程的求解 ,并讨论了上述因素以及土体压缩性、土层厚度和堆载压力等对固结特性的影响 .通过与传统太沙基固结理论的比较 ,表明考虑地下水浸没和大变形效应对低路堤的变形发展有着显著的影响 ,而对孔隙水压力的消散速率影响不大 .

高速旋转飞行器弯-扭-轴向变形耦合与拍振

以高速旋转大长径比飞行器为对象 ,考虑发射过程中弹体在各种激励作用下的弯曲、扭转和轴向耦合运动与变形 ,运用Euler_Bernoulli旋转梁理论 ,给出弹体空间运动的一般描述 ,通过Hamilton原理建立飞行器的三维耦合动力学方程 ,并利用参数摄动方法和假设振型方法将非线性偏微分方程化为一组线性常微分方程 ,数值模拟并分析了转速、长径比、弯 -扭 -轴向度变形耦合等因素对飞行器瞬态响应的影响 。

不确定变形耦合发电机系统的参数辨识与自适应同步

研究了不确定变形耦合发电机系统的自适应同步和参数辨识,设计了自适应控制器和参数更新规则,理论证明了该控制器可使得两个变形耦合发电机系统——驱动系统和未知参数的响应系统渐进地达到同步,并且可以辨识出响应系统的未知参数.数值模拟结果证明了该控制器的有效性.

铝合金盘类锻件成形过程的变形耦合

采用有限元模拟和实验研究相结合的方法,分析了模具结构对航空轮毂件模锻成形过程中金属变形流动行为的影响机理,揭示成形过程中金属变形及流动的规律。结果表明:利用锥角凹模更利于金属向模腔内充填成形;并从塑性加工力学角度,将其成形过程的不同阶段和区域抽象地分解为3个基本变形模式耦合而成的形式,使复杂模锻问题的分析模块化,进而为复杂盘类锻件精确塑性成形的变形流动控制提供理论依据。