土坝裂缝开展的无单元法数值模拟

结合压实黏土拉伸状态下的脆性断裂模型和弥散裂缝理论,提出了点插值无单元法模拟土石坝坝体裂缝开展过程的数值计算方法。当压实黏土达到其抗拉强度后,在每个积分点建立各向异性刚度矩阵,并构造了平面应变条件下考虑压实黏土脆性开裂的无单元与有限元耦合的计算模式。开发的结点自动加密技术对坝体的拉应力区域进行自动结点加密,并根据可视准则确定无单元结点的影响域。以最小结点间距为开裂步长,通过对坝体裂缝离心模型试验的模拟计算,检验了脆性断裂模型和无单元算法对土体拉伸裂缝发展过程的适用性。

三维裂纹应力强度因子数值计算

利用无网格Galerkin方法对三维裂纹问题进行分析。基于最小二乘法的无网格方法仅需一系列节点信息就可构成物体的离散模型。在无网格Galerkin方法中,位移边界条件不包含在内,因此,在边界已知位移方向上设置一系列弹簧来满足无网格方法的本征边界条件。弹簧的一端与已知位移的物体表面固连,而另一端固定,把计算位移与已知位移的误差作为弹簧的变形量。弹簧作为弹性体的一部分,弹簧的变性能也是弹性体应变能的一部分。裂纹使得弹性体具有不连续性,对体内节点具有隔离作用。用可视准则处理裂纹面对影响域内Gauss点的隔离作用。提出简单有效的方案,确定可变的节点影响域,这一方案可以保证体内每一个节点影响域内的节点数为一给定的常数,通过限制影响域内最小二乘计算的大小,提高计算近似函数的效率。利用三维间断位移法计算三维裂纹前缘的应力强度因子,计算有限体内边界贯穿平置裂纹和边界非贯穿平置裂纹的应力强度因子。无网格Galerkin方法的计算结果与前人研究的结果吻合很好,这可为三维裂纹的扩展追踪提供参考。

电磁场无单元Galerkin方法中几个关键问题的研究

无单元Galerkin方法作为一种新的数值计算方法,只需节点信息,不需单元信息,从而摆脱了单元的限制,可用于有限元法不能有效解决的工程电磁场问题,如薄板问题、小气隙问题、运动线圈问题等.本文对无单元Galerkin方法的一些关键问题进行了研究,如强加边界条件的处理问题、介质交界面条件的处理问题、权函数的选取问题等,并给出了相关算例.

无单元法中非连续域的处理

为解决无单元法中影响域问题,对非连续域中点与点之间的影响效果进行了计算分析,提出了新的影响域计算准则—弦弧准则,通过算例验证了弦弧准则的合理性.

短切纤维增韧泡沫夹芯复合材料梁界面断裂过程的物质点方法模拟

对短切纤维增韧泡沫夹芯复合材料梁界面韧性试验结果进行了分析讨论并基于物质点方法(material pointmethod,MPM)对试验过程进行了数值模拟。在MPM方法中,通过可视准则引入不连续性来处理裂纹问题,发展了包含裂纹的MPM算法,模拟了泡沫夹芯复合材料梁界面断裂试验过程,数值分析结果和试验数据取得了良好的一致性。研究结果表明短切纤维增韧工艺能够显著提高泡沫夹芯复合材料结构的界面韧性和承载能力,同时表明该文推导的包含裂纹的MPM方法处理断裂问题的精确性和有效性。