方钢管混凝土压弯构件塑性屈服面的简化确定方法

采用塑性铰方法模拟钢管混凝土结构的弹塑性工作性能时,常需要定义钢管混凝土柱截面的塑性屈服面。纤维模型法虽然可以较好的应用于钢管混凝土截面的塑性屈服面分析,但从实际应用的角度考虑,数值方法还是显得较为复杂,不便于工程应用。因此文中在已有方钢管混凝土(concrete-filled square steel tubular,CFST)构件试验研究和理论研究的基础上,首先给出弹性单元参数的确定方法;然后通过理论分析和大量的参数分析,提出了一种方钢管混凝土柱截面轴力-弯矩相关塑性屈服面的快速确定方法。并对纤维模型法与文中建议方法的计算结果进行比较,两者吻合较好,验证了文中方法的正确性。

土石料双屈服面弹塑性模型的二次开发算法与应用

为了丰富ADINA、ABAQUS和ANSYS等大型通用有限元软件中岩土类材料本构模型,增强软件对某些土工结构的精细模拟计算能力,以土石料沈珠江双屈服面弹塑性模型为例,详细介绍了模型在商用有限元软件中的二次开发流程,对应力更新算法进行了改进,通过文献中粗粒土三轴试验数据进行对比分析,验证了改进算法的优越性.同时,采用模型面板坝资料进一步验证二次开发流程和算法的准确性,最后进行了某面板堆石坝工程的应用例证.本文所述应力积分算法和开发流程具有通用性,可供大型通用商业有限元软件开发双屈服面和多屈服面弹塑性本构模型时借鉴使用.

基于正交试验方法的双屈服面弹塑性模型参数敏感性分析

分析了面板坝堆石体双屈服面弹塑性模型的多个参数,采用正交试验方法结合有限元数值分析,进行了γ、φ0、Δφ、K、n、Rf、Cd、nd和Rd等9个参数的4水平正交试验设计,利用坝体某断面上两个节点的不同方向的位移值,经方差分析得到了模型各参数对坝体位移的敏感性。分析结果表明:K、n、nd、φ0、γ是模型中具有较强敏感性的参数,对坝体的位移起主要控制作用,而Δφ、Rf、Cd和Rd的敏感性较弱。

水布垭面板堆石坝的三维弹塑性数值分析研究

在建的清江水布垭面板堆石坝高达 233 m,是目前同类坝型中最高的。采用 MSC.Marc 非线性有限元程序,发展了三维子模型法,对该坝进行了三维弹塑性有限元仿真分析,模拟了面板的分缝、坝体材料分区、填筑及蓄水过程,采用双屈服面弹塑性模型模拟堆石体的变形特征。根据数值分析的结果,对坝体和面板的应力变形分布规律进行了探讨。

新疆某高混凝土面板堆石坝流变反演分析

该工程坝内部变形和表面变形在同类型级工程中偏大,且尚未收敛,现场检查发现坝顶和坝后出现了混凝土结构破坏等现象。为择机修复坝体防渗结构,对坝体内部测点和表面测点观测值的相对沉降值进行反演分析,通过反演分析确定"南水"双屈服面弹塑性模型和流变模型的参数。并基于反演分析结果,预测体沉降变形程度及最终沉降时间,计算成果表明:目前坝体沉降约占总沉降的83%,后期尚有17%的变量,估计坝体最大变形量为2.07 m。为后期修复坝体防渗结构提供依据。

动态载荷下的混凝土本构关系及有限元实现

建立了应用于冲击和地震荷载下的应变率和应变历史相关的混凝土动态本构模型。该模型是建立在Perzyma的一般粘塑性理论和Bicanic的塑性间断面运动规律的基础上,应用在动态加载条件下混凝土的塑性屈服面和极限面的变化规律来刻画材料的粘塑性响应。文中给出了动态粘塑性本构关系的详细阐述和有限元的实现方法。对于材料的不同拉压受力状态,本文使用两种不同的屈服准则—Druck-Prager准则和Mohr-Conlumb准则来描述材料进入屈服状态的力学性质,最后给出混凝土梁在三角载荷下的非线性有限元算例。

考虑浅埋破坏的拖曳锚在黏土中安装运动特性分析

拖曳锚是海洋工程中一种常见的系泊基础,因造价低廉和高承载特性而得到广泛应用.其在海床中的安装轨迹和运动特性受到锚与土体之间复杂相互作用的影响,使得精确定位仍存在挑战.目前已有的塑性屈服面方法被广泛用于计算拖曳锚的运动特性,即假设整个拖曳过程为深埋板在不同深度的破坏过程.实际上,拖曳锚的安装是从浅埋到深埋的连续贯入,因此该方法不能考虑浅埋破坏对拖曳锚运动特性的影响,从而可能导致预测的轨迹不准确.通过有限元分析研究了锚板方位角及埋深比对单向承载和复合荷载下屈服面的影响,确定了锚板浅埋破坏时的屈服面,补充了塑性屈服面法对浅埋破坏效应的考虑;进一步地,考察了锚板方位角、承载系数、浅埋区域大小对拖曳锚轨迹预测和运动特性的影响,并与传统仅假设深埋破坏情况对比分析.结果表明:浅埋破坏时锚板方位角与浅埋区域大小决定了锚板的运动特性和轨迹;合理考虑浅埋破坏后,与纯假设深埋破坏情况比,锚板在达到稳定状态之前的预测埋深和锚链力要小,但极限嵌入深度一致.

堆石体修正Rowe剪胀方程与南水模型

在分析堆石体三轴试验成果的基础上,探讨了堆石体的体积变形特性,提出了形式简洁的堆石体修正Rowe剪胀方程。将所建立的修正Rowe剪胀方程引入到沈珠江院士提出的"南水模型",克服了该模型由于采用体变–轴向应变抛物线假设所带来的一些缺陷。应用堆石体常规三轴试验和典型复杂应力路径三轴试验成果对修正后模型的合理性进行了验证。

液化侧向流动场地桩基动力反应振动台试验三维有限元数值模拟方法

将饱和砂土模拟为两相介质,采用水-土动力耦合理论建立的u-p有限元公式,表示水的孔压、土颗粒的变形,以及二者之间动力耦合关系。砂土采用新近基于多屈服面塑性理论发展的土的动力弹塑性本构模型模拟,砂土划分为20-8节点的水土耦合实体单元。针对土箱整体微倾2°的大型振动台试验,建立液化侧向流动场地桩-土动力相互作用分析的三维非线性有效应力有限元数值模型。对比得到,有限元数值分析结果能够与振动台试验结果吻合较好,数值结果可以较好地显示试验中桩和土的重要动力特性。通过校正的数值模型,可进一步考察液化侧向流动场地桩-土动力相互作用的影响因素。

水布垭超高混凝土面板堆石坝的运行性状

已建的清江水布垭面板堆石坝高达233m,是目前世界上最高的混凝土面板堆石坝。对堆石体采用"南水"双屈服面弹塑性模型,采用实际的坝料分区与填筑过程,根据施工期的坝体沉降曲线,对坝体填料的参数进行了反分析。在此基础上对大坝的应力与变形特性进行三维弹塑性数值仿真分析,模拟面板堆石坝的实际填筑过程和蓄水过程,对大坝的运行性状进行研究。研究结果表明:对于233m的超高混凝土面板堆石坝,正常运行期,坝体变形较大,不考虑堆石体流变时,坝体最大沉降为2.29m,最大水平向位移为58.5cm。面板最大挠度为72.9cm,顺坡向位移最大为6.4cm,顺坡向出现拉应力,最大值超过4.0MPa。面板竖缝的变形不超过10mm,周边缝的三向变形不超过20mm,均在止水结构可承受的范围内。

基于南水模型的生物酶改良膨胀土应力–应变关系研究

以生物酶改良膨胀土的双屈服面弹塑性本构关系为研究对象,提出基于生物酶掺量的修正南水模型。通过不同生物酶掺量条件下的重塑膨胀土样的三轴固结排水剪切试验,研究生物酶改良膨胀土的应力–应变关系特征,基于Duncan-Chang模型参数分析方法,分析生物酶掺量对南水模型中相关参数的影响规律。建立南水模型中相关参数与生物酶掺量的相关关系,且基于ε_1-ε_v关系的双曲线特征,对南水模型中的切线体积比u_t确定方法进行修正。修正南水模型中各参数物理意义明确,与南水模型中的参数确定方法一致。对比ε_1-ε_v和q-ε_s的试验曲线和修正南水模型理论计算曲线,修正南水模型可以较合理地描述不同生物酶掺量条件下改良膨胀土的弹塑性应力–应变关系特性,且能反映生物酶掺量对改良膨胀土的弹塑性应力–应变关系的影响。