基于对流粒子域插值物质点法的壳结构分析

物质点法(material point method,MPM)采用Lagrange质点和Euler网格双重描述,适合处理大变形和接触问题.该文基于对流粒子域插值物质点法(CPDI2)框架分析了薄壳结构的大变形问题:使用四边形网格来离散壳体结构,通过物质点到壳单元节点再到背景网格节点的双重映射计算基函数,在背景网格上求解动量方程,基于BT壳单元理论更新物质点的内力.数值算例将受大变形的壳结构与参考解进行了比较,验证了该文方法的准确性.

基于改进对流粒子域插值物质点法的隧道大变形分析

物质点法(MPM)在模拟大变形问题时具有很好的效果,然而传统的MPM在粒子穿越网格边界时存在单元穿越误差,导致精度降低。为克服传统MPM的单元穿越误差,基于对流粒子域插值物质点法(CPDI)理论框架,采用自适应正交改进插值移动最小二乘法(AOIIMLS),提出了改进CPDI方法。AOIIMLS通过构造加权正交基函数,并且忽略了新对角矩阵中的零元素或极小元素的贡献,以避免求解逆矩阵,增强了鲁棒性。改进CPDI采用速度梯度计算粒子域的速度场,粒子速度和粒子域角点速度用于重构背景网格速度函数。通过一维柱在自重作用下的压缩、砂柱坍塌和隧道坍塌离心机试验验证了改进CPDI方法的准确性和适用性,结果表明改进CPDI降低了单元穿越误差,得到了更高的精度。最后,采用改进CPDI方法模拟了青岛地铁4号线静沙区间地面塌陷全过程,验证了改进CPDI方法在岩土工程大变形领域的适用性及优势。