虚拟层合单元法及其在桥梁工程中的应用

本文在提出一种新型层合板壳单元的基础上,为适应箱形、T形等截面形式比较复杂的桥梁的有限元计算,提出了“虚拟层台单元”及“虚拟层” 的概念.本方法可大大减少单元数目,大幅度地提高计算效率,并可以十分容易地处理斜弯桥、变截面、变高度及复杂边界条件的问题,而且达到相当满意的精度,具有广泛的工程应用前景.

碾压混凝土坝温度和应力仿真计算的非均质层合单元法

碾压混凝土坝由于施工层薄,给大坝非稳定温度和温度应力的计算带来了困难,按常规算法会有超常的解题规模和巨大的计算工作量。针对这个问题,在“非均匀单元方法”和“虚拟层合单元法”的基础上,提出的“非均质层合单元法”能够大大地降低计算规模和提高解题的效率,在理论上又较为圆满地实现了碾压混凝土坝成层非均质单元的数学处理,基本上解决了碾压混凝土坝温度应力进行精细和高效率地仿真计算的复杂问题。

预应力混凝土桥梁分析的虚拟层合单元法

通过将预应力束对桥梁结构的作用转化为等效荷载,提出了用虚拟层合单元法分析预应力混凝土桥梁的方法。结合一座具体的桥梁进行了实例分析计算,同时利用有限元通用分析程序SuperSAP进行了对比。结果表明,采用虚拟层合单元法分析预应力混凝土桥梁能够给出令人满意的结果,并且具有划分单元数目少、计算效率高、适应性强的优点。

虚拟层合单元与杆单元在桥梁预应力混凝土结构分析中的合成方法

对预应力混凝土的计算方法和研究现状做出了评价,提出针对预应力混凝土结构分析的单元形式。通过自由度变换,把空间杆单元的节点自由度用空间虚拟层合单元的节点自由度来表示,即杆单元的节点无需固定在体单元节点上,共同模拟了预应力混凝土结构。在单元内采用选择性积分的方法计算单元刚度矩阵,用较少的单元模拟出了复杂的断面形式;并采用单独的空间杆单元模拟预应力束,能直接求解预应力对结构产生的变形和内力。经实例验证分析,使用该单元进行预应力混凝土结构分析,在网格划分比较稀疏的情况下,仍然获得较为精确的结果,较传统的预应力计算方法更为简单、更为准确。

虚拟层合单元在平面梁和拱形状优化中的应用

本文在虚拟层合单元的基础上 ,为适应形状优化时边界变化的特点 ,构造了曲线分层的虚拟层合梁单元。这样 ,求解优化问题时仅把特定的层厚作为设计变量 ,无须改变原始数据结构 ,有限元网格只在优化初始生成一次即可。具有单元数少、设计变量少的优点。算例表明此法计算简便 ,结果可靠 。

基于非均质层合单元法的RCCD温控仿真研究

针对碾压混凝土坝易开裂且不易精细仿真的问题,利用目前成熟的三维非稳定温度场和应力场仿真计算理论,引用非均质层合单元法,对某水电站碾压混凝土坝溢流坝段进行温度和应力的仿真计算和分析,计算同时考虑诱导缝的影响。结果表明:非均质层合单元法能够有效模拟碾压混凝土薄层浇筑的特点,且能大幅减少前处理工作量和计算耗时;碾压混凝土坝溢流坝段设置诱导缝能够减小施工期乃至运行期的不利拉应力,对防裂有利。

过渡单元和层合单元在混凝土三维温度场仿真计算中的应用

为模拟施工期混凝土分段成层浇筑的温度场,提出12结点与10结点双线性过渡单元和层合单元模型,运用双线性过渡单元可以解决在网格浮动过程中混凝土段与段之间单元交界面的温度和位移的协调性,运用层合单元可以在不降低计算精度的前提下使计算规模显著降低,大大提高了计算效率,甚至使某些复杂超大规模的水工结构问题的仿真求解大为简单.

基于空间虚拟层合单元法的撑架连续板桥加固研究

用实体退化虚拟层合单元法 ,建立多层复合板单元模型 ,对撑架连续板桥加固方案进行研究。计算结果证明 ,实体退化虚拟层合单元具有计算精度高、单元划分和模型建立简单、方便灵活等优点 ,具有很高的工程使用价值。同时 ,又证明了该加固方案的合理性和可行性。

用非均质层合单元法计算RCC坝温度应力

针对碾压混凝土大坝施工层薄、仿真计算规模过大的问题,介绍了非均质层合单元法。采用这个方法时,不但单元是非均质的,而且这个单元是由几个非均质升程(子非均质层)组成,也可退化成只有一个浇筑层的均质单元。这一方法不但在理论上较好地实现了碾压混凝土坝成层非均质单元的数学处理,又可大大降低计算规模,提高计算效率。该方法在高200 m级的龙滩碾压混凝土重力坝温度应力仿真计算中得到了成功应用,是解决高碾压混凝土坝复杂三维仿真分析的一条切实可行的途径。

利用层合单元对RC梁进行有限元分析的探讨

利用层合单元思想,对钢筋混凝土梁进行了建模分析,并将计算结果与手算和实体建模得出的结果进行了比较分析,结果表明,应用层合单元分析钢筋混凝土结构可以大大减少单元个数,且计算结果准确,效率高。

层合单元理论在预应力混凝土斜弯桥空间分析中的应用

利用上篇提出的层合单元理论,对一座预应力混凝土斜交桥和一座预应力混凝土连续曲箱梁桥分别进行了空间分析,并与按SAP通用程序所得的值和平面杆系理论计算的值进行了比较,在此基础上,还进行了试验研究和对比。分析和试验研究表明:本文所提出的方法能够十分有效地分析斜弯桥梁的空间效应,而且具有单元少、效率高、适用范围广的优点。

层合单元在分析钢筋混凝土梁中的应用

利用层合单元思想,对钢筋混凝土梁进行了建模分析,并将计算结果与手算和实体建模得出的结果进行了比较分析。结果表明,应用层合单元分析钢筋混凝土结构可以大大减少单元个数,计算结果准确,效率高。

复杂工程结构空间分析的层合单元理论

提出了虚拟层合单元理论,它突破了传统的空间有限元数值分析法对结构的不同材料必须采用不同单元的限制,用较少的单元就能够方便模拟和描述各种复杂的结构。可广泛适用于具有任意支承条件的复杂桥梁的空间整体分析。

虚拟层合单元在有限元结构分析中的应用

利用等效数值积分化“分”为“合” ,把原来需要多个单元才能进行分析的多层、不同材料归为 1个单元内部的层 ,从而使有限元分析的单元数目大大减少 ,计算效率大为提高。

层合单元形函数的修正算法

应用层合单元对多层材料进行合并划分网格,可大大提高有限元计算效率。由于常规层合单元采用四节点等参元形函数表达形式,当互层材料的性能参数差异较大时,将导致较大计算误差。文章根据层合单元各层材料自身变形特征,提出了修正层合单元形函数的数值算法。该方法能更好地描述互层材料单元的实际位移场,从而提高层合单元的有限元计算精度,同时扩大层合单元算法的应用范围。数值算例表明,对于材料层数多、特性相差大的层合单元,修正算法优越性较为明显。

一种新的层合梁单元

为了较好地解决大规模的工程问题 ,提高分析效率 ,本文根据近几年发展起来的相对位移板壳单元及层合结构的有限单元法 ,利用“补空”或“夹空”处理 ,构造了一种新的层合梁单元。由此 ,可以减少单元数目数 ,大幅度提高计算效率。数值算例表明 ,此法简单有效 ,并能达到相当满意的精度 。

利用层合单元的复合材料涡轮叶片结构设计

复合材料涡轮叶片是潮流发电机的关键部件之一,其结构形式的选择显得尤为重要。基于ANSYS程序,编制APDL语言。通过自上而下的建模方式构造有限元模型,生成规则有序的层合单元,以确保各单元坐标系的协调一致,进而确保叶片材料主方向的协调一致。分析叶片的强度和刚度,以确定叶片铺层的厚度、层数及其纤维的铺设方向。对相应结构的叶片进行模态分析,以校核叶片是否产生共振。计算结果表明该方法有效而实用,为今后复合材料叶片的结构设计提供了参考。

一种新型的层合块体单元及其工程应用

提出一种新型 8～ 2 0结点虚拟层合块体单元 ,利用该单元能有效地对箱型截面桥梁结构进行空间有限元分析。应用该单元对一座钢筋混凝土空心板梁桥进行了空间分析 ,计算结果与实桥测试值吻合较好。利用该单元对箱型截面桥梁结构进行空间分析时 ,可显著减少单元数目 ,提高计算效率 ,且具有较高的精度 。

层合界面单元在混凝土细观数值分析中的应用

采用颗粒交叠区域的微步长迭代自动调整算法,在生成含任意凹凸形骨料颗粒的混凝土数值试件的基础上,为简化大规模运算的复杂度,提高分析效率,着重对混凝土细观数值分析中的单元力学模型及细观组分力学参数的确定,进行了较为细致的研究。对传统各细观组分单元的单一化材质假定进行了改进,引入了一种层合界面单元的分析形式,即在混凝土数值试件规则化映射网格的基础上,将骨料-基质交界过渡层看作规则化网格单元的内嵌结构进行统一分析,大幅减小了各细观组分单独网格划分的前处理压力。进而,分析了层合界面单元中不同材料组分比例及界面层厚度对界面单元力学性质的影响,并通过混凝土试件宏观表征强度的细观数值计算,验证了该界面单元力学模型良好的适用性。

层合界面单元在混凝土细观数值模拟中的应用

为了解决混凝土细观数值模拟中单元数量过多、计算效率不高的问题,提出了层合界面单元的概念。在交叠骨料微步长迭代自动调整算法的基础上,采用任意凹凸型骨料随机配置模型,生成了混凝土细观数值试件。通过对主要影响因素进行组合分析,建立了层合界面单元模型。同时,分析了界面单元中不同材料组分比例及界面厚度对该单元力学性质的影响,进而研究了界面单元对混凝土试件宏观表征强度的影响,并用数值算例验证了模型的有效性。数值算例表明,所建立的层合界面模型较为合理地模拟了混凝土界面过渡区对试件力学性能的影响,揭示了界面强度变化对混凝土试件强度的影响规律。