弹塑性矩阵Dep的特性和有限元边坡稳定性分析中的极限状态标准

证明了关联流动条件下的弹塑性矩阵在硬化、理想塑性和软化情况下分别为正定、半正定(亏一秩)和不定矩阵,然后利用理想弹塑性矩阵的奇异性证明当边坡达到极限平衡状态时,坡内必存在一个由坡底贯通到坡顶的单元层,该单元层内的所有单元全都进入塑性状态,从而为利用等效塑性应变或塑性功的等值线图来判别边坡的极限状态找到了力学依据。还定性分析了利用有限元法在分析边坡问题时塑性区往往被夸大的本质原因,也给出了克服这一缺陷的技术性办法。

动力时程分析中弹塑性刚度矩阵的提取方法

利用ANSYS二次开发工具UPFs编写成可执行程序文件,通过与MATLAB进行联立计算,对线弹性和非线性弹塑性本构模型的结构分别实现了特性矩阵的近似提取.对线性本构关系模型的各特性矩阵提取方法进行阐述推导和验证,求得的各阶频率和动态响应时程曲线与ANSYS直接计算法吻合.对于非线性弹塑性本构模型,将非线性本构关系在全局过程中的小段时间内进行等效线性化处理后提取等效刚度矩阵,进行静动力分析后所得各种响应时程曲线与ANSYS直接计算法所得曲线基本吻合.结果表明了分段等效线性化模型的合理性和ANSYS二次开发程序提取等效特性矩阵的可行性.

二次开发程序提取弹塑性结构刚度矩阵方法及应用

基于ANSYS二次开发程序UPFs,编译了直接获取动力时程分析中整体结构弹塑性刚度矩阵的程序方法。该方法是在动力时程分析过程中的小段时间内采用分段等效线性化的手段将非线性塑性阶段的模型单元转化为等效线弹性模型单元,继而进行模态分析后借用MATLAB程序提取出该时刻的等效刚度矩阵,并对二维剪力墙结构进行了人工波的动力时程分析以及结构在整个过程中动力特性分析。通过有限元直接计算法、理论公式推导法以及本文提出的ANSYS二次开发程序法的对比,验证了本文方法正确性与可行性。

固体材料的弹塑性应力计算

本文在边界积分方程离散的基础上，建立了适用于一般松软固体的弹塑性本构关系，并详细介绍了三维弹塑性矩阵的形成及推导过程，对屈服准则、迭代过程等都作了较深入的探讨。

平面框架弹塑性分析的增量内力塑性系数法

提出一种分析框架结构弹塑性响应的新方法即增量内力塑性系数法。由该方法直接得到结构弹塑性增量割线刚度矩阵,并据此提出直接迭代算法求解结构增量平衡方程。研究结果表明:直接迭代算法与经典的牛顿-拉夫逊方法相比,它不用数值积分形成结构弹塑性切线刚度矩阵,也无需在每次迭代步中计算结构整体不平衡力,简化了计算过程;弹塑性增量割线刚度矩阵可以显式给出,减少了计算工作量,且计算结果与经典解析解以及其他数值解十分接近;采用增量内力塑性系数法分析一般平面框架只需采用至多2个单元离散框架构件就可以得到足够的计算精度。

板的弹塑性弯曲有限元分析中的分层法

论述了板的弹塑性弯曲有限元分析方法 ,对屈服函数的选取作了分析 ,采用分层方法 ,着重分析了对板的弹塑性切线刚度矩阵的建立 。

压弯构件的弹塑性分析

在很多弹塑性问题分析中需要随应力状态的变化,不断调整单元刚度矩阵中的有关元素。对于压弯构件,当截面出现塑性时,弹性时期的单元刚度矩阵已经不再适用,即轴力弯距出现耦合现象,需要重新计算本阶段的单元刚度矩阵。可基于截面刚度矩阵以及现有的位移模式推导出弹塑性阶段的单元刚度矩阵。

松软固体的塑性应力计算

在边界积分方程离散的基础上，建立了适用于一般松软固体的弹塑性本构关系；给出了三维弹塑性矩阵的形成及推导过程；对屈服准则、迭代过程等作了较深入的探讨，设计了三维边界元计算机程序．

几何非线性和剪切变形对平面梁柱 单元刚度矩阵影响的研究

目前对钢构件的分析中考虑最多的是剪切变形影响和几何非线性影响两方面,而且单元刚度矩阵大都从构件的平衡微分方程入手,通过引入稳定函数推导得到,这种方式推导过程中有限元分析方法的痕迹比较淡。从有限元角度推导单元的弹塑性刚度矩阵中,同时考虑剪切变形和几何非线性影响的资料还不多见,从基本方程入手,用有限元理论推导同时考虑剪切变形和几何非线性影响的平面梁柱单元弹塑性刚度矩阵。

土-结构非线性相互作用混合约束模态实施方法

分析、探讨线性-非线性混合约束模态综合法用于土-结构相互作用的动力分析实施方法。据结构存在局部非线性特性,提出对整体结构划分为若干个线性、非线性子结构,对线性子结构只需一步提取特性矩阵并进行方程降阶,而对非线性子结构则逐步提取降阶后的等效特性矩阵。通过组装各子结构达到对整体结构特性矩阵的降阶处理。对非线性子结构凭借在小段时间Δt内利用分段等效线性化手段,通过ANSYS二次开发工具UPFs编辑写成可执行程序文件,并与MATLAB联立计算,实现特性矩阵提取。结果表明,该方法求得结构的各阶频率和动态响应时程曲线与ANSYS直接计算吻合良好。可逐步提取等效弹塑性特性矩阵,为采用变化的特性矩阵对结构进入塑性阶段深层次分析研究提供有效方法。

复杂工况下土-结构体系的混合约束模态法

基于动态子结构法的原理,提出了线性-非线性混合约束模态综合法,对复杂工况下的二维地基土-箱型基础-上部剪力墙结构相互作用的非线性动力问题进行分析研究。复杂工况包含了一致黏弹性边界问题和基础与周边土体的高度非线性接触问题。依据土-结构相互作用体系存在局部非线性的特性,将体系划分为若干个线性和非线性子结构。在动力时程分析中对所有非线性子结构利用自编二次开发程序逐步提取等效特性矩阵,再与经势能判据截断准则减缩过的其他线性子结构组合后进行模态综合处理,推导出含有接触关系的子结构方程与含有一致黏弹性边界的子结构方程,最后形成复杂工况下含有各个子结构的模态综合方程。分析结果表明,混合约束模态综合法与ANSYS直接计算法求得的位移、速度、加速度、水平剪力、弯矩、层间位移角动态响应时程曲线吻合良好,证明线性-非线性混合约束模态综合法是求解复杂工况下的土-结构动力相互作用问题的有效可行方法。

煤矿立井井壁与围土相互作用的实验研究

在自行改造、加工的高应力单剪仪试验系统上对饱和砾砂、粗砂、中砂、细砂同混凝土界面的剪切特性进行了一系列试验研究.通过对试验数据的分析发现,高应力下界面的本构关系可以采用非线性弹性-理想塑性模型,非线性弹性阶段与双曲线模型较一致,界面的强度准则符合无粘聚力的库仑公式,在此基础上导出了界面单元的弹塑性矩阵.对包括弹性和塑性2个变形阶段的情况,采用初应力法得到了修正的弹塑性矩阵.

二维节理岩体的非线性有限元模型研究

本文在无厚度节理单元的基础上，建立了等厚度的节理单元，并导出了相应的刚度矩阵。根据材料的本构关系，对节理单元进行了非线性分析，给出了对称形式的弹塑性矩阵。

考虑吸附水的非饱和土耗散本构关系研究

为了探索土水吸附特征对非饱和土力学特性的影响,根据赋存环境把土中水分为储存在毛细管内液面张力吸纳作用占主导的自由水和包裹在土颗粒周围基质静电吸着作用占主导的吸附水。通过把土颗粒基质与吸附水一起共同视为非饱和土骨架相,自由水视为液相、土中气视为气相,获得了考虑吸附水的非饱和土功表达式。根据热力学耗散理论,利用功表达式和局部热力学平衡假定,获得非饱和土在绝热变形过程中的熵流和熵产。基于热力学吸附平衡理论获得土中吸附水的吸附方程,进而提出具有实用性的吸附水土-水特征曲线。利用熵产表达式中的热力学共轭量和耗散空间的Drucker塑性公设,采用纯简化有效应力和有效吸力这一对双应力变量,建立了考虑吸附水的土水完全耦合的非饱和土弹塑性理论框架,据此获得采用净应力和吸力表示的弹塑性柔度矩阵,用于采用上述本构理论建模时理论模型与土工试验成果之间直接相互验证。

开挖问题摩擦效应的有限元计算方法

采用有限单元法计算砂性土中的开挖卸载,根据既有的散粒体材料开挖应力释放和弹塑性卸载理论研究成果,将卸载过程中材料荷载–位移曲线的非线性等效成为开挖荷载的逐步释放,该过程中卸荷模量与加载模量一致。在此基础上,推导用卸荷刚度表示的计算域内开挖荷载计算式;同时,根据现有试验结果,将八面体剪应力引入以表征单次加卸载情况下颗粒间的摩擦作用力,并利用虚功原理建立颗粒间摩擦作用与卸载应力释放特性的关系,将应力释放效应对开挖荷载的影响等效成为修正开挖卸载阶段材料的弹塑性本构关系矩阵,从而实现考虑卸载摩擦效应的开挖问题计算方法。从节点平衡方程的推导来看,开挖荷载对整个计算区域均有影响,和应力释放效应存在对应关系。设计砂的室内单向加卸载模型试验,并采用该有限元方法对室内模型试验进行模拟,结果表明,单次加卸载过程中,计算曲线可以较好地反映对应试验条件下土体的应力释放特性,计算结果与现有的理论研究成果相符,该方法对开挖问题的描述具有一定的可行性。