基于拟应变法的壳单元大变形分析及在冲击动力问题中的应用

为了简便有效地解决板壳结构的大变形问题,本文针对八节点相对自由度壳单元进行研究。该单元的位移场由壳的中面节点位移和上表面节点的相对位移组成,不带有转动变量。所有的研究都是基于完全的三维位移、应力、应变场。采用拟应变法,对应变场另行假设,能够改善该单元在大变形情况下的计算精度。通过引入Wilson非协调模式,构造了大变形情况下的拟应变场表达式,给出了该单元用于解决非线性动力分析问题的有限元求解方程。通过算例表明,本文针对相对自由度壳单元提出的方法及推导的公式,能够解决冲击动力问题中的大变形问题。

一种基于改善拟应变法的壳单元模型

基于Hu-washizu变分原理,推导了四节点六自由度壳单元的更新拉格朗日(U.L.)动力显式有限元列式。采用11参数改善拟应变(EAS)法,避免了剪切自锁,提高了计算精度。通过对标准算例计算,验证了该壳单元动力显式有限元模型用于计算弹塑性大变形问题的有效性和精确性。

高应变拟合法确定桩承载力的适用条件

尽管高应变拟合法能够有效地补充和部分取代传统的静荷载试验，但是，该方法的成功应用尚取决诸多因素。文章通过剖析高应变拟合法的原理和实质，指出了高应变拟合法确定桩承载力的误差来源和适用条件。

高应变曲线拟合分析方法的探析

高应变法是检测基桩承载力唯一的动测方法,改善高应变曲线拟合法的拟合质量是提高高应变结果精度的关键环节.本文统计分析国内基桩承载力动静对比的结果,得出灌注桩、预制桩高应变曲线拟合分析方法的参数变化范围,在此基础上再进行桩端阻尼模型的优化分析,以提高高应变分析结果的精度.结果表明:对于灌注桩,采用桩端黏滞阻尼模型求出的承载力与静载试验结果的误差最小,且最大误差不超过10.0%.对于预制管桩,采用桩端Smith阻尼模型求出的承载力与静载试验结果的误差最小,且最大误差不超过9.0%,这使高应变曲线拟合分析方法的精度提高了10%.

预应力管桩高应变法和单桩静载试验对比分析

预应力管桩采用高压、高温、蒸汽养护等技术手段,其应力强度可达到C80以上,而且预应力管桩工程承载能力强、施工效率高、成本低、养护周期短、成桩质量可靠等优点,预应力管桩目前应用极为广泛。介绍了预应力管桩高应变检测和单桩静载试验的原理及特点,并结合工程实例,对采用高应变拟合曲线法以及单桩静载试验对比分析,以确保基桩完整性的同时,承载力的安全值测算值能够满足设计要求。

用粘弹性理论预测沥青混合料的劈裂疲劳寿命

基于粘弹性理论，用拟应变来代替实际应变，建定了劈裂疲劳的破坏标准，推导了沥青混合料的劈裂疲劳寿命预测模型．通过劈裂蠕变试验确定了蠕变柔量、斜率、松驰模量以及拟应变等模型参数，预测了AC13沥青混合料在0．1和0．15应力比下的劈裂疲劳寿命．最后经劈裂疲劳试验验证，修正了预测模型．结果表明：预测模型可以较为准确地预估劈裂疲劳寿命，其离散性小于传统的劈裂疲劳试验，并可以大幅度减少试验量，节约试验时间．文中还给出了一个推荐的修正系数值，即0．713～0．757．

高应变实测曲线拟合法土阻力模型实例分析

高应变法已经成为检测单桩竖向抗压承载力重要的检测手段。实测曲线拟合法是高应变法提供单桩竖向抗压承载力检测值最常用的分析方法,正确的建立土阻力模型是该方法最重要的分析步骤,文章结合工程实例分析了如何在实测曲线拟合法中正确的针对性建立土阻力模型,进而科学的给出单桩竖向抗压承载力检测值。

基于实体壳单元的板壳非线性变形分析

将实体壳单元模型引入显式有限元方法,通过添加12个改善拟应变参数弥补变形缺陷解决闭锁问题,并利用共旋理论和径向返回迭代法更新应力.利用这种基于显式算法的实体壳单元模型对板壳结构非线性变形的标准算例进行计算,并与实体单元及壳单元计算结果进行对比.结果表明,该实体壳单元具有较高的计算精度,可有效地解决板壳非线性大变形分析问题.

一种带有沙漏控制的新型EAS实体壳单元

基于Hu-Washizu变分原理推导了一种带有沙漏控制的实体壳单元的显式有限元列式;采用面内单点积分方案,提高了计算效率;同时引入沙漏控制力,抑制了沙漏现象。基于缩减积分方案,采用B-bar法消除体积自锁,并通过添加七个改善拟应变参数解决了泊松自锁和剪切自锁。采用改善拟应变法消除剪切自锁,使得表达式简洁。利用这种显式实体壳单元模型对3个非线性变形的标准算例进行了计算,并与相关参考文献和有限元软件ABAQUS的计算结果进行了比较。结果表明:该实体壳单元具有较高的计算精度,可有效地解决板壳非线性大变形分析问题,具有很好的工程应用前景。

带有沙漏控制的相对自由度壳元

针对一点积分的八节点相对自由度壳单元存在的沙漏现象，提出采用拟应变法解决该问题的方法，并对锁死问题进行研究。给出了带有沙漏控制的八节点相对自由度壳元内的坐标、位移插值公式，推导了拟应变的表达式，通过Hu-Washizu变分原理，建立了有限元求解方程。利用Wilson非协调位移模式，单元的计算精度得到了明显改善。算例表明：基于八节点相对自由度壳单元，本文给出的沙漏控制算法能够有效的解决线性静力问题，并且具有较高的计算精度。

带有沙漏控制的相对自由度壳元非线性动力分析

针对八节点相对自由度壳单元 ,给出了单元内坐标和位移的插值公式 ,利用Hu Washinzu变分原理 ,基于拟应变法 ,在大变形情况下推导了拟应变的表达式 ,构造了带有沙漏控制的动力问题的有限元求解格式 .通过算例表明该文提出的基于相对自由度壳元的沙漏控制算法能够很好地解决非线性动力问题 ,可改善计算精度和计算效率 .

基于黏弹性理论的沥青混合料劈裂疲劳模型研究

依据黏弹性理论,对沥青混合料的疲劳预测模型进行推导,从动态加载的角度建立劈裂疲劳预测模型并通过蠕变试验和重复加载试验确定模型参数(蠕变柔量、m值、松驰模量以及拟应变),并以实测劈裂疲劳试验对模型进行验证。

飞机某典型螺栓连接件的振动疲劳试验研究

为确定不同螺栓连接形式与不同名义厚度的某典型结构连接件的振动疲劳极限寿命,并比较其振动疲劳性能,本文针对连接件要求考核部位的特殊性,提出了简支结构的夹具设计方法,在经过有限元模拟计算及在模态试验中进行了验证考核后,成功应用于正式试验中,另外,试验采用小量级振动条件下应变数值曲线拟合得到大量级振动条件下应变值,完成了试验应变-寿命曲线的绘制。通过此次试验研究表明:1)简支结构的夹具设计被证明适用于此类搭接结构的螺栓连接件,可以应用在此后类似的振动试验中;2)复材名义厚度为5 mm的单排双钉连接件,在同样的应变水平下,具有最长的振动疲劳寿命,即振动疲劳性能最好;3) 4种不同形式的螺栓连接件,振动疲劳破坏位置均为金属部分,在下一步的设计中需更换金属材料,加强金属搭接板的动强度。

含微缺陷金属材料损伤理论的几何拓扑

本文针对含微缺陷金属材料损伤理论进行几何拓扑,采用非完整标架的方法把金属材料内部微观几何缺陷拓扑为材料空间的弯曲,并体现在几何方程中。首先通过释放应力将平直Euclid空间缺陷物质流形与Riemann流形建立对应关系,给出Riemann流形中含微缺陷金属材料的应变、应力状态以及几何法则、静力平衡方程,将物理非线性问题转化为物理线性问题和材料空间弯曲之和。最后讨论了二维情况下金属材料受各向异性损伤的算例。

弹性损伤理论的几何-拓扑描述

材料内部微观几何缺陷通常是作为物理非线性问题在本构方程中考虑。针对连续介质弹性损伤理论作几何拓扑,采用非完整标架方法把材料内部微观几何缺陷转化为材料空间的弯曲,并体现在基本几何法则中。首先由连续损伤变量定义拟塑性张量,给出这些基本张量所满足的连续性方程和基本几何法则。由此建立了弹性损伤缺陷与Riemann流形的对应关系,将物理非线性问题转化为物理线性和材料所在空间的弯曲之和。最后讨论了二维情况下,各向同性晶格材料受各向异性损伤的算例。

几何-拓扑法建立的Riemannian空间弹性损伤连续性方程

损伤力学发展至今,涌现出了各种各样的损伤力学理论,但尚未出现比较公认的普遍的理论.并且在解决更复杂的损伤问题时碰到了更多的困难.用几何-拓扑的方法将弹性损伤缺陷与Riemannian空间建立了对应关系,把材料的这种物理缺陷转化为几何缺陷.由连续损伤变量定义了拟塑性损伤因子张量,再由拟塑性应变张量出发,推导出了Riemannian空间中的弹性损伤连续性方程.从而将一个非线性问题转化为一个线性问题和一个弯曲空间的叠加.

受损介质变形非协调模型

当介质受损即内部存在微观几何缺陷时,将不能满足变形协调条件.从连续介质损伤理论出发,建立受损介质的变形非协调模型.首先由四阶损伤影响张量定义拟塑性应变张量,并提出假定:总应变由弹性应变和拟塑性应变两部分组成,且总应变是协调的;拟塑性应变不产生应力,只描述受损介质内部结构变化.最后算例中分别从考虑和不考虑损伤主值之间耦合作用两种情况讨论了二维情况下各向同性材料受各向异性损伤的变形非协调模型.该模型显著拓展了弹塑性模型描述能力,形式简单、物理意义明确,易于工程中应用.

综放极限平衡区顶煤渗透性的计算模型

基于放顶煤开采中顶煤渗透率对工作面安全生产的重要性,对煤壁前方极限平衡区内顶煤渗透率的变化规律进行了研究.应用损伤力学和数理统计方法对顶煤垂直和水平应变进行了研究分析,并建立了数学模型.以甲烷气体为渗流体,应用自制三轴实验机对煤样体积应变与渗透率的关系进行了试验研究,并利用多项式拟合方法对试验结果进行了分段拟合.结果表明:根据所建立的顶煤应变计算模型,可以求出综放顶煤内任意点的体积应变,且顶煤的水平应变与其距底板的高度无关.依据试验及拟合所得到的煤体体积应变与渗透率的函数关系,可以求得顶煤内任意点渗透率.最后对计算模型进行了实践检验.

弹性损伤理论的几何-拓扑模型

利用几何-拓扑的方法对弹性损伤进行描述,通过定义的拟塑性应变张量和拟塑性损伤因子张量,使不同材料具有不同损伤机制的损伤模型具有了一致的形式,使材料和损伤机制的不同仅体现在相应的拟塑性应变张量和拟塑性损伤因子张量具有不同的表达式。本文利用几何拓扑的方法推导出了Riemannian空间的弹性损伤连续性方程、几何法则,将材料的这种物理缺陷转化为几何缺陷来加以考虑,使弹性损伤问题转变成为一个弹性问题和一个弯曲空间的叠加。从而避免了其他损伤理论在求解损伤问题时因非线性方程组的复杂性而存在的困难,为研究损伤力学和解决非线性问题提供了一种新的思路。

桩周土摩阻力动静对比试验研究

采用低应变应力波反射法对桩身完整性进行判断,采用高应变曲线拟合法对桩身完整性和桩侧摩阻力和桩端阻力拟合与分析,最后采用静荷载试验对桩的侧摩阻力和桩端阻力分析与计算,通过高应变曲线拟合法与静荷载试验结果的比较可知两种方法确定的桩的承载力。