有限元法作为滩涂光伏阵列桩基设计计算方法的适用性研究

【目的】滩涂光伏电站的建设处于起步阶段,光伏阵列桩基在土建工程中占比很大,对投资有显著影响,目前承载力设计计算主要借鉴建筑行业规范,其适用性值得探讨。为改进滩涂光伏桩基设计计算方法,探索有限元方法对此的适用性,【方法】以既有滩涂光伏桩基设计方案为例,依据行业规范方法进行竖向、抗拔、水平承载工况复核计算,同时使用有限元超载法和强度折减法进行计算和分析。【结果】分析及对比结果显示:两类方法所依据的力学机理基本相同,计算得出的承载力规律一致,安全系数值接近,沉降值接近;竖向承载和抗拔工况,有限元法得出的安全系数略大于规范方法;水平承载工况,有限元法得出的安全系数略小于规范方法;对于滩涂光伏阵列桩基而言,竖向承载力安全系数最低,是承载力设计的控制工况;抗拔承载安全系数最高,远高于规范要求值,不是控制性工况;水平承载安全系数居中,有较充足的安全裕度,该工况容易满足要求。【结论】结果表明:有限元法计算能够生动展示桩基及支架的空间、过程和细部力学响应,有利于指导和改进设计,对滩涂光伏阵列桩基设计有良好的适用性;有限元法用于桩基承载力计算应优先使用超载法;滩涂光伏阵列桩基的承载特点和工作环境与建筑桩基不同,目前规范规定的竖向承载力安全系数偏保守,应适当放宽,对设计理论创新做出尝试,并合理地控制工程投资。

基于二次场的二维大地电磁有限元法数值模拟

引入基于计算二次场响应的方法,将其用于二维大地电磁数值模拟.导出了二维大地电磁二次场的表达式,在使用有限元法解偏微分方程时,利用二次场偏微分方程与总场偏微分方程的相似性,直接采用总场法中的系数矩阵作为二次场的合成矩阵.将根据此原理所编制的二次场有限元法模拟软件,对几个典型模型进行了试算,并与传统总场模拟法作了比较分析.结果表明,直接计算二次场的结果精度更高,更接近真实解.

基于有限元法的铜母线连续挤压扩展成形过程的数值模拟

基于刚粘塑性有限元理论,采用有限元软件DEFORM3D,对铜母线连续挤压扩展成形过程进行模拟,分析模腔内部金属的流动规律以及温度场、速度场、应力应变场的分布情况。模拟结果表明,金属变形剧烈部位主要集中在挡料块附近和挤压模腔中心区域,上述区域的温度高、应力应变大。模拟结果对实际生产具有很好的指导作用。

2.5维有限元法CSAMT数值反演

2.5维有限元法CSAMT数据反演是建立在2.5维有限元法正演模拟和CSAMT-RRI灵敏度矩阵近似计算以及拟一维反演方法基础上的一种反演方法。它是一种快速松驰算法型的CSAMT数据反演方法。该法采用2.5维正演模拟,利用CSAMT-RRI方法近似计算的灵敏度矩阵,既符合精度要求,又提高了计算速度,而且在计算中采用拟一维反演减少了对灵敏度矩阵的大量代数运算,进一步加快了计算速度。文中通过两低阻体上覆导电层模型进行数值反演,结果表明倾斜低阻体能得到较好地归位,但反演的模型结构的异常范围要比真实模型大,倾斜异常体在深度方向上也有下拉现象。尽管如此,模型反演与真实结构的拟合曲线均方根误差除个别点外都小于2,达到了较好的拟合。

广义有限元法对动态裂纹扩展的数值模拟

介绍了一种分析平面动态裂纹扩展的有效方法,无需网格重新划分。利用Shepard公式、可视准则、标准有限单元的形函数,构造出在裂纹处不连续的单位分解函数。利用自定义函数基,构建在覆盖上的局部逼近空间。结合这两者,可形成非连续的广义形函数,进而引入位移的不连续性,它与标准有限元法可很好衔接。利用推广的Newmark方法求解动态非线性的裂纹扩展问题;利用基于能量平衡原理的虚拟扩展区域积分方法求解动态应力强度因子,在求解该区域积分时,引入了一个新的辅助函数,改善了数值精度与稳定性。

复杂介质有限元法2.5维可控源音频大地电磁法数值模拟

利用有限元 2 .5维可控源音频大地电磁法 (简称CSAMT)数值模拟方法 ,对 10 0Ωm均匀半空间介质中有限长度的电偶极源产生的电场、磁场及视电阻率、相位特征进行了数值模拟 ,研究了场的空间变化规律 .在一个象限中 ,场的特征存在双叶现象 ,当收发距大于 4个趋肤深度时 ,电阻率较接近介质真实的电阻率 ,这些结果为观测系统和收发距的选择提供了依据 .波数域场的特征表明 ,低波数对源的贡献占较大的比例 .有限元法 2 .5维CSAMT数值模拟的优势在于能较准确地获得复杂介质结构的波场特征 .本文结合直立异常体、倾斜异常体及断陷模型对CSAMT电阻率、相位剖面特征及频率曲线特征的可靠性进行了研究 .数值模拟结果直观地给出了异常体的剖面异常形态 .通过对比研究异常体的剖面异常形态和半空间场的特征进一步说明本文方法和软件在模拟复杂介质结构场特征时是可靠的 .这为认识观测数据 。

数值试井分析的有限元法

建立了单相流体在不稳定渗流条件下的有限元方程,考虑了井筒储存效应和表皮效应的影响.将井壁视为内边界,在空间上用任意四边形单元对求解区域进行剖分.用双线性函数描述网格结点的压力变化,在时间上用向后差分法进行离散.通过求解有限元方程获得了井底压力及井底压力导数曲线,并将求得的数值解和相应的解析解进行对比,验证了方程推导及程序编写的正确性.结果表明,用有限元法模拟试井曲线是准确、可靠的.

有限元法2.5维CSAMT数值模拟

目前国内大多数CSAMT资料处理都用一维反演方法,即假定地球介质是水平层状地电结构,这对于横向变化较大的介质结构的反演则是不真实的.为了合理的模拟可控信号源的三维特征应该使用三维有限元方法.受计算机内存和计算速度的限制,三维方法的实用化受到约束.在许多情况下,地电结构沿走向变化很小,只沿倾向发生变化.这种地电结构是二维的,而人工源是三维的,因此CSAMT资料的观测可用2.5维有限元方法进行数值模拟.本文从麦克斯韦方程组出发,建立了2.5维有限元CSAMT数值模拟方法,其核心是把地电参数变化小的走向方向转化成波数域,用一系列波数模拟三维源的特征.用一个横向均匀的三层地电结构模型展示了2.5维数值模拟的特征,并和一维模拟结果进行了比较,证实了有限元方法2.5维CSAMT数值模拟的可靠性.在此基础上对一个地电结构已知的实际模型进行了2.5维数值模拟并和该剖面的野外实测剖面数据进行了比较,进一步有效地说明了本文介绍的2.5维CSAMT数值模拟方法是仿真和可靠的,为在此基础上的2.5维反演打下了良好的基础.

三角网格有限元法波动模拟的数值频散及稳定性研究

三角网格有限元法能够准确模拟复杂构造和复杂介质条件下的地震波场,数值频散和稳定性条件是地震波数值模拟中参数选择的主要依据.基于均匀的线性三角网格单元,根据结构刚度矩阵的组装原理以及平面波理论,推导了集中质量矩阵下两种网格结构的声波频散函数以及稳定性条件,并对数值频散特性以及稳定性进行了详细研究:三角网格单元中波动的数值频散除了受到空间采样间隔、单元网格纵横比和波传播方向等常规因素的影响外,还受到网格布局的影响,过锐或过钝的三角单元会对波动数值频散产生不良的影响,不同类型的单元网格、单元纵横比对应着不同的稳定性条件,正三角单元中的波动具有较好的数值频散特性,其数值各向异性(频散随波传播方向的变化)效应最弱,稳定性条件也较为宽松.最后通过数值模拟直观地验证了以上分析结果,为有限元正演三角网格的剖分和参数的设置提供一定的理论依据.

用ALE有限元法建立二维数值波浪水池

从ALE描述下的Navier Stokes方程和连续方程出发 ,对数值波浪水池进行分析 .通过对各种边界条件的处理建立了合适的二维数值波浪水池 .通过对二阶Stokes波的探讨 ,阐明了此数值波浪水池是有效合理的 .

基于ALE有限元法二维液体晃荡的数值模拟

随着各类液货船的不断增加,晃荡现象在船舶与海洋工程领域引起了广泛的关注。文章从不可压粘性流体的N-S方程组出发,运用任意拉格朗日(ALE)有限元法对水平激励下的二维液体晃荡现象进行了数值模拟。首先通过计算值与解析解的比较,验证了数值方法的有效性,进而分析了激励振幅、激励频率对晃荡现象的影响,最后计算了作用于壁面上的力和力矩。

有限元法铸造凝固过程数值模拟关键技术研究

对铸造过程数值模拟关键技术进行了研究并进行SIMU-CAST铸造凝固过程模拟软件研发,软件能基于有限单元法进行凝固过程温度场、缩孔缩松等铸造缺陷的数值模拟。模拟过程充分考虑材料和边界条件等模拟参数的非线性特征,并考虑结晶潜热的处理。最后,对所开发软件计算的铸件凝固过程情况和国外Pro CAST商用铸造有限元分析软件计算结果及趋势进行对比,并结合实验结果进行分析。软件计算结果准确性及计算精度较高,铸件缩孔缩松预测结果基本准确,分析计算结果能满足工程实际应用,并在工厂实际浇铸生产应用中取得了良好效果。

小波-伽辽金有限元法及其在电磁场数值计算中的应用

在分析国内外的研究现状，综合前人工作的基础上，将一般紧支集正交小波应用于电磁场的数值分析和计算。首先，导出了适用于含多种媒质边值问题数值计算的小波－伽辽金有限元模型，然后给出了一种新的处理一般边界条件的通用方法，最后提出了小波－伽辽金有限元法中任意点关联系数值精确的时域计算方法。计算实例表明：与现有其它有限元类算法相比较，文中算法具有数值解精度高、剖分简便、灵活，并能提供整体任意给定精度分层解等优点。

基于扩展有限元法的混凝土梁断裂性能数值分析

用扩展有限元法对混凝土梁的断裂性能进行了数值研究。以试验所测具有尺寸效应的混凝土断裂能G_f作为基础数据,利用局部断裂能的双线性模型,通过最小二乘法拟合得到与尺寸无关的混凝土真实断裂能G_F。在此基础上,基于扩展有限元法,首先对比分析了采用断裂能G_f、G_F的模型,然后以真实断裂能G_F作为混凝土的参数,对不同缝高比和不同梁宽的混凝土三点弯曲梁的断裂性能进行数值分析。分析结果表明:当利用扩展有限元法对混凝土断裂问题进行计算时,采用真实断裂能G_F作为混凝土材料参数更准确有效;随着初始缝高比增大,混凝土梁断裂韧度先增大后逐渐减小;混凝土梁断裂韧度与梁宽无关。

随机有限元法中的常用算法的数值分析与比较

本文针对随机有限元中的常用算法，从计算效率、计算精度及编程等方面，通过同一例题进行了具体的比较，并进一步分析了每种算法的应用条件及应用范围。同时对ＴＳＦＥＭ及一次二阶矩法通过一个计算结构可靠度的实例也加以比较，得出了很多有益的结论。

二维声学数值计算的径向插值有限元法

针对声学有限元分析中四节点等参单元计算精度低,对网格质量敏感的问题,将无网格径向插值技术引入到标准有限元中,构造径向插值形函数,推导径向插值有限元法(Radial interpolation finite element method,RIFEM)的二维声学数值计算公式。二维声学RIFEM采用标准有限元法形函数构造系统离散方程的声学刚度矩阵和边界积分矢量,保证了声压梯度和边界条件在区域边界的积分精度;采用径向插值形函数构造系统离散方程的质量矩阵,提高了声压数值近似函数的插值精度。对管道二维声腔模型和某轿车二维声腔模型的数值分析结果表明,与标准有限元法和SFEM相比,RIFEM的计算精度更高,对波数、单元尺寸和网格扭曲程度的灵敏度更低。因此RIFEM可以很好地应用于二维声学数值分析,具有广阔的工程应用前景。

基于有限元法的方向机传动齿轮接触应力数值仿真

针对方向机传动齿轮接触应力问题,构建一种基于ABAQUS软件的方向机传动机构的模型。以某自行高炮方向机为例分析其有限元模型,通过施加边界约束和载荷,得到方向机传动齿轮接触应力及变形,采用有限元法对传动齿轮的变形和接触应力进行了数值仿真,并与赫兹理论估算的传动齿轮接触应力进行比较。仿真结果证明:该方法有效,有限元方法与赫兹接触理论的计算结果基本一致,2种方法计算结果相差分别为5.19%和1.64%。

基于有限元法的气浮支承系统的数值模拟与实验研究

气浮支承系统以气体作为工作介质,根据气体润滑理论对气膜中气体的流动作了理论分析,采用有限元法对气膜流场进行了数值模拟,计算出了一定载荷下的速度分布、压力分布和耗气量、承载能力,通过与实验测试结果的对比,说明该方法是可行的。

海上平台桶基沉贯渗流场的有限元法数值模拟

桶形基础平台是一种新型的海洋平台，这种型式的平台与传统的导管架式平台的主要区别在于采用桶形基础代替打入桩基础，桶形基础的负压沉贯过程是一个复杂的水动力过程，其关键在于主动施加的桶内外压力差产生渗流场，渗流场的形成与发展对于负压沉贯有决定性的影响。本文用有限元分析方法对桶形基础负压沉贯渗流场进行动态模拟，建立了桶形基础负压沉贯过程中渗流场的有限元分析模型，模型试验的结果与按有限元分析计算模型得到的计算结果的比较表明了计算模型的可靠性和工程实用性。

有限元法数值试井分析中第三类边界条件的处理方法

建立了单相流体在不稳定渗流条件下的有限元方程。重点介绍了当外边界有断层存在,且断层上有一定的流体通过时的处理方法。将井壁视为内边界,在空间上用三角形单元对求解区域进行剖分,在时间上采用向后差分离散。通过求解有限元方程得到了无因次压力、无因次流量的变化规律。通过对边界上参数不同的模型进行比较分析验证了方法的正确性。结果表明,用有限元法研究第三类边界条件的数值试井问题是可行的。