对改进预应力空腹网架近似分析方法的探讨

本文就交叉梁系柔度法及空间梁单元法对预应力钢筋混凝土空腹网架的分析进行了比较，讨论了用交叉梁系柔度法分析处理预应力空腹网架存在的问题，同时提出了预应力空腹网架近似分析的改进方法。

计算切口应力集中系数的无限相似单元法

在边界条件和其他几何条件相同时，可以通过切口的应力集中系数求得相应裂纹问题的应力强度因子。边界条件比较复杂时，应力集中系数较难求得，而应力强度因子可以通过无限相似单元方法求得，提出了计算平面切口应力集中系数的无限相似单元方法。该方法适应性好、精度高、使用方便。用该方法对几个问题进行了计算。

交叉裂纹各裂尖应力强度因子同时快速求解的Williams单元

为了研究交叉裂纹各裂尖应力强度因子之间的相互影响,建立了交叉裂纹各裂尖应力强度因子同时快速求解的Williams单元,以十字交叉裂纹为例,分别对正交十字裂纹或斜十字裂纹各裂尖应力强度因子相关参数进行研究,分析了薄板尺寸、裂纹夹角与奇异区尺寸等相关参数对十字交叉裂纹各裂尖应力强度因子的影响,其中KⅠ、KⅡ为裂尖Ⅰ、Ⅱ型应力强度因子。算例分析表明,当板宽与裂纹长度满足W/a≥13时,能够忽略板的尺寸对正交十字裂纹裂尖应力强度因子的影响,可视为无限大板;对于斜十字裂纹情况,当水平裂纹长度不变时,随着斜裂纹长度参数d的增大,KⅠ,A、KⅡ,C和KⅠ,D逐渐递减,而KⅡ,A、KⅠ,B、KⅡ,B和KⅠ,C逐渐递增,对于KⅡ,D则出现先减后增的趋势;当斜裂纹长度参数d=0时,随着裂纹夹角γ的变化,KⅠ,A、KⅠ,B大小相等,符号相同,KII,A、KⅡ,B则大小相等,符号相反,且各裂尖应力强度因子对裂尖奇异区尺寸不敏感。证明了Williams单元能够同时快速求解交叉裂纹各裂尖应力强度因子,且具有较高的计算精度。

半平面问题远域辐射阻尼的时域边界元法模拟研究

辐射阻尼在岩石基坑爆破开挖、边坡稳定、结构抗震以及结构-地基动力相互作用等实际工程问题中具有重要意义。为了模拟半平面问题的远域辐射阻尼,以时域边界元法(TD-BEM)理论为基础,根据应力波在弹性介质中的传播特性,在时域内提出了一种新的单元,即自适应半无限边界单元,专门用于离散远域半无限边界。该单元外侧节点是一个始终处于应力波波前位置的动态节点,保证计算区域在任何情况下都恰好包含应力波的影响范围,从而模拟远域辐射阻尼。最后,分别采用近场和远场动力荷载作用下的弹性半平面算例进行验证,并将结果与有限元法FEM和常规TD-BEM结果进行综合对比。结果表明,采用自适应半无限单元的TD-BEM满足半无限域的辐射条件,较好地解决了远域辐射阻尼的模拟问题,且在计算时间成本与常规TD-BEM几乎相同的前提下,具有更高的计算精度。

比例边界有限元法的最新研究进展

随着计算机技术的进步,数值计算方法在工程领域得到了广泛的应用。有限单元法(FEM)作为其中的典型代表,已发展为成熟的商业软件。然而,现有的有限元方法在无限域动力响应问题、应力集中问题和网格自动化剖分等方面仍存在一定的局限性。此外,日新月异的建模技术引入了大量新型几何模型格式,例如电子扫描图像、3D打印模型、点云模型等,都对数值模拟带来了新的挑战。比例边界有限元法(SBFEM)作为一种新型的半解析数值方法,融合了有限元方法(FEM)和边界元方法(BEM)的优势,只在单元表面进行离散化,而在单元内部进行解析求解,可将问题的维度降低一维,在处理无限域动力问题和带有奇异性的应力集中问题时具有独特的优势。SBFEM单元仅需满足可见性要求,提高了单元形状的灵活性,可以构造包含任意数量节点的多边形和多面体单元,结合八叉树等高效自动化网格剖分算法,可以实现与多种几何模型的无缝对接,适合大规模并行计算。近年来,SBFEM已经发展成为一种可满足现代工程计算需求的通用高效计算工具,在无限域动力问题、断裂力学、非线性问题、接触、自适应分析、反演问题、多场耦合、高性能计算等方面显示出了巨大的应用前景。本研究重点对SBFEM的发展历程和近期研究热点进行系统地综述,并展望未来发展趋势,为相关领域的研究人员和工程技术人员提供参考。