多铅芯橡胶隔震支座非线性力学性能试验研究及其显式有限元分析

对应用于桥梁隔震的多铅芯橡胶支座进行非线性力学性能试验,并与理论计算结果进行对比分析。研究表明:多铅芯橡胶隔震支座性能稳定、受力性能良好、安装方便,是一种理想的桥梁隔震装置。在此基础上,采用显式有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA分析多铅芯橡胶支座的非线性动态特性,建立铅芯橡胶支座的FEA(有限元)模型,针对支座中心加竖向荷载和水平向循环往复位移荷载,进行了数值模拟分析,其结果与试验曲线基本吻合,从而为确定多铅芯橡胶支座的动力分析参数提供计算方法,进而可为设计新型铅芯橡胶支座提供指导。

铅芯橡胶支座非线性动态特性的显式有限元分析

本文在分析铅芯橡胶隔震支座力学特性的基础上,提出了采用显式有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA来分析铅芯橡胶支座的非线性动态特性。建立铅芯橡胶支座的FEA(有限元)模型,针对支座中心加竖向荷载和水平向循环往复位移荷载,进行了数值模拟分析,结果表明,利用有限元数值分析的结果与试验曲线基本吻合,从而为确定铅芯橡胶支座的动力分析参数提供计算方法,进而可为设计新型铅芯橡胶支座提供指导。

液固两相饱和介质动力分析的一种显式有限元法

以经典的Biot液固两相饱和介质动力理论为基础,建立了以固相位移和液相位移为未知量的液固两相饱和介质动力分析的一种显式有限元法。该显式方法克服了隐式方法需要求解联立方程组的缺点,具有节省计算机内存空间和计算时间的优点,可以方便地应用于求解大自由度和介质非线性问题。算例分析表明,该方法具有较高的计算精度。

滑动摩擦振动噪声的非线性显式动力学分析

利用有限元软件ABAQUS/Explicit(显式动态求解器)对球-平面接触条件下的滑动摩擦振动噪声进行了数值模拟分析。对比试验结果,探讨了摩擦噪声的发生机制,并分析了摩擦噪声发生时接触界面的运动特性。结果表明,摩擦噪声主要是由摩擦系统的自激振动引起的,法向振动与切向振动的耦合是系统产生自激振动和摩擦噪声的一个重要因素。当摩擦系统发生自激振动时,从面节点与主面的接触并不是连续不变的,两者在相对运动的过程中具有黏着-滑动-分离-黏着的特性。

三种介质耦联系统动力反应分析的显式有限元法及其应用

在笔者已建立的流体饱和多孔介质动力分析的显式有限元法的基础上 ,提出了可分析任意形状的流体饱和多孔介质 单相弹性固体介质 理想流体介质耦联的复杂系统的动力响应的显式有限元方法 .该方法建立的有限元方程列式具有解耦特征 ,不需求解联立方程组 ,因而极大地提高了计算效率 .将这一方法用于分析了考虑库水、坝、淤泥层和基岩这一复杂系统动力相互作用问题的斜坝面的地震响应 ,并给出了一些计算结果 .

非线性显式有限元软件——MSC.Dytran

非线性显示有限元软件,MSC.Dytran专门适用于高速瞬态非线性动力问题、瞬态流固耦合问题的数值仿真,是MSC所倡导的VPD整体环境中不可缺少的一部分。

基于向量式有限元的网壳结构地震易损性分析

为解决网壳结构地震易损性研究中,增量动力分析(incremental dynamic analysis,IDA)所面临的结构非线性分析耗时长且求解困难的问题,提出了一种基于向量式有限元的IDA方法。首先,以一个Kiewitt-8型单层球面网壳为例,验证了向量式有限元方法求解结构地震响应的准确性,其次选取12个不同参数的Kiewitt-8型单层球面网壳为研究对象,并考虑材料不确定性进行IDA分析,以地震峰值加速度与结构最大节点位移比为参数,绘制了结构在地震作用下的IDA曲线和轻微破坏、严重破坏及倒塌这三种性态下的易损性曲线。结果表明:向量式有限元能高效且准确的求解网壳结构的地震响应,屋面质量和矢跨比的增加均会增加三种性态点的超越概率;对于本文的网壳结构算例,求解时间仅为传统有限元方法的1/15,误差在3%以内,屋面质量和矢跨比的改变导致地震危险性最大增加了75%。

工程结构非线性动力响应数值分析显式积分格式的研究

工程结构非线性动力响应数值分析中时间积分的处理是其难点之一，它关系到此类动力响应分析程序的运算效率及分析精度。本文详细介绍了有限元直接积分法中显式积分格式及其稳定性条件。通过分析可看出，对于求解强冲击载荷作用下的非线性结构动力响应及波传播等问题，显式算法是一种好的选择。文中给出了各种类型单元稳定性条件下临界时间步长△tcrit的计算公式，并以数值算例给出了实现的步骤。

基于Bouc-Wen模型的消能减震结构显式非线性时程分析

该文基于Bouc-Wen模型构造了一种2节点12自由度的显式消能器单元;利用修正的向前Euler算法实现了单元内力计算。将该文显式单元及其内力计算方法在完全自主研发的非线性有限元分析程序中完成开发。为提高显式分析效率,自主研发程序采用了CPU+GPU异构并行计算技术。通过与低屈服点钢剪切滞回试验对比,验证了该文显式消能器单元的正确性和适用性。采用该文显式消能器单元模拟某实际消能减震结构的金属消能器;基于结构整体动力分析结果,讨论了金属消能器的减震效果。

基于显式摩擦摆单元的大规模复杂连体结构非线性时程分析

为克服复杂摩擦摆减隔震结构隐式非线性动力分析收敛困难且计算效率低的技术瓶颈;基于经典的摩擦摆力学模型,该文构造了一种2节点12自由度的显式摩擦摆单元,利用修正的向前Euler方法实现了此单元的内力计算;在自主研发的非线性有限元软件中完成开发,通过与SAP2000隐式摩擦摆单元对比,验证了开发内容的正确性。利用自主研发软件对某三塔连体结构进行了整体动力时程分析,研究了结构非线性、连廊支座类型及参数对结构动力响应的影响。

基于向量式有限元的黏滞阻尼减震结构抗竖向连续倒塌动力反应分析

向量式有限元是以向量力学为基础的一种新的结构分析方法,在处理结构大变形等复杂行为时具有较大的优势。基于向量式有限元理论建立了黏滞阻尼单元,对附加黏滞阻尼器的平面钢框架结构进行了抗竖向连续倒塌动力分析,结合拆除构件法,采用MATLAB编制可以考虑初始变形的瞬时卸载法程序,实现结构在构件拆除前的静力分析和构件拆除后动力分析的全过程统一。研究了阻尼器布置位置和参数在结构抗竖向连续倒塌中的性能需求,以失效点竖向位移时程曲线、梁端转角、动力放大系数和结构塑性铰分布为参考指标,对比分析布置阻尼器前后钢框架结构的抗连续倒塌能力。结果表明向量式有限元是一种研究结构竖向连续倒塌动力响应的有效方法,合理布置阻尼器能够有效控制剩余结构的变形和振动,降低构件内力,减少塑性铰个数,较大地提高结构的抗竖向连续倒塌能力。

显式有限元方法在时程分析和IDA分析中的应用

通过两个实际工程案例,进行了中心支撑钢框架的时程分析和IDA倒塌分析,得出了一些结论,验证了显式有限元方法在地震倒塌分析中的适用性。

非线性有限元软件——ABAQUS

ABAQUS是已被全球工业界广泛接受的有限元软件,并拥有世界最大的非线性力学用户群。自ABAQUS1997年进入中国以来,已有越来越多的国内企业和高校采用ABAQUS作为产品研发和科学研究的工具。

汽车覆盖件冲压有限元分析方法及其软件的应用

首先对汽车行业运用有限元仿真分析的重要性作了论述,接着介绍了用于板料成形过程仿真模拟的有限元的基本方法,并对常用的几种软件作了比较分析,以及对这一领域的发展趋势作了叙述。

云南省昆明博物馆新馆基础隔震结构非线性动力分析

云南省昆明博物馆新馆位于高烈度区,采用铅芯橡胶隔震支座及普通橡胶隔震支座混合基础隔震体系。采用大型有限元分析软件etabs v9.5.0对其建立了基础隔震结构及其相应的非隔震结构的三维实体模型,采用非线性时程分析法对此模型进行了两个水平向地震作用的分析,讨论了隔震结构在多遇地震和罕遇地震下的隔震性能。分析结果表明,基础隔震结构能够满足高烈度区罕遇地震作用下的抗震需求,且基础隔震结构的水平地震响应明显低于非隔震结构,表现出良好的减震效果。在地震易发区,采用基础隔震结构是一个性价比较高的方法。

深沟球轴承运转过程动态特性有限元分析

综合考虑轴承径向载荷及转速的影响,应用ANSYS/LS-DYNA软件建立了深沟球轴承多体动力接触有限元模型;以显式动力学有限元法为基础,采用全积分单元算法控制沙漏,设置质量缩放系数缩减计算时间,对内圈施加不同转速时的深沟球轴承进行动力接触分析,得出了深沟球轴承运转过程的动态响应及滚动体的应力分布。滚动体的最大和最小线速度分别出现在与内、外圈接触点上,各转速下滚动体与内圈接触的应力基本相同,滚动体与外圈接触的应力随转速增高而相应增大,滚动体与外圈间接触力的波动大于内圈,而滚动体与保持架间的作用力较小。研究表明,AN-SYS/LS-DYNA是分析轴承运转过程动力接触问题十分有效的工具。

结构动力学方程的显式积分格式

本文从空间解耦有限元常微分方程组出发,探讨了结构动力学方程的高精度显式积分格式。通过被积函数的拉格朗日多项式内插和分部积分导出了波动数值模拟的一组显式时步积分公式。这组公式是时间和空间解耦的,即波场内任一离散节点在任一时刻的波动数据可以用这组公式依据该节点及其邻近节点在该时刻之前的n+1个时刻的波动数据显式地算出(n为非负整数),阐明了这组公式的如下特点:第一,其截断误差的量级不超过O(Δtn+3),Δt为时间步距。第二,它不仅可用于线性波动的数值模拟,而且可用于本构方程具有强非线性情形。第三,这组公式也可推广应用于一系列数学物理暂态问题的数值求解。针对一个简单的时不变系统初步分析了此组积分格式的稳定性。但是,对其稳定性尚需作进一步研究。

土体-结构非线性耦合系统动力响应并行计算方法研究

针对土体-结构非线性耦合(Soil-Structure Interaction,SSI)系统动力响应数值模拟带来的大规模计算量问题,提出基于SSI负载均衡及对偶图理论两种区域分解算法的并行计算方法。结合传统的贪婪法及递归坐标对分方法,对这四种方法的并行性能进行研究。SSI采用基于对称罚函数的方法处理,系统方程采用显式中心差分有限元方法求解。对典型的SSI工程问题动力响应进行并行数值模拟,并对这四种方法的可扩展性进行分析。结果表明:基于SSI负载均衡的并行计算方法,充分考虑土体和结构耦合负载的均衡,并行效率最优,基于对偶图理论区域分解的方法和递归坐标对分方法效率次之,贪婪法并行效率最低;随核数增加,并行效率下降,需根据实际模型规模合理选择并行计算核数,获得最优的并行计算效益;基于罚函数的显式有限元方法能够较好的解决SSI动力响应问题。

基于显式动力学非对称断面辊弯成形数值模拟及实验

针对螺旋式钢板仓非对称断面钢板成形的工艺特点,基于显式动力学结合工程实际建立两个成形阶段的有限元模型,研究了模拟该产品的能量误差问题。提出了适合于该板料的最佳模拟速率为6 m·s^-1,运用此速率对两模型分别进行模拟,分析了等效应力和等效塑性应变的关键问题,并通过实验样机获取各道次成形的力载荷变化规律,与仿真结果对比分析。结果表明,模拟模型的成形状态比较稳定,相同边弯曲部位的等效应力和等效塑性应变误差较小,体现了有限元模型建立方式的合理性。每道次实验力载荷与模拟中等效应力的变化一致,验证了提出的非对称断面的辊弯成形数值模拟。