平面应变有限元分析中砂井的处理方法

为了能用平面应变有限元来分析砂井地基，本文首先推导出了砂墙地基（砂井地基在平面应变条件下的表现形式）双向渗流等应变固结理论解，然后将此解与巴隆轴对称固结理论解相比较，得到砂井地基平面应变情况和轴对称情况之间的等效公式．此公式即考虑了地基水平变形，也考虑了砂井的涂抹作用．这种等效方法能方便、准确地用于砂井地基的平面应变有限元分析之中．

深基坑支护结构设计的平面应变有限元法

采用平面应变有限元法讨论深基坑工程多支撑支护问题 ,与传统的静力平衡法、弹性抗力有限元法相比具有优越性 ,该方法将支护结构与土体作为 1个系统研究 ,充分考虑桩土间的协调作用 ,模拟桩土接触界面 ,能计算出不同开挖阶段坑底及地表的变形、支护结构的应力及弯矩 ,在基坑支护结构设计中具有重要应用价值。

基于应变梯度理论的假设应变有限元方法

采用基于应变梯度理论的假设应变有限元方法研究了微尺度梁弯曲的尺寸效应.在假设应变单元设计中,非局部的应变梯度项通过围绕高斯点的胞元进行数值积分得到.在本构方程中引入等效应变梯度项,在积分本构方程时就可以反映材料在微细变形时的尺寸效应.为了验证本方法的正确性,对微尺度下的悬臂梁进行了模拟计算.计算结果与已发表的实验结果比较吻合,表明可以模拟出材料微细变形的尺寸效应,具有较好的计算精度.

桩基础荷载对邻近已有隧道影响的有限元分析

目前,城市密集的高层建筑桩基础对临近隧道的影响问题越来越突出,为了更好地理解桩群荷载对已建成隧道的影响,主要进行了两方面的研究:(1)利用平面应变有限元方法分析了桩列荷载作用对邻近已有隧道的变形及受力影响,并研究了桩群参数变化(包括桩间距以及桩基础与隧道结构净距)对现存隧道的影响;(2)分析计算了上海太平洋2期广场工程对邻近地铁1号线隧道的影响。分析结果表明:隧道单侧存在桩列荷载作用时,隧道变形以沉降为主,水平位移较小,同时隧道结构向桩基础方向产生一定扭曲,这对于运营地铁是十分不利的;桩基础荷载造成隧道所受弯矩分布向桩基础方向偏转;随着桩间距、桩与隧道净距的增加,隧道拱顶下沉量以及弯矩变化最大值相应减小,沿隧道方向桩间距变化影响大于垂直隧道方向桩间距变化影响。

负压条件下考虑土体损伤和流变的有限元分析

介绍了在负压条件下软基加固的各种理论计算,并采用平面应变有限元法进行分析,计算中考虑了土体的流变和施工扰动引起的损伤。计算结果与某高速公路试验段现场观测的结果比较接近,说明计算方法是合理可行的。

交通动载下路基长期运营沉降等效有限元分析

饱和软土地基上交通动载会引起显著的沉降,在考虑循环荷载作用的经验显式本构模型的基础上发展了等效有限元方法,实现了对交通移动荷载下路基长期沉降的计算。采用拟静力方法计算动应力比,基于试验量测的累积轴向应变及累计孔压建立显式的应力–应变模型,得到交通循环动载下地基单元的塑性应变,结合初应变有限元的原理,对通用有限元软件进行二次开发实现路基运营沉降计算。作为算例分析了一个典型的路基断面在交通荷载作用下塑性应变和长期沉降的发展分布规律。分析表明,最大塑性应变发生在路面侧边界位置,而最大沉降分布于路面中心一定宽度范围内。

跨线桥桩基施工对既有高速公路影响的有限元分析

经济发达地区的高速公路已经进入跨线立交桥的密集建设时期,为了更好地理解跨线桥桩基施工对被跨既有高速公路的影响,该文利用有限元方法分析了在建跨线桥桩基施工对被跨既有高速公路土质边坡、路面稳定及变形的影响,并且分析了全部桩体施工完成后对原有施工场地地表的变形影响。分析结果表明:跨线桥桩基的施工使被跨既有高速公路土质边坡产生潜在滑动面,并使路面产生向路面中心方向的水平位移及不均匀沉降;桩基全部施工完成后,对临近原施工场地土体产生显著的扰动;距离坡脚越远的桩体施工对既有高速公路的影响越小,当距离大于一定值时,该影响可以忽略。

增强假设变形梯度有限元方法稳定性计算

讨论了非协调增强假设变形梯度有限元的基本理论、所采用的本构关系和有限元列式.为了克服原先由Simo建议的方法中所固有的缺陷,即在模拟压缩变形时容易出现奇异能量模式而导致计算失稳甚至崩溃,对原方法中有关内变量和应力更新算法进行了改进.计算结果表明,改进的方法在模拟压缩和拉伸模型时,具有较好的计算稳定性.

金属成型特殊非协调大变形有限元数值模拟

在金属成型领域,一种较新的特殊非协调大变形有限元法,即增强假设应变有限元法（简称EASM）已被研究用于进行数值模拟.为使该方法可适用于分析压缩大变形问题,对原由Simo提出的EASM列式进行了修正并编制了用于数值模拟变形过程的增强假设应变有限元程序EAS.FOR,通过2个标准算例来验证该方法的可行性和有效性.

铸造镁合金的材料性能测试和喷丸处理的有限元数值分析

作为目前最轻的金属结构材料之一,镁合金在汽车、航空航天等行业具有广阔的应用前景.但其模铸构件表面粗糙,循环加载时极易产生疲劳裂纹并加剧扩展.因此在工业生产中常对其进行喷丸处理以提高表面质量进而实现改善构件性能的目的.在MTS试验机上对铸造镁合金AM60在不同温度条件下的应力应变关系进行了研究,并利用ANSYS对喷丸处理时不同速率(80m/s,120m/s,160m/s)的钢丸冲击铸造镁合金板的过程进行了模拟分析.结果表明,铸造镁合金板残余应力和塑性应变在温度相同时,随着冲击速率的增大而增加;而在冲击速率相同时,随着温度升高塑性应变增加而残余应力减小.

大应变静力触探数值模拟及锥形因子影响因素分析

以模拟圆锥在不排水黏土中的静力贯入和分析其影响因素为目标,假设土体为均质弹性—完全塑性材料且服从Mises屈服准则,采用任意拉格朗日—欧拉(ALE)网格划分技术确保锥尖土体在大应变条件下的网格质量,进行大应变有限元数值模拟,并分析了稳定状态下土体刚度指数、原位应力状态和锥尖粗糙程度对塑性区半径与锥形因子的影响,获得了锥形因子表达式。模拟结果表明:塑性区随着刚度指数的增大而增大,锥尖周围塑性区的径向扩张处于柱形孔扩张和球形孔扩张之间,更接近于球形孔扩张;锥形因子随土体刚度指数、锥尖粗糙程度的增大而增大,随土体原位应力状态参数的增大而减小;得到的锥形因子表达式可以量化土体刚度指数、原位应力状态和锥尖粗糙程度的影响,具有较高的精确度。

扎哈淖尔露天煤矿采场内储煤场稳定性研究

为了保证扎哈淖尔露天煤矿一号煤矿东储煤场基底变形和堆料边坡稳定性安全,基于有限元法应力-应变和极限平衡分析,应用SIGMA/W有限元软件进行模拟分析煤场边坡基底变形和稳定性。结果表明:储煤场边坡滑坡模式为近圆弧形滑动,煤场排弃高度越大,边坡稳定系数越小;边坡煤场坡顶宽度越大,泥岩基底变形范围越大,坡底变形越大到一定数值后达到几乎不变程度;坡顶宽度达到40 m后,边坡稳定性系数变化幅度明显减少,坡宽度对边坡稳定性影响有限。

基于能量法的紧固件轴向等效刚度研究及应用

针对紧固件在复杂组件中存在的建模问题,基于有限元的变形能提出了建立轴向等效刚度特性的研究方法,应用Python开发了适用于ABAQUS的紧固件结构参数化分析插件,并进行了相关参数对等效模型两种影响因素的研究。应用双重材料的试验方法,对上述研究进行了相应的验证,证明了等效模型的准确性。开发了基于不同参数研究结果的等效模型应用插件,并应用于某高速车车下吊装结构的分析中进行数值验证,为包含多个紧固结构的复杂组件建模分析提供了一种有效的研究的手段。

真空预压法对加固区边界影响的研究

介绍了真空预压法加固软基的机理 ,并重点研究了该方法对加固区边界的影响 ,结合深圳河真空预压加固软基工程实例 ,采用平面应变有限元进行理论计算 ,计算中考虑了软土的流变特性和施工扰动对结构损伤的影响 ,并用实测结果来检验计算 。

复合土工膜厚度计算方法研究

在复合土工膜厚度设计曲线交会法的基础上提出了确定复合土工膜厚度的割线模量迭代法和有限元曲线应力应变法,并介绍了这两种方法的基本原理和计算思路,给出了用有限元曲线应力应变法选择复合土工膜的实例.结果表明,有限元曲线应力应变法计算的复合土工膜厚度更符合大坝设计施工实际情况.

填筑和开挖边坡的稳定性分析

在有限元应力应变分析的基础上,采用以剪应力定义的安全系数和模式搜索的方法确定边坡的安全系数及最危险滑动面。在平面应变条件下,对土层均质的填筑和开挖边坡的稳定性进行了较为全面的研究,并同天然边坡的安全系数和破坏面进行比较,计算结果表明,这3类边坡滑动面的形状基本一致,天然边坡安全系数要高于填筑和开挖边坡;同时比较了采用有限元稳定评价方法和采用极限平衡方法计算结果的差别;最后分析研究了计算参数变化对填筑和开挖边坡稳定性的影响。

金川二矿区地表开裂过程的数值模拟

基于平面应变弹塑性理论建立的有限元模型,利用死单元表示矿体采空区域的方法,数值模拟了金川二矿区1号矿体开采过程中地表裂缝形成和发展的全过程,并对地表裂缝的进一步发展作了预测,模拟得到的地表开裂时间和地表裂缝分布范围均与实际相符。通过分析采矿过程中矿区岩体的应力变化,半定量地给出了地表开裂的力学原因。

T形焊接接头固有变形逆解析方法的开发

基于固有应变方法的弹性有限元方法是适用于大型复杂焊接结构件变形预测的有效方法,但这一方法得以运用的必要条件是必须已知存在于焊缝附近的固有变形.文中利用物理试验和数值模拟技术相结合的研究手段开发了典型焊接接头固有变形的逆解析数值计算方法.利用逆解析得到的固有变形值,采用固有应变弹性有限元方法对T形焊接接头的焊接变形进行了预测.通过比较数值模拟结果和试验测量值,验证了基于数值模拟技术的逆解析方法的求解精度.结果表明,T形焊接接头固有变形的逆解析算法是正确有效的.

海相黏土静力触探锥形因子影响因素研究

为了研究土体刚度指数、应变软化和应变速率对海相黏土锥形因子的影响,利用有限元方法模拟了圆锥在黏土中的静力贯入,并采用任意拉格朗日-欧拉网格划分技术控制锥尖土体在大应变条件下的网格质量,讨论了稳定状态下传统小应变分析与大应变分析之间的差异性以及土体刚度指数对锥形因子与塑性区扩展的影响;引入土体应变软化参数和应变速率依赖性控制参数,分析了应变软化(灵敏度)和应变速率对锥形因子的影响,并建立了考虑土体刚度指数、应变软化和应变速率影响的锥形因子表达式.结果表明:传统小应变分析会大大低估土体承载力,大应变极限承载力随着贯入深度的增大而增大,并在12D(D为探头外径)深度处达到稳定状态;锥形因子与塑性区均随着刚度指数的增大而增大,锥尖附近塑性区的径向扩张更接近于球形孔扩张;土体灵敏度随着应变软化参数的减小而增大,锥形因子出现小幅度减小;随着应变速率控制参数的增大,锥形因子出现大幅增加,但增量与灵敏度无关;锥形因子表达式量化了刚度指数、应变软化和应变速率对海相黏土的影响,有助于利用静力触探技术更准确的评价海相黏土抗剪强度.

晶须转动对铝基复合材料热压缩变形行为的影响

采用平面应变有限元方法研究了晶须转动对晶须增强铝基复合材料热压缩变形行为的影响.数值结果表明:晶须转动不仅引起晶须承载能力的下降,而且也影响基体的塑性变形行为,同时复合材料在热压缩变形过程中表现出明显的应变软化行为.数值分析研究进一步证明:晶须转动是复合材料出现应变软化的重要原因.