基于薄片有限元-无限元耦合模型的地铁列车振动环境影响分析

鉴于地铁运营引发隧道及地层沿线路纵向的振动水平及特性不甚明确,应用薄片有限元-无限元耦合模型对地铁列车运营引发隧道基底、隧道壁及地表在垂直于线路的水平方向、铅垂方向及线路纵向三个方向上的振动响应进行高精度分析及比较。分析结果表明:(1)地铁列车运营引发横向、垂向及纵向三个方向6 Hz以下的低频振动在地表均衰减得极其缓慢,且地表三个方向的振动速度、加速度响应具有相似的频率成分;(2)列车运营引起隧道壁的纵向振动响应在1~100 Hz频段内较小,在该频段内的大部分频率点处,其响应甚至小于地表的纵向振动响应;(3)在隧道基底及隧道壁,由列车运营引发的纵向振动响应在1~100 Hz频段以内显著小于由其引发的垂向振动响应,但在地表,由列车运营引发的纵向振动响应具有同横向、垂向响应相当的量值。

基于有限元-无限元耦合的2.5D直流电阻率数值模拟

为了解决传统有限元截断边界所引起的问题,提出一种新的2.5D直流电阻率有限元-无限元耦合数值模拟方法。首先推导无限元2.5D单元映射函数,然后提出一种无限元形函数,将其与传统有限元相结合,取代传统的混合边界,使得电位在无限域内连续并在无限远处衰减为0 V,最终形成的刚度矩阵稀疏对称并与场源位置无关。研究结果表明:在相同的网格剖分下,有限元无限元耦合方法比传统有限元法能够在边界测点处得到更高的计算精度,能够在较小的计算范围内得到更优的计算结果,从而有利于减少节点数,提高计算速度;由于系数矩阵不随场源位置改变,有利于加速反演计算。

高坝泄洪诱发场地振动传播问题的有限元-无限元耦合分析

高坝泄洪引起巨大水流脉动荷载产生的振动,沿河谷向上下游传播,结果会导致场地振动,对周围建筑物及居民正常生活造成不利影响。通过引入"有限元-无限元"理论,研究建立包含泄水建筑物、地基、周边场地土体以及无限半空间的有限元-无限元耦合模型,研究多振源联合激励模拟方法,分析高坝泄洪诱发场地振动的传播问题。结果发现,将同时采集到的引起场地振动的5处激励源视为5个独立的、不相关的等效荷载,通过无限元来处理边界条件,计算结果与原型观测结果更为接近。古河道区域场地振动强度相对较大,沿水平面传播初期强度变化不大,后期衰减迅速;其余区域振动强度较小,传播初期振动衰减迅速,随着距离的增加,衰减变得缓慢。振动能量初期大多为0.5~4.0 Hz的宽频振动,随着振动向下游传播,振动能量频带越来越集中,且低频能量衰减迅速。垂向传播过程中,覆盖层处的振动强度在同一个量级波动,振动频带较宽,振动传递至场地浅层泥岩层后振动强度迅速减小,频带逐渐变窄,且低频逐渐被土体过滤,传递至深部砂岩层后,振动强度可忽略不计。

有限元-无限元耦合法在桩-土动态反应中的应用

推导了4+2节点动力无限元的位移形函数及坐标形函数,进而得到具有不同波动组合位移衰减形式的二维谐振无限元,并运用通用有限元软件建立了单桩动力荷载下的有限元-无限元(FEM-IEM)耦合模型,分析了竖向、水平及弯矩谐振作用下不同类型单桩在不同土性中的动力反应.计算结果证明,本文提出的耦合方法在计算效率和精度上具有优势.

复合地基上圆形基础板样条有限元-无限元耦合分析

根据圆柱体柱坐标的极点条件构造了两组合适的位移函数，分别表征圆板－板下地基与外围土的位移，使在任意荷载下圆心处的应力应变不再奇异，并根据复合地基的特点，提出了将桩－土模拟成各向异性体，计算圆板应力和变形的方法，并给出了算例．

有限元-无网格伽辽金耦合方法模拟沥青路面裂纹扩展

基于断裂力学理论,利用无单元伽辽金-有限元耦合方法分析了沥青路面的开裂问题,研究了水平荷载、结构参数等因素的影响。结果显示,水平荷载对沥青路面Top-Down裂纹(TDC)的扩展不利,它使得裂纹尖端的应力强度因子增大,裂纹扩展路径缩短,疲劳寿命减小;交通荷载作用下,沥青面层越薄,越容易产生开裂;Ⅰ、Ⅱ型应力强度因子随着沥青面层模量、基层模量的增加而近似线性增加,裂纹的起裂角随着面层模量的增加而减小,随着基层模量的增加而增大;随着土基弹性模量的增加,Ⅰ型应力强度因子线性减小,裂纹扩展角增大。

二维接触问题的无网格伽辽金-有限元耦合方法

研究了二维接触问题的无网格伽辽金 -有限元耦合方法。给出了接触问题的数学模型 ,对其中的线性规划法进行深入分析 ,并将它与无网格伽辽金 -有限元耦合方法结合求解接触问题。通过编程对光滑表面圆柱体与刚性平面的弹性接触问题以及粗糙表面与刚性平面的弹性 -理想塑性接触进行求解 ,在对无网格区域相关参数研究的基础上 ,指出了用无网格伽辽金

基于显微组织演化的本构关系的有限元变形-传热-组织演化耦合分析方法

为了使本构关系能体现热态塑性成形过程中变形-传热-组织演化之间的复杂交互作用,作者提出了一种根据显微组织演化建立材料本构关系的方法。以这种本构关系为媒介,作者进一步提出了一种热态塑性成形过程的有限元变形-传热-组织演化耦合分析方法,并建立了软件系统DHTMECA。应用DHTMECA对GH4169合金涡轮盘在液压机上锻造过程进行了变形-传热-组织演化耦合分析。计算结果表明,DHTMECA不仅可以揭示热态塑性成形过程中坯料的形状和尺寸以及坯料内热力参数的演化规律,而且能够提供热态塑性成形过程中坯料内动态再结晶过程的细节,从而在过程仿真方面为实现锻造过程最优控制和锻件组织最优化奠定基础。而这些功能是DE-FORM,AUTOFORGE,SUPERFORGE等商业有限元软件所不具备的。

饱和地基轴对称竖向振动有限元-无限元耦合解

根据饱和土弹性波动方程和波的传播特性,建立了饱和地基轴对称竖向振动问题的一种有限元-无限元耦合解法并编制了计算程序;对可蜕化为单相弹性地基的气饱和土(干土)与渗透性很差的水饱和土地基,应用该方法计算了Lamb问题的地表竖向位移,其结果与既有单相弹性地基的理论解吻合良好.所提出方法可为求解层状饱和地基轴对称动力问题、研究饱和土中单桩复合地基动测技术等提供一种较为简便而可靠的分析手段.

有限元-无限元耦合单桩弹性分析法

本文提出有限元-无限元耦合单桩弹性分析法,阐述了耦合分析的基本原理,并将耦合分析结果与有限元和积分法结果进行了对比分析,表明耦合方法具有计算精度高,计算时间省的特点。本文最后通过一个实例分析,将理论分析结果与试桩的实测结果进行了分析对比,表明耦合方法能对桩的弹性性状作出较好地预见,同时表明,在对桩身沉降和内力进行分析时,考虑桩周土层的非均质性是重要的。

Navier-Stokes方程的有限元边界元耦合方法

主要研究了三维外部区域上具有Dirichlet边界条件的非定常Navier Stokes方程的有限元边界元耦合方法 。

弹性地基板的有限元-无限元耦合解法

以板和地基组成的系统为研究对象,用四节点弯曲板单元来模拟和板,用空间八节点实体有限元和八节点单向,八节点双向及八节点三向映射无限元来模拟地基,根据最小势能原理推出系统平衡方程,通过静力凝聚及接触面的节点位移和板中面节点位移的几何关系,将地基反力用板中面节点位移和地基刚度来表示,从而把地基反力从系统中解耦出来,并编制了matlab实用程序来求解系统各节点位移。

月面手动插旗过程的离散元-有限元耦合分析

在月球表面插入旗帜对人类探索宇宙具有重要意义.本文采用离散元G有限元耦合算法对手动插旗过程进行数值分析,首先,建立月壤的离散元模型、旗杆的有限元模型以及月壤与旗杆相互作用的离散元G有限元耦合模型;然后,对旗杆的结构进行优化设计以提高其稳固性;最后,提出三种不同的插旗方式并讨论不同插旗方式下旗杆的动力特性.研究结果表明,离散元G有限元耦合算法对月面插旗过程的模拟是有效的;底部尖锐度及稳定支架开叉角度的合理设计有利于增大旗杆的入壤深度和旗杆的稳固性;增大直接插入法中轴向力、提高敲击插入法中敲击力和敲击频率均可以增加旗杆的入壤深度;旋转插入法中旋转速度和旋转频率对插入过程影响较小.以上研究可为月面手动插旗提供有效的方案和理论参考.

流-固耦合问题边界元-有限元耦合方法分析

利用边界元 -有限元耦合方法对流 -固耦合振动问题进行了分析 ,假设流体控制方程为 L aplace方程 ,利用非连续边界元对流体域进行离散 ,从而有效地解决了边界元分析中的“角点效应”问题。固体以平面梁为模型 ,采用有限元进行离散 ,对非连续边界元和有限元的耦合问题进行了分析 ,通过对悬臂梁在一侧受液体作用时的瞬态响应分析的数值解同解析解的比较 ,表明了本文所给方法的有效性 ,同时为利用边界元 -有限元耦合方法对流

有限元和无限元耦合分析方法及其在基坑数值分析中的应用

本文将有限元和无限元耦合分析方法应用于基坑性状的数值分析研究，给出了二维八结点无限元的位位函数和形函数；接着将这种方法与纯有限元方法的计算结果进行了比较分析，说明有限元与无限元耦合分析方法具有精度高、计算量小等优点，并为解决岩土工程中通常常的有限元分析中‘计算范围和边界条件不易确定'的困难提供了一种有效手段。

土—基础共同作用分析的有限元/无限元耦合方法模型研究

为考虑土—基础共同作用,建立了有限元/无限元耦合方法分析模型。通过对同一结构体系分别应用有限元理论和有限元/无限元耦合方法比较,研究了有限元/无限元耦合体系中有限元范围在水平与竖向区域的不同取值对计算结果的影响,从而确定了有限元区域的计算范围。结果表明,有限元/无限元耦合方法对于研究共同作用问题具有较高的精度和显著的经济性。

针对有砟道床动力特性分析的嵌入式离散元-有限元耦合方法

在离散元-有限元耦合方法中,离散元和有限元交界面处的耦合方式对整体有砟道床的力学行为影响显著。采用基于球形单元的镶嵌单元或粘结单元模拟有砟道床时,由于球形单元和有限单元表面的自锁能力较差,使道砟层在列车载荷作用下容易产生侧向滑移,导致数值模型不稳定。此外,在实际铁路道床中,底部道砟均不同程度地嵌入路堤。为此,发展了一种嵌入式离散元-有限元耦合方法,通过设置一层嵌入地基有限元模型中的球形颗粒传递离散元域和有限元域间的力学参数,实现离散元和有限元方法的耦合。数值结果表明,嵌入式离散元-有限元耦合模型能够有效降低有砟道床的侧向位移,数值结果更加稳定,在处理与有砟道床类似的连续介质与散体介质的耦合问题时推荐采用嵌入式耦合算法。

航天器结构声振耦合问题的有限元-边界元方法数值仿真研究

针对高超声速、结构轻量化带来的航天器复杂结构声振耦合动力学环境难以精准预示问题,提出一种基于有限元-边界元(FEM-BEM)方法的声振耦合问题数值仿真方法。分析国内外求解声振耦合问题的主要数值仿真方法,从影响航天器性能设计的低中频声振耦合动力学特性入手,采用有限元-边界元方法,以航天器典型结构截锥壳为研究对象,开展混响噪声作用下的声振耦合研究。建立了声振耦合模型,获得了主体结构、主要支撑结构及设备的声振耦合响应。提出的数值仿真方法和仿真分析过程,为航天器声振耦合分析提供了理论基础和仿真手段。

基于二次场的可控源电磁法三维有限元-无限元数值模拟

本文提出了一种新的混合有限元-无限元三维可控源电磁法(CSEM)问题快速高精度正演模拟算法.首先从电场双旋度方程出发,推导了水平电偶极子源的二次场边值问题,采用无限元代替截断边界条件和有限元离散内部计算区域的新策略,达到减小计算区域的目的,基于并行直接求解技术,实现多源CSEM问题的快速精确求解.其次,通过层状解析模型测试,一方面验证了新算法的正确性,另一方面通过与其他三种已知CSEM问题求解策略进行对比,表明了本文提出的基于二次场有限元-无限元算法具有离散区域小、求解速度快和计算精度高等优点.最后,通过3D模型计算,清晰直观地模拟了场源阴影效应,为野外数据的处理与解释提供指导.

单桩承载性能的三维有限元无限元耦合分析

提出了用于单桩 承台 土相互作用分析的三维有限元无限元耦合分析程序 ,通过将程序的计算与山东济南某现场实测结果作比较 ,验证了计算程序的精确性 。