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.

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.

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。

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。

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.

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。

三维频率域可控源电磁法有限元-无限元结合数值模拟

针对传统的三维频率域可控源电磁法有限元数值模拟数据量大、耗费时间长的问题,引入无限单元来取代施加在外边界上的人工边界条件。电磁场在无限单元内扩散至无限远处,并最终衰减为0。由此,有限元剖分区域的范围被大幅减小,总自由度数相应降低,计算速度随之加快。数值模拟结果表明:采用本文提出的有限元-无限远结合算法后,有限元网格化区域不到原先的1%,自由度总数减少约33%,求解时间节省约25%,计算精度与大范围下施加Dirichlet外边界条件的有限元结果相当。

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。

地基基础—坝体体系动力特性及地震反应分析的有限元与无限元耦合法

编制了有限元及有限元-无限元耦合计算程序,利用其分析了广西源口拱坝在有限域及无限域地基下的动力特性与动力响应,并与常规刚性地基下坝体的动力特性、动力响应进行比较,得出结论:1.弹性地基下拱坝自振频率减小、动位移最大值增大;2.耦合分析法具有较高的精度和显著的经济性,是工程应用中值得推广的一种分析方法.

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求解直立圆柱上的波浪力

采用有限元与无限元耦合法对三维无界域中直立圆柱所受波浪力进行求解．把整个求解区域分为近场与远场，在近场采用有限元法，远场利用形如ｅ－（ｒ－ｒ０）／Ｌ·ｅｉＫ（ｒ－ｒ０）的衰减函数，采用无限元法，此函数符合流体的物理性质．数值算例的结果与理论解吻合。

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．

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

正常人牙尖交错位紧咬牙时颞下颌关节无单元-有限元耦合法二维生物力学分析

目的用无单元-有限元耦合法模拟分析正常人牙尖交错位紧咬牙时颞下颌关节生物力学分布特征。方法采用位移加载方式,应用ANSYS8.0对建立的正常颞下颌关节有限元模型进行分析,用自行编制的耦合程序对建立的正常颞下颌关节无单元-有限元耦合模型进行分析,比较两者的应力分析结果。结果有限元模型和耦合模型应力分析结果具有较高的相似性,反映的颞下颌关节应力分布特点基本相同,但耦合模型对关节盘的应力分析更精细。结论无单元-有限元耦合法是一种有效的数值模拟方法,在生物力学研究中有推广应用前景。

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-边界元耦合法在二维电磁场数值计算中的应用及优化措施

在二维电磁场数值分析中，有限元-边界元耦合法将有限元法与边界元法结合，可以同时发挥两种方法的优势．笔者在介绍有限元-边界元耦合法原理与算法的基础上，分别研究子域逼近有限元法、Mortar元法和并行计算与有限元-边界元耦合法结合使用分别为关心区域相对整体区域尺寸较小、求解区域中包含运动导体和大规模高自由度电磁问题的数值计算提供优化途径．

有限元-无限元耦合在直流电阻率法边坡勘探中的应用

传统混合边界条件的系统矩阵与供电电极位置相关,即随着供电电极变化,系统矩阵也发生改变,数值模拟耗时增加。高速公路路堑边坡因构筑混凝土挡土墙,导致传统地球物理方法难以探测挡土墙后边坡内部岩溶裂隙发育情况。本文由稳定的电流场基本方程出发,引入有限元-无限元耦合的方式替代混合边界条件,并使用比较法进行地形改正。通过研究边坡内部岩溶裂隙地电响应特征,表明视电阻率断面图深受地形影响,甚至会导致出现不能识别断面的情况。但经比较法进行地形改正后,能获得较清晰的视电阻率断面图异常。

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

基础下土体的样条有限元和无限元耦合的分析方法

采用样条有限元和无限元耦合方法,对基础下土体的静、动力平衡问题进行分析研究,并编制了专用计算程序。

三维有限元-边界元耦合法的并行计算及优化措施

在应用有限元-边界元耦合法分析大规模三维电磁场数值计算问题时,采用并行计算方式可以有效地节省计算时间和提高求解精度.在介绍并行计算在线性单元和高阶单元问题实施原理的基础上,分别论述了应用自适应交叉逼近技术降低边界元求解区域内存消耗、应用分布式预处理共轭梯度法求解器对复杂且包含易变化部件求解区域进行基于相对编号的建模以提高并行机群的运行效果、应用Borland C＋＋Builder软件实现分析结果导出自动化以降低人工工作量这三种对有限元-边界元耦合法并行计算的优化措施.