基于分区刚体-界面元方法的重力坝深层抗滑稳定分析

将坝体及坝基系统分界为可变形滑动界面、刚性滑动块体和刚性基床三部分,建立了基于滑动界面应力变形协调、分区刚体静力平衡的分区刚体—界面元分析方法,其未知量仅包含分区刚体变形及滑动界面上的接触力。结合基于极限平衡方程的迭代解法,可快速准确求解重力坝深层抗滑稳定安全系数。对局部滑面未知情形,可通过搜索求解最危险滑动面。该方法可同时满足上限极限分析的运动许可条件和下限极限分析的应力许可条件,克服了现有规范分析方法通过假定来满足下限极限分析条件的缺点。最后通过某重力坝深层抗滑稳定分析算例验证了该方法的准确性。

具有任意形状单元离散模型的界面元法

文［１］推出了求解不连续介质体的界面应力元法，并在理论和实例验算两方面论证了该法具有精度好、效率高、适用范围广等优点。通过进一步研究，该法还可适应任意网络离散模型的计算。本文引用自然坐标，实施了任意形状单元的界面元算法，并给出了算例，成果表明，本文的算法可行，其精度也是令人满意的。

复合材料层合板分层分析中的界面元应用

采用界面元模拟复合材料层合板界面层的方法,分别对测试复合材料Ⅰ型层间断裂韧度的双悬臂梁弯曲DCB(double cantilever beam)试件和测试Ⅰ、Ⅱ混合型层间断裂韧度的混合模式弯曲MMB(mixed-mode bending)试件的加载和层间开裂过程进行有限元数值模拟。分析中采用混合准则和B-K(Benzeggagh-Kenane criterion)准则分别判断界面元的刚度退化和裂纹扩展。另外,在对MMB试件的模拟中讨论B-K准则中的参数η的选取。数值模拟的结果与试验结果的对比表明,文中采取的界面单元方法可以有效模拟复合材料层合板和层间结构的层间破坏。

三维界面元的数值计算方法及应用

结合界面元方法的特点,在交界面上考虑相邻块体的材料和变形特征,不需增加任何形式的夹层单元,即可有效模拟块体的不连续变形。并导出了各向同性材料的界面应力公式以及非线性本构关系,根据摩尔-库仑屈服准则建立了弹塑性迭代的数值计算方法,并以此为基础,编制相应的计算程序。利用数值算例与理论值结果的对比分析,验证了界面元方法具有原理简单、可模拟不连续面及应力精度高等优势。

粘弹性增量界面元法

采用界面元模型,推导了粘弹性增量界面元列式。算例表明,粘弹性增量界面元法能有效地用于粘弹性不连续介质问题的分析。

界面元法在机械结构结合部问题中的应用

针对机械结构数值分析难以解决的结合面位移不连续问题,建立了一种包含结合部特性的机械结构结合部界面元模型。以螺栓连接的机械结构为研究对象,分别进行数值计算和试验研究,并将分析和试验结果进行了比较。结果表明:界面元法能够较好地解决机械结构结合部问题,具有广阔的应用前景。

层合板界面层的弹簧界面元等效刚度计算模型

弹簧界面元是一种最常用的层合结构界面脱层数值模拟的计算模型。但目前对应于给定的复合材料层合板界面层,弹簧界面元的长度和等效刚度的确定却没有严格的方法,所以时常因为弹簧元刚度定义的不当而导致脱层数值模拟结果的不稳定甚至计算困难。本文给出了一种基于层合板粘接层的实际厚度和材料特性确定弹簧界面元的长度和等效刚度的计算模型。通过把所给弹簧界面元等效刚度计算模型用于ANSYS中的非线性弹簧单元COMBIN39和COMBIN14,本文对复合材料双悬臂梁(DCB)和端边切口弯曲(ENF)梁的脱层扩展试验进行了有限元数值模拟;所得数值脱层预测结果与试验数据吻合良好。算例也表明,文中所给弹簧界面元长度和等效刚度的计算模型不仅计算简单和准确,并且所给脱层扩展的数值模拟也稳定。

损伤模型在界面元方法中的应用

界面元方法只需考虑界面上的正应力和剪应力,因此通常采用低抗拉的Mohr Coulomb屈服准则。考虑到Mohr Coulomb准则不能模拟材料的破坏过程,故本文在界面材料的本构关系中引入了损伤变量,利用标量形式的等效应变衡量材料的受损程度,因而可以有效地模拟材料损伤后应力逐渐减小的过程。与最大拉应力准则相比,损伤方法更能体现材料屈服后实际承载力的弱化过程。数值算例结果与试验结果吻合,证实了本方法在数值模拟方面的正确性。以拱坝作为工程算例,计算变容重加载时坝体损伤变化趋势,并与地质力学模型试验结果加以对比,研究其损伤演化和破坏过程。

板弯曲问题及振动问题的刚体界面元法

提出一种适用于厚、薄板弯曲及振动问题的矩形刚体界面元法。该法不要求场变量C^0,C^1连续,计算简单,算例表明,算法是可行的。

加锚节理岩体的复合界面元模型

利用界面元法来研究岩体中的不连续问题是非常有效的。文章研究了节理岩体作为复合块体的等效模型,建立了包含层状节理的复合界面元分析模型,并研究了包含锚杆界面的加锚岩体复合界面元非线性分析模型;针对锚杆所穿越节理面有可能相接触和张开2种情形,分析了锚杆在节理面的抗剪作用机理,导出了相应的弹塑性矩阵。给出的算例表明该法是适用有效的。

用刚体界面元法分析温度场、温度应力及徐变应力

本文用刚体界面元法推导了求解温度场问题的方程，算法适用于连续及不连续温度场，建立了刚体界面元法求解温度应力及徐变应力的公式，算例表明本文算法是合理可行的，具有一定的应用价值．

全长粘结型锚杆的界面元分析

利用界面元法来研究岩体中的不连续问题是非常有效的.通过构建界面元精化模型,系统分析了拉拔作用下全长粘结型锚杆的杆侧正应力分布特征及其破坏过程、灌浆体应力特征及其破坏过程及不同锚杆直径(DB)下杆侧剪应力的分布,获得全长粘结型锚杆的工作机理.

非连续变形接触问题的分区有限元-块体界面元动力混合算法

本文针对动力情况下不连续变形问题,提出一种新的接触面动力迭代求解方法,即分区有限元与块体界面元动力混合算法。在接触问题基本概念的基础上描述了该混合算法的力学模型。由接触力与接触点对总位移的非线性关系,推导了包含接触力、块体形心刚体加速度和接触节点总位移在内的非线性方程;建立了以界面接触力和块体形心刚体加速度为混合变量与界面结点总位移进行迭代求解的动力界面迭代方程。由此,能够精确求解至界面上接触点对全部失效的状态,从而实现连续—非连续过程的模拟。该混合解法仅将非线性迭代收缩到接触界面上进行,从而大幅提高局部位移非连续问题的计算效率。通过典型算例验证了该混合算法的正确性和有效性。

界面元在碾压混凝土层面渗流分析中的应用

碾压混凝土坝采用分层碾压工艺,一般认为层面之间是薄弱部位,为坝体强渗透层。在碾压混凝土坝体渗流有限元分析中,用无厚度的接触界面单元来模拟分析碾压混凝土层面的渗透作用,可以不增加单元剖分的工作量而有效地模拟薄弱层面的渗透影响。

界面元法及其应用

界面元法在分析交界面相邻块体的变形特征时,不需增加任何形式的夹层单元就可有效模拟块体的不连续变形。基于虚功原理,推导出各向同性材料的界面应力公式和本构关系,编制相应的界面元计算程序,并以均质悬臂梁为例,将数值分析结果与理论值进行对比,比较结果验证了界面元法求解工程问题的有效性和可行性。

面向对象的界面元方法及其与有限元的时域耦合分析模型

在破坏性地震中，工程结构的倒塌是造成大量人员伤亡的主要原因。因此，只有有效地控制工程结构的倒塌，才能从根本上将地震灾害的损失降到最低。若要有效地控制结构的倒塌，必须深入了解结构的倒塌机理。然而，结构倒塌机理的研究是一个非常复杂、高度非线性的课题，需要综合运用多种研究方法和研究工具，不仅需要理论分析、试验等研究手段的支持，也离不开准确有效的数值分析工具。

分区界面元-有限元-无限元混合模型

利用界面元良好的相容性,引入过渡界面元的概念,实现了界面元与有限元二种数值计算方法的结合,并提出了一种界面元-有限元-无限元混合模型。这种混合模型既可以发挥界面元计算精度高、适用于不连续变形等优点,又能够充分利用有限元的计算效率和无限元方便处理无限域介质的特点,较为和谐地解决了计算精度和计算效率的矛盾。数值算例表明,本文所建立的混合模型的有效性,揭示此类混合模型具有广阔的工程应用前景。

基于界面元的岩体裂隙网络渗流模型中不稳定块体预测

以野外不连续面现场地质调查所获得的真实裂隙展布为基础,以随机不连续面三维网络计算机模拟技术为指导,建立岩体不连续面空间分布概率统计数值模型;在此基础上,将裂隙网络和界面元相结合,用水力学和几何参数来表征裂隙岩体内渗透空间结构的具体布局,建立基于界面元与裂隙网络耦合的裂隙网络渗流模型,该模型可以通过界面元法对渗流场的模拟获得岩体网络裂隙渗流的渗径,而且可以计算出水头分布的情况,进而可以搜索出所有在临空面上出露的有限块体,确定其空间几何形态和几何参数,实现不稳定关键块体自动搜索,对于评价及预测关键块体的稳定性具有重要意义。

动力分析的刚体－界面元与有限元耦合法

提出了刚体－界面元、有限元与半无限元相耦合的算法，研究了挡水结构系统的动力特性及在地震激励下的动力响应。对于结构的主要部分用刚体－界面元离散，对结构的迎水面部分用有限元离散，在两种单元的交接面上设置了过渡单元，采用有限元和半无限元相结合模拟了水体的宽广性。文中导出了相关公式，编制了相应的计算程序，数值算例结果与有关文献比较，证实了提供方法和编制程序的正确性，并说明该方法具有简便，工作量少和计算精度高的优点。

无厚度界面元程式研发与土壤极限分析应用

为了解土壤极限承载能力与其相关破坏机制,以研发之有限元分析程序同时考虑多段式无厚度界面元,其界面力学行为遵循莫尔–库仑破坏准则,并配合极限分析理论,模拟土壤破坏滑移面力学行为与各种不同几何之破坏机制,进而应用于土壤浅基础和边坡浅基础之极限承载力计算。经由分析结果显示,使用有限元配合多段式无厚度界面元之分析模式,可藉由网格优化程序进行土壤极限分析与破坏机制之模拟,不仅可以了解土壤之渐进破坏行为,亦能计算出土壤极限承载力之最小上限值,且有限元分析计算结果与极限分析上限值相互符合。