大跨斜拉桥结构行为一致多尺度有限元模拟

以润扬长江大桥北汊斜拉桥为实际工程背景,分析了同时考虑结构整体和局部细节特性的结构行为一致多尺度模拟方法在具体应用中的实施过程。以结构健康监测和损伤评估为目标,建立斜拉桥整体结构的三维多尺度有限元模型,桥面系采用分级多重子结构方法建立结构行为一致多尺度有限元模型。对建立起来的大跨桥梁结构多尺度有限元模型进行模态分析,并利用成桥试验数据从静力响应、动力特性等方面验证了多尺度模型的有效性。结果表明:建立的多尺度模型是有效的,其计算分析结果和成桥试验值之间的误差较小;分级建立结构行为一致多尺度模型的模拟方法有利于满足在结构健康监测系统设计、结构状态评估和结构损伤检测等各个不同阶段模型分析的需求。

结构行为一致多尺度有限元模型修正及验证

研究面向结构健康监测和损伤评估的含局部细节的结构多尺度有限元模型的修正和验证方法.以实验室的大跨桥梁结构钢箱梁纵向加劲桁架缩尺试样为研究平台,具体讨论了多尺度模型修正和验证的实施过程.首先分析了影响此结构多尺度模型精度的一些因素,如边界约束刚度、焊趾及其附近的几何及材料参数等,然后采用基于灵敏度的方法对多尺度模型进行修正,并通过不同于修正过程的加载工况和不同位置处的实测数据从动力特性和静力响应等多方面对所建的结构多尺度有限元模型进行了验证.结果表明:基于子结构方法建立的结构行为一致多尺度模型是有效的.

大型土木结构的结构行为一致多尺度模拟——模拟方法与策略

针对大型土木结构以结构健康监测和损伤评估为目标的有限元分析的需要,从理论上探讨了复杂土木结构的结构行为一致多尺度模拟的方法和策略,指出对于大型复杂土木结构而言,适合考虑局部细节特性的结构行为多尺度建模的策略是:对于有限个需要重点关注的局部细节采用"小尺度"建模,而结构其他部分采用"大尺度"建模。针对目前大型复杂土木结构的建模都是借助于大型商用有限元软件,而现有软件都无法直接做到结构行为一致多尺度模拟,文中引入有限元方法中的子结构方法,从数学描述上对传统子结构方法加以改进,使之适合解决结构行为一致多尺度模拟问题。

某大跨桥梁结构一致多尺度有限元模拟分析

大跨桥梁结构具有结构构件多、自由度数目大、连接条件复杂等特点。建立与实际桥梁结构几何构造完全一致的三维实体有限元模型操作繁复,且并无必要,这就需要建立既能准确、清晰地反映结构局部细节特性,同时又对结构整体响应没有影响的有限元模型。

结构损伤一致多尺度模拟和分析方法

以一个重要的大跨桥梁为工程背景,基于非线性有限元分析软件ABAQUS,研究了大跨结构以损伤分析和状态评估为目标的结构多尺度模拟中的一系列关键理论和技术问题,包括多尺度建模方法和策略、基于子结构方法和基于多点约束衔接方法的多尺度建模过程,结构一致多尺度模型的修正和验证,以及应用多尺度模型进行结构损伤分析的方法与策略.研究结果表明,应用所提出的大跨结构一致多尺度建模方法和策略,能够有效地建立适用于实际大跨桥梁结构损伤分析的多尺度有限元模型,满足不同尺度下结构特性分析和局部损伤演化过程仿真计算的需要.而基于多尺度模型进行的局部疲劳损伤累积的仿真分析结果表明,发生于局部焊接细节的疲劳损伤与结构的局部应力响应之间有较大的耦合作用,在结构的多尺度损伤分析过程中应予考虑才能得到比较准确的寿命评估结果.

原子尺度断裂模拟进展

材料/结构的断裂是一个多尺度过程,绝大多数断裂过程都涉及到原子键的断裂,因此原子尺度的演化对材料的宏观断裂行为有重要影响.随着实验技术的飞速进步,高清电子显微镜已经可以观察到原子尺度的裂纹,而计算能力的日渐强大使得原子尺度模拟成为揭示实验现象背后的断裂机制、研究众多典型纳米结构材料断裂行为的有力工具.在本综述文章中,首先介绍了原子尺度断裂模拟的加载方法,包括均匀加载、速度梯度加载、K场加载和静水应力加载,并综合对比了上述加载方法的适用范围,然后给出了基于原子尺度信息定量计算断裂韧性的方法,包括能量释放率法、线下面积积分法、临界应力强度因子法、原子尺度内聚力模型法和原子尺度J积分法.随后介绍了近年来有代表性的不同类型的纳米结构材料(包括单晶、多晶、孪晶等晶体结构,非晶结构,异质界面结构)断裂行为模拟研究,例如钝化处理的单晶硅太阳能电池裂纹抗力大大增加、锂离子电池中锂化浓度控制的硅电极韧脆转变、错配应力驱动界面自发分层一步制备大尺度纳米硅片.这些研究结果揭示了实验现象背后的机理,同时和实验结果的一致性也印证了原子尺度模拟的可靠性与准确性.最后强调了原子尺度模拟面临的一些问题和挑战,并对将来的发展方向进行了展望.

楔环连接结构非线性力学行为的实验和有限元数值模拟

楔环连接用于连接两个简体，在一些武器结构上已实际应用。研究和认识楔环连接结构的静、动力学行为，不仅有助于提高人们对该种结构的设计水平，也可以加强人们对诸如此类复杂结构中各种力学规律的认识，促进学科发展。

多尺度有限元法及其应用研究进展

简单回顾多尺度有限元法的基本思想与发展历程,探讨多尺度有限元法基函数的构造及其边界条件的选取,详细介绍该方法在断裂力学、结构健康监测、地下水流模拟、材料科学等领域中的应用,并对多尺度有限元法的发展前景进行展望。

激光辐照受拉铝板破坏行为的时空多尺度数值模拟

推导耦合过渡区内参变量信息交换的元/网格动量传递多尺度算法,建立离散元与有限元耦合时空多尺度计算模型,并应用于激光辐照下受拉铝板破坏行为的数值模拟中.通过对比有限元计算模型、空间多尺度计算模型与时空多尺度计算模型在激光辐照下受拉铝板破坏算例的模拟结果,验证离散元与有限元耦合时空多尺度计算模型的准确性和数值计算高效率优势.使用该多尺度计算模型从宏观和细观尺度对铝板破坏行为进行数值模拟,模拟结果与实验结果基本一致.

多孔介质分形结构热方程的多重双尺度概率模型与数值模拟

多孔介质分形结构既含有大量微米量级甚至纳米量级的微孔隙,也含有大量厘米甚至米量级的宏观孔洞。如果又假设复相材料和孔隙的就位性及形状大小服从某一概率分布。此时无论是理论分析或是数值计算均非常困难。本文对此问题,初步建立多重双尺度概率模型,井给出数值实验结果。

影响结构在火灾下行为的主要因素及其数值模拟

对影响结构在火灾下行为的主要因素:约束条件和温度载荷作用方式进行了分析,并采用有限元方法对梁在火灾下的行为进行了数值模拟.得出的结论对分析和解释大型复杂结构在火灾下的行为具有重要意义,为基于整体结构的耐火设计方法提供了理论依据.

基于分子动力学模拟的多晶结构微观热-力耦合行为的计算

基于分子动力学模拟,建立了一套可用于表征微观下多晶结构热-力耦合行为的算法框架。该算法的要点是将连续模型和分子模拟耦合起来,并使守恒定律在微观连续模型和原子层次上都得到满足,与利用传统的连续介质力学建立晶界与晶粒的本构方程相比,本模型中的连续流是通过原子模型准确计算得到的,从而避免了使用经验的本构方程。

多尺度孔隙结构热障涂层高温服役导热演变模拟

为了探究微纳米多尺度孔隙结构热障涂层在1100℃下长期服役后热导率的演变机制,文中构建了具有微米、纳米多尺度孔隙结构的热障涂层,涂层孔隙率分别为5%、10%、15%、20%,模拟并分析了涂层在1100℃下高温服役不同时间后导热能力的变化及机制。研究结果表明:当服役时间达到60 d后,总孔隙率为5%、10%、15%、20%的热障涂层在1100℃的热导率分别从未服役时的2.04、1.98、1.94、1.88 W·m^(-1)·k^(-1),升高至2.29、2.27、2.26、2.24 W·m^(-1)·k^(-1),涂层的热导率随着孔隙率的升高而下降,涂层的热导率随着服役时间的延长而增加,涂层热导率趋于稳定,接近于块材热导率。

输电塔结构的串并行混合多尺度模拟

为了同时精确求解输电塔整体响应和节点局部响应,对输电塔结构进行串并行混合多尺度建模。首先,根据提出的近似影响性判断方法对节点进行分级,并根据影响性级别综合确定节点的串行、并行多尺度模拟方式;其次,在整体刚架模型的基础上,采用子结构法对串行节点建模,并直接对并行节点进行精细化实体建模;再次,通过建立约束方程的方式连接不同尺度的模型;最后,通过对比输电塔刚架模型、多尺度模型的模态分析结果及瞬态分析结果,验证了多尺度模型在整体响应上的有效性,同时也对比了串并行多尺度模型的模拟效果。

考虑土-结构相互作用的大型商业综合体建筑结构地铁振动响应研究

大型商业综合体建筑结构的平面与竖向通常不规则,并且往往与地铁线路的距离较近,导致其在地铁振动作用下的响应相对复杂。基于天津市在建地铁四号线及其附近某商业综合体的实际工程项目,采用Abaqus建立了土体-地铁-大型商业综合体建筑结构的有限元模型,研究了土-结构相互作用、非一致激励以及不同楼面活荷载对上部结构振动响应的影响规律。结果表明,不考虑土-结构相互作用将显著高估地铁振动对上部结构振动响应的影响;分析时采用一致振动激励将忽视结构平面范围不同区域内竖向振动响应的差异,并显著高估部分位置处的竖向振动响应;此外,人群、商品、设备等附加楼面活荷载可以起到降低地铁振动作用下上部结构振动响应的作用。研究结论有助于准确评估地铁振动对环境的影响。

研究展望：纳米结构材料变形及破坏的原子尺度模拟

在过去的二十多年中，全世界范围内掀起了研究纳米结构材料的热潮。通过设计或控制材料的微结构，使其特征尺寸低于100纳米．从而使得材料的一些力学、物理和化学性能得到极大地提升．在研究这些纳米结构材料的力学行为（即变形和破坏）时，由于受到微纳米尺度下实验操作和可视化技术的限制，人们对于材料内部发生的变形行为和过程是无法探测得到的。

基于Petri网的软件动态演化的一致性分析

在分析软件动态演化面临的挑战的基础上,以扩展的Petri网为主形式化工具,基于面向动态演化的SA元模型DEAM,对如何保证动态演化的一致性问题进行分析。首先,讨论了一致性分析的总体思路和策略,确定以构件作为动态演化实施和分析的基本对象;其次,从构件结构演化的视角对构件的子网类型进行分析,提出了保证结构一致性的方法;再次,从构件行为演化的视角,分别从内部和外部观察构件演化前后的行为,并通过建立模拟关系来分析和判断演化前后构件的行为是否一致;最后,通过案例研究对所提方法的可行性进行验证。

毛细管板结构电子束钎焊温度场研究

用电子束扫描加热的方法对具有毛细管板接头的不锈钢结构件进行钎焊是非常有效的。本文通过有限元分析的方法讨论了不同电子束扫描轨迹对钎焊温度场的影响;通过工艺试验结果与模拟结果的比较,证明了二者具有较好的一致性。

某地铁运行库上盖超长混凝土结构温度效应探析

对某地铁运行库上盖超长混凝土结构的温度效应进行了数值模拟及分析。分析结果表明:在温度荷载作用下,二层超长楼板的温度效应(包括各方向的变形和应力情况)均大于转换层厚板的温度效应;楼板的温度变形呈中间小两端大的情况,而温度应力则在对称轴位置附近较大,且在洞口、剪力墙集中部位或柱距较小处及厚板与普通楼板交界角部处易产生应力集中;根据分析结果,提出有效温控措施。

纤维增强树脂基复合材料筋/拉索数值模拟研究综述

纤维增强树脂基复合材料(FRP)是由纤维和树脂基体组合而成的一种材料,在各种领域中拥有广泛的应用。利用数值模拟方法可以更加简单、精确地预测FRP筋/拉索性能,从而加快设计效率、减少试验工作量,因此大量学者针对FRP筋/拉索进行了数值模拟研究。本文主要介绍了单向纤维增强聚合物复合材料的模拟控制因素和需求,在微观、细观和宏观尺度下研究FRP的理论模型和分析方法,提出了在不同尺度下对FRP筋/拉索进行数值模拟的不足之处及数值模拟在微观、细观和宏观层面中的应用。重点论述了不同尺度数值模拟方法在FRP筋/拉索中的应用和最新多尺度数值研究进展及FRP筋/拉索在锚固区的数值模拟方法及现状,最后简要阐述了FRP筋/拉索数值模拟在未来可能的研究发展方向。为建立精细化FRP筋/拉索损伤和性能预测模型发展提供参考。