近场动力学方法在边坡稳定性分析中的应用

有限元强度折减法在边坡稳定性分析中有着广泛的应用,以近场动力学方法代替有限元法,可以在有限元求解不收敛的情况下得到边坡失稳状态下的滑移趋势。基于非关联流动法则,可以得到摩尔-库仑屈服模型的近场动力学应力更新算法。以边坡系统的最大位移为失效判据,建立了边坡的最大位移与折减系数之间的关系曲线,可以得到边坡的安全系数以及边坡的滑移面。以引江济汉工程边坡为研究对象,利用近场动力学强度折减法分别计算了边坡比为1∶2和1∶2.5两种工况下边坡的最大水平位移以及边坡的塑性应变分布情况,所得到的计算结果与实际施工情况基本一致,表明该近场动力学强度折减法可用于分析边坡的稳定性问题。

岩石类材料裂纹扩展贯通的近场动力学方法模拟

在连续体内引入预制裂纹的数学描述,运用近场动力学方法对含有预制裂隙(不同倾角的单裂缝和不同岩桥倾角的三裂缝)的岩石类材料试件的单轴压缩试验进行数值模拟。结果表明,随着裂缝倾角的增加,翼型裂纹出现的位置逐渐向预制裂隙的两端移动,次生共面剪切裂纹与次生倾斜裂纹出现的时间与形态也随之改变;不同倾角的岩桥呈现的断裂贯通形式有着明显的差异,但裂纹均是在预制裂缝尖端首先产生,随后逐渐扩展贯通,最终导致试件的整体失稳破坏。数值模拟与室内试验结果的对比分析表明近场动力学方法可以很好地模拟岩石类材料的裂纹扩展贯通形态,反映裂隙扩展的基本力学机制;作为一种新的非局部数值模型,其在岩石材料与岩体工程数值研究领域具有广阔的应用前景。

基于近场动力学数值方法的冰-吊舱推进器接触判断研究

吊舱推进器在极地船舶中的应用,可避免冰区航行中转向、调头困难等操纵问题,是极地船舶广泛采用的推进形式.在冰-吊舱推进器切削过程中,吊舱推进器受到了极端冰载荷的作用,对吊舱推进器结构强度和极地船舶的安全性带来严重的危害.为了研究不同操纵状态的吊舱推进器与冰切削时冰载荷的变化规律,首先,详细介绍了近场动力学方法研究物体断裂问题的理论基础,分析该方法模拟冰材料的可行性.基于近场动力学方法和面元法耦合推导了适用于冰破碎问题模拟的材料破坏准则和冰载荷计算方法.其次,提出了不同操纵状态的吊舱推进器与冰的接触判断方法,建立了冰-吊舱推进器切削状态的数值计算模型,实现了冰-吊舱推进器切削动态变化过程的数值仿真.最后,分析了吊舱推进器在直航、斜航以及操舵状态与冰切削时冰块破碎、螺旋桨和桨叶冰载荷以及吊舱单元整体扭矩的变化情况.计算结果表明:本文提出的不同操纵状态的吊舱推进器与冰切削时的接触判断方法能够真实地模拟冰-吊舱推进器的切削过程,并能获得该过程中冰块的破坏现象和冰载荷变化特性,可为冰区海洋结构冰载荷数值预报技术的发展、冰区吊舱推进器结构的优化设计和运营提供指导.

基于近场动力学算子方法的各向异性板自由振动分析

各向异性材料广泛应用于诸多工程领域,研究其振动特性对结构减振与安全设计具有重要意义.本文基于一种新的近场动力学算子方法(Peridynamic operator method,PDOM)构建非局部各向异性模型,并应用于各向异性板的自由振动分析.该模型结合了PDOM将局部微分及其乘积转化为非局部积分的特点,将经典各向异性理论中的应变能密度从局部形式重构为非局部形式.同时,采用变分原理并引入自由振动方程,构建了适用于各向异性自由振动问题的PDOM求解方案.通过三个数值算例:各向异性矩形薄板、各向异性矩形含裂纹板、各向异性矩形含孔板的自由振动,并将计算结果与有限元结果比较,说明了模型在计算含缺陷以及不连续的各向异性板自由振动问题时具有收敛性、稳定性以及高计算精度.