基于ABAQUS无限元的静-动力统一人工边界研究

对于强震作用下的大变形和非线性问题,叠加原理不能被用来计算结构的静-动力综合效应,这就涉及到静、动力边界转换或静-动力边界统一的问题。静-动力边界转换法较为繁琐,且如果不施加由静力边界条件引起的节点约束反力,模型存在不平衡力或不平衡力矩,造成计算结果失真。黏弹性静-动力统一人工边界在结构受切向静力作用时数值解精度不够理想。为了既方便又精确地计算结构的静-动力综合效应,提出了利用无限元建立静-动力统一人工边界,推导出适用于外源波动输入的等效节点力计算公式;基于Python语言,编写了等效节点力计算与施加为一体的程序。这种边界不需要进行静力、动力边界转换、应力场的导入以及边界节点约束反力的施加。无限元静-动力统一人工边界实现相对简单,且数值解精度高于静、动力人工边界转换法和黏弹性静-动力统一人工边界,特别是在切向静力的作用下。

ABAQUS岩土动力分析的静-动力统一人工边界研究

岩土动力学分析结果可靠性受人工边界条件及动力作用输入方式影响。在剖析ABAQUS无限元静、动力理论基础上,结合二维简单水平地基模型,研究了无限元边界生成初始地应力的计算精度及其改进方法,提出了综合考虑内、外源振动问题的改进静-动力统一人工边界。研究表明:因ABAQUS中无限元缺乏对边界节点力等效约束刚度的校核,其直接应用体力作用下的初始应力计算将产生较大误差继而影响后续结果,需考虑引入有限元静力边界等效节点力加以修正;通过在静、动力计算问题中选取相应的边界等效节点力,改进的无限元静-动力统一人工边界对静力及需要考虑静、动力综合效应的内源、外源问题均具有较好的适用性。

移动荷载作用下高速铁路路基动应力的空间分布

以设计度速350km/h的高速铁路为研究对象,建立轨道-路基-地基大系统的全尺寸精细化非线性真三维数值分析模型,考虑底座板底面和基床表层表面之间的接触状态非线性、路基土和地基土的材料非线性,模拟路基和轨道系统的施工过程和8列编组的CRH3型动车组的运行过程,开展大规模计算揭示移动荷载作用下路基内部动应力的空间分布规律。计算结果表明,在荷载的移动过程中,动应力具有时空瞬变特性;沿路基断面横向,从轨道板底面到底座板底面,竖向动应力波动较大,基床表层底面及以下波动很小,可视为均匀分布;沿深度方向,不同时刻的竖向动应力分布规律相似,但数值大小有所差别;沿线路纵向、竖向动应力峰值出现的位置与该时刻荷载作用位置相对应;与20%、10%、5%竖向自重应力相等的竖向动应力深度分别为轨道板顶面以下约1.6、2.8、3.8m,相邻荷载的叠加效应影响深度为轨道板顶面以下约7.6m。

地震区棚洞合理结构形式的研究

以傍山隧道为研究对象,计算了地震动作用下不同结构形式棚洞的主应力和位移。采用大型有限元软件AN-SYS对棚洞进行了地震反应分析,根据D-P屈服准则,利用静-动力统一人工边界建立边界条件。研究表明:半拱斜柱式棚洞比半拱直柱式棚洞的抗震性能更优越;拱式棚洞比柱式棚洞抗震性能更好;柱式棚洞柱与横梁的连接形式不同而应力分布规律发生变化;地震时,洞顶回填土与边坡的交界面可能产生滑动。