ABAQUS动力无限元人工边界研究

针对动力场天然无限地基的数值模拟与地震波输入问题进行了一些有意义的研究,评述了现有动力计算常用无限元的优缺点,详细阐述了ABAQUS无限元理论体系框架,并加以改进,提出一种考虑外域地震动影响的ABAQUS动力无限元人工边界。采用等效边界力的叠加原理,对入射波和散射波分开处理,视入射波和散射波在边界上互不影响,将输入地震动转化为作用于有限元无限元交界面上的等效应力的方法来解决外源波的入射问题。算例验证结果表明:内源振动和固定边界会出现失真和扰动现象,同时该计算结果与黏弹性边界的计算结果对比可知,该方法对外行散射波的过滤作用优于黏弹性边界。因此,改进的ABAQUS动力无限元人工边界理论方法有效且具有一定的稳定性。

ABAQUS退化的动力无限元单元

针对ABAQUS中的三维无限元单元只适用于有限域为六面体单元的情况,提出一种退化无限元单元,推导该退化无限元单元的等效节点力计算公式,以及对相应的地震动输入方式进行分析。数值模型试验结果表明:该单元无需进行二次开发即可用于有限域采用四面体单元的情况,能适应更普遍的模型网格剖分形式。该退化单元具有良好的精度及更好的网格适应性,能广泛用于动力问题的分析。

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。

基于ABAQUS的水平成层场地地震反应无限元分析

地下结构的抗震研究是当今地震工程界的重要研究方向之一,其研究方法与地面结构相比有较大的不同.本文基于动力无限元分析理论,利用ABAQUS软件的动力时程分析结合无限元边界实现了一维岩体的地震动响应分析,进而同基于SHAKE程序进行的一维土体地震动反应分析结果作了对比,说明在ABAQUS软件中实现的一维岩体动力反应分析方法是具有较好精度和易用性的.

基于Abaqus的超声波有限元仿真研究与无限元边界创建方法

简要介绍了在铝块中激励超声波的建模仿真过程,通过理论声速和仿真所得声速的比较验证仿真的准确性,并精确计算出采样点与缺陷之间的距离,同时提出了一种创建无限元(infinite elements)边界的方法,以减少声波在边界的反射。

基于有限元-无限元的沉管隧道三维动力响应分析

随着沉管隧道修建越来越多及近年来全球地震活动频发,沉管隧道及其接头在地震作用下的抗震性能成为目前研究的一大热点。文章立足于广州洲头咀沉管隧道工程的实际背景,基于ABAQUS软件有限元-无限元相结合的方法建立了沉管隧道-接头-场地土的三维实体模型,并通过在模型基底输入El Centro地震动时程,研究了不同接头连接刚度条件下沉管隧道不同接头处的动力响应特性。计算结果表明:隧道反应基本上呈对称分布,接头连接刚度越大,接头的内力(轴力、弯矩)也越大。在进行沉管隧道设计时,可以通过采用适当的接头刚度来控制接头的内力。

等效动力无限元及其在无限土体模拟中的应用

为解决动力分析课题中无限土体的模拟问题,依据波的透射与反射理论,考虑介质的弹性恢复作用以及在人工边界处波传播的一致性,利用无限单元并引入阻尼矩阵,构建新型的等效动力无限单元模拟动力分析问题中的无限土体。以4节点单元为例,推导等效动力无限单元的刚度矩阵和阻尼矩阵。依托ANSYS平台,利用二次开发工具UPFs和数据接口将等效动力无限元连接到标准ANSYS程序,建立计算模型,分析典型的一维波动问题和Lamb问题,验证并应用等效动力无限元。结果表明,等效动力无限元模拟动力分析中的无限土体是有效的。

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.

基于有限-无限元法的CRTSⅢ板式无砟轨道系统动力参数敏感度分析

CRTSⅢ型板式无砟轨道是具有完全自主知识产权的中国无砟轨道品牌,针对CRTSⅢ型板式无砟轨道车辆-轨道耦合系统动力参数的确定与优化问题,根据CRTSⅢ型板式无砟轨道系统结构特点,运用车辆-轨道耦合动力学理论,采用时域动力有限元方法,并引入无限单元法消除边界效应,建立CRTSⅢ型板式无砟轨道车辆-轨道耦合系统垂向振动模型,并编制MATLAB计算程序,利用单因素敏感性分析法分析了结构参数对车辆-轨道系统动力响应指标的敏感度,从而可为CRTSⅢ型板式无砟轨道结构动力参数的确定与优化提供理论支撑。

无限元边界条件下有砟轨道的动力响应分析

为分析列车荷载作用下有砟轨道的动力响应,文章应用ABAQUS有限元软件建立三维路基基床有限元模型,采用无限元边界条件,分析了路基基床在静轮载5,7.5,10,12.5,15t五种情况下,速度分别为60,80,100km/h条件下的动力响应。有限元分析结果表明:(1)随着列车静轮载的增大,基床表层的竖向位移的幅值会逐渐变大,速度越大,静轮载的增加对竖向位移的增加影响越显著;(2)随着列车速度的增大,基床表层的竖向位移的幅值会逐渐变大,静轮载越大,速度的增加对竖向位移的增加影响越显著;(3)随着动荷载与选取点距离的缩短,选取点的竖向位移开始上下振动并逐渐增大,达到幅值后随着动荷载与选取点距离的增加,选取点的竖向位移逐渐恢复并有上下振动的现象。

地下水位变化对桩—土—结构地震动力相互作用影响的有限元—无限元耦合分析

地下水位的抬高会显著降低土体内的有效应力、破坏其结构性,导致土体的力学性能降低;也意味着在地震时产生超孔隙水压力土体的范围会增加;同时水的润滑作用还会进一步削弱桩土界面的粘结作用。这些变化会显著改变桩土结构体系的动力反应特性。通过ABAQUS有限元程序建立了桩-土-结构体系的有限元-无限元耦合模型,研究了黄土地区地下水位变化对桩基体系动力特性的影响。

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。

无限元边界在半无限域动力时域分析中的应用

本文采用底部节点力的形式在模型底部输入正弦波,分析了利用无限元边界对半无限空间的地震响应进行数值模拟分析的可靠性。首先利用ABAQUS软件进行数值建模,并将理论解与数值解以时程曲线和均方差的形式进行对比分析,验证了无限元边界的有效性和精确度;研究了分别在剪切波和压缩波两种工况下模型宽度对动力时程分析结果的影响,并给出了推荐建模尺寸。结果表明:通过无限元边界计算半无限域的动力响应时,采用节点力的方式输入正弦波,模型的加速度时程响应与理论解基本保持一致;通过分别在模型底部输入剪切波和压缩波,发现建模尺寸对地表加速度响应的影响十分显著;取模型宽度为建模高度的4到8倍时,计算效率高,计算精度满足工程使用的要求。

基于ABAQUS的桩-土动力仿真分析

采用ABAQUS软件模拟桩土的动力作用和ABAQUS软件中的主-从接触算法,在桩与土体之间建立接触,以无限元模拟土体边界,对桩和锚索采用弹性模型,土体采用Drucker-Prager模型。通过计算,得到了在地震作用下桩的受力与变形情况,并对有锚索和无锚索两种情况下桩的受力与变形进行了分析比较。

考虑无限元边界的混凝土重力坝动力损伤分析

针对无限元边界模拟地基可解决使用截断地基时地震波在地基中的能量无法逸散的问题,以观音岩重力坝为例,采用混凝土塑性损伤模型和无限元人工边界,计算了重力坝在不同地震荷载作用下的动力时程响应,验证了无限元边界对地震波能量的逸散作用,比较了材料损伤引起的材料刚度降低对坝体响应的影响,获得了不同地震荷载下坝体损伤的发展规律。

无限元在超深厚覆盖层坝基动力分析中的应用

基于ABAQUS软件平台进行二次开发,开展了基于无限元-有限元耦合的超深厚覆盖层坝基动力仿真模拟,初步探讨了强震区超深厚覆盖层坝基地震波传播过程与坝基-坝体动力反应特性。文中首先介绍了ABAQUS无限元计算时地震波的施加方法,其次给出了数值模型网格与相应的计算参数,最后通过计算得到了深厚覆盖层坝基及上覆坝体的加速度、动位移、动应力等动变量的发展历程。研究结果定性地捕捉到超深厚覆盖层坝基及上覆坝体中地震加速度传播过程与变形发展过程,直观反映了软弱土层的隔振作用,为研究超深厚覆盖层坝基动力反应提供了一条新思路。

无限元在坝、水、地基系统动力分析中的应用

本文提出一种无限元,通过选用不同的衰减函数,可以分别用于静力场、动力场及各类稳定场问题.文中用无限元模拟了无限地基的弹性及动水压力场的分布规律,计算了紧水滩拱坝的动力特性和动力反应.并和常规的有限元法对比,结果表明:用无限元模拟拱坝的地基和库水能更好地反映坝、水、地基的动力相互作用机理,节省了地基和库水单元,减少了总自由度数,从而缩减了计算机内存、CPU时间和数据准备工作量.本文的无限元在形式上类似于常规的等参数单元,易于在现有的有限元程序中加入无限元子程序段,因此,便于工程技术人员掌握,是一种值得推广为工程实用的有效新单元.

无限元参与地基基础—上部结构动力相互作用分析研究

以实际工程为背景,采用自编程序探讨了有限元-无限元耦合系统参与地基基础-上部结构动力相互作用分析的过程,证明此耦合系统与单纯有限元法模拟无限域地基相比具有明显的优越性。

BAQUS中动力学二维无限元边界的实现及应用

本文使用Python语言通过对ABAQUS软件Inp文件中单元类型和单元节点编号的修改,实现无限元边界条件的添加,简化建模过程,节省建模时间。

无限元边界在地铁引发环境振动分析中的应用

通过算例验证了ABAQUS中无限元边界的有效性和精度。地基侧边界使用无限元边界后模型宽度可以减少到侧边界不处理模型的1/2;底边界使用无限元边界后模型深度可减少到底边界不处理模型的1/3。并将此无限元边界应用于地铁竖向激励力作用下实际土层—隧道模型的振动响应分析中,计算了不同频率动荷载下地表0m到30m范围内的振动幅值随距离的衰减情况,计算结果表明在某些频率下地表竖向位移幅值随距离会出现反弹。