三维断裂问题中的位移不连续方法

该研究将位移不连续方法引入三维空间中对边界元数值方法进行改进,旨在有效地减少计算过程中三维空间单元数.该方法通过对裂缝表面进行基础单元划分来表征弹性介质的非连续特征,并有效地降低了计算规模.此外,该文还给出了一个基于双层位势的新基本解.与此同时,可认为该方法能有效地模拟水力裂缝扩展及其与天然断层之间的相互作用效应.

连续刚构桥高温合拢顶推力的计算方法研究

连续刚构桥实际合拢温度高于设计合拢温度时,合拢温差将使墩顶产生水平位移,导致结构产生温度附加内力,可通过施加水平顶推力来消除合拢温差的不利影响.提出了两种关于顶推力的计算方法:1)消除墩顶水平位移法;2)消除主梁拉力法.以龙潭河特大桥为工程实例,按上述两种方法分别计算了高温合拢时的水平顶推力,通过分析比较,两者的计算结果基本一致.表明两种计算方法均可行,并且消除主梁拉力法更为简单快捷.

一种变位移约束限的结构拓扑优化方法

针对仅有位移约束和重量最小的结构拓扑优化问题,基于ICM(独立、连续、映射)方法思路,提出了一种变位移约束限的结构拓扑优化方法.在每一轮子循环迭代求解开始时,为了控制拓扑设计变量的变化量,形成和引进了新的位移约束限.另外,建立了单元删除阈值和几轮迭代循环的单元删除策略.为了确保优化迭代中结构非奇异和方法具有增添单元的功能,在结构孔洞和边界周围引入了一层人工材料单元,并建立了一套有效结构信息到结构最大设计域信息的映射转换方法.结合对偶求解方法,形成了一种新的连续体结构的拓扑优化方法.给出的算例表明该方法没有目标函数的振荡现象,且验证了该方法的正确性和有效性.

行波输入下连续梁桥纵向墩梁相对位移碰撞效应分析

结合多跨连续梁桥的结构特点,提出了一种能模拟联间碰撞行为的连续梁桥碰撞分析模型。用非线性时程方法对行波输入下连续梁桥的地震碰撞反应进行了参数分析。结果表明:相邻联的周期比对短周期联位移的碰撞效应较大,考虑地震行波输入时伸缩缝处的碰撞效应可能会大幅度增大墩梁的相对位移,从而增大了地震作用下发生落梁的风险;墩梁相对位移随滑动支座摩阻系数的增大而减小。最后提出用一个碰撞效应增大系数来考虑连续梁桥相互碰撞对墩梁相对位移的影响,利用碰撞效应增大系数的概念为连续梁桥防止落梁的设计提供了一个新的思路。

压载条件下裂纹断裂扩展的位移不连续数值分析

以土木工程中普遍存在的压缩荷载作用下裂纹扩展演化问题为研究背景 ,通过建立闭合裂纹表面接触阻力的缓和迭代及复合型裂纹尖端应力强度因子 K 、K 的数值渐近解法 ,将位移不连续数值方法 (DDM)应用于压载条件下二维复合型裂纹的断裂扩展分析 ,取得了与理论和实验吻合的计算结果 .所用方法能有效地避免裂纹尖端采用奇异单元及开裂过程单元重划分的繁琐 ,解决了裂纹闭合状态下缝面阻力的合理模拟 ,对压载复合裂纹问题分析有一定参考意义 .

基于ICM方法三维连续体结构拓扑优化

基于ICM方法,建立了在应力和位移约束下以重量为目标的多工况下的三维连续体结构拓扑优化模型.利用von Mises强度理论,提出了应力全局化的方法,从而将局部的应力约束转化为全局的应变能约束问题,减少了约束数目,避免了敏度分析的困难;利用单位虚载荷法,将位移约束表示为设计变量的显式关系.为减小由于不同物理量在数量级上相差太大引起数值计算的误差,将应变能约束和位移约束进行无量纲化,由此建立了包含两类约束的无量纲化的优化模型.同时处理了多工况下的最佳传力路径的问题.利用对偶规划理论对模型进行了求解.另外,利用PCL语言在MSC/Patran的开发平台上实现了该文算法.数值算例表明了该方法的可行性和有效性.

基于独立连续变量和复合指数函数的位移约束平面连续体结构拓扑优化

为了进一步研究连续体结构拓扑优化模型的合理性和可行性,基于独立、连续、映射(independent continuous mapping,ICM)方法,在满足结构位移约束的条件下,通过引入复合指数形式过滤函数对位移约束下质量最小化(minimum weight with a displacement constraint,MWDC)模型进行了改进,建立了基于独立连续变量和复合指数函数的位移约束平面连续体结构拓扑优化模型,并进行了优化求解.同时,利用M语言,基于Matlab软件平台,开发了相应的拓扑优化计算程序,并针对4种典型平面连续体结构进行了数值验证,分别比较分析了体积约束下的柔顺度最小化(minimum compliance with a volume constraint,MCVC)模型、MWDC模型以及改进的MWDC模型所得到的最优拓扑结构.数值结果表明:采用复合指数形式过滤函数改进的MWDC优化模型迭代次数更少,优化求解计算效率更高.

一种考虑位移和应力约束的结构拓扑优化方法

为了研究位移和应力约束以及重量最小的结构拓扑优化问题,基于ICM(独立、连续、映射)方法和渐进结构优化方法的思路,提出了一种考虑位移和应力约束的结构拓扑优化方法.在优化迭代循环的每一轮子循环迭代求解开始时,为了控制拓扑设计变量的变化量,依据结构位移、应力量和其约束限,形成和引进了新的位移和应力约束限.研究了位移线性近似式和应力约束转换表达式,建立了单元删除阈值和几轮迭代循环的单元删除策略.为了确保优化迭代中结构非奇异和方法具有增添单元的功能,在结构孔洞和边界周围引入了一层人工材料单元,并建立了一套有效结构信息到结构最大设计域信息的映射转换方法.结合拉格朗日乘子法,改进了子循环迭代中连续拓扑变量的求解方法,形成了一种新的连续体结构的拓扑优化方法.给出的算例验证了该方法的正确性和有效性.

非连续变形分析方法的改进及应用

首先,采用位移收敛判据对非连续变形的岩石断裂分析进行改进并程序实现.其次,将非连续变形分析方法和裂隙网络渗流模型结合起来,建立了渗流应力耦合分析模型,研究了裂隙岩体变形对渗流的影响以及渗流与应力耦合作用下裂隙岩体的变形破坏特征.研究发现,主干裂隙控制着渗流场分布,考虑耦合作用时的水头值比不考虑耦合作用时大,说明考虑耦合后坡体更容易变形失稳.改进前后裂纹扩展形态基本不变,表明程序计算的收敛判据是有效的.

自复位消能摇摆模块复合钢框架协同抗侧机理与抗震加固设计方法

该文采用自复位消能摇摆模块对既有抗弯钢框架进行加固,以减小其震后残余位移、提升其地震抗倒塌性能、避免其因层间变形集中而发生薄弱层倒塌破坏。基于分布参数连续体模型,揭示了自复位消能摇摆模块与钢框架结构的协同抗侧机理,分析了自复位消能摇摆模块抗弯刚度及抗侧刚度对结构层间变形模式、摇摆模块和钢框架内力需求的影响。提出了利用自复位消能摇摆模块加固既有抗弯钢框架基于位移的抗震设计方法,给出了具体设计流程。基于提出的设计方法对某三层抗弯钢框架进行加固设计。静力推覆分析和动力分析结果表明,自复位消能摇摆模块可有效减小既有抗弯钢框架结构的震后残余变形、使结构获得均匀的层间变形模式。加固后的结构在设计地震下可达到预期设计目标。

连续刚构桥边跨现浇段组合式施工方法浅析

在高墩大跨径连续刚构桥施工过程中,常规的边跨现浇段施工方法已不能完全满足施工要求,而组合式施工方法有效地解决前述问题。文章对某工程实例建立有限元模型,比较两种施工方案的优缺点以及在不同施工方案下桥梁结构的内力及位移响应。结果表明:组合式施工方案保证桥梁结构变形较小,但结构在相同荷载下内力值相对较大。在选取该施工方案时,应对结构内力进行相关验算。

常位移不连续边界单元法的应用

本文总结介绍了位移不连续边界单元法以及位移不连续单元法的应用程序,以此分析二维线弹性体内问题、外问题和裂纹问题,展示该方法的有效性。分析了常位移不连续法应力计算精度与单元划分数量的关系,可用于估计常位移不连续法的计算精度。

基于位移和应力灵敏度的结构拓扑优化设计

针对仅有应力约束以及含位移和应力约束的重量最小结构拓扑优化问题,基于ICM(独立、连续、映射)方法和渐进结构优化方法的思路,提出了一种结构拓扑优化方法.在优化迭代循环的每一轮子循环迭代求解开始时,通过形成和引进新的位移和应力约束限,自动构建设计变量移动限.将结构应力约束归并为几个最可能的有效应力约束,大大减少了应力灵敏度的分析量.另外,建立了单元删除阈值和几轮迭代循环的单元删除策略.为了确保优化迭代中结构非奇异和方法具有增添单元的功能,在结构孔洞和边界周围引入了一层人工材料单元,构建了其等效的优化模型.结合位移和应力灵敏度分析,形成了一种新的连续体结构的拓扑优化方法.给出的算例验证了该方法的正确性和有效性.

结构拓扑优化ICM方法的改善

对结构拓扑优化的ICM(独立、连续、映射)方法进行了深入探讨,通过选取不同的过滤函数可以不进行每步删除而得到清晰的拓扑图形.以位移约束为例阐述了ICM方法建模及求解过程.对位移约束、频率约束、位移及频率约束、简谐载荷激励下动位移幅值约束等拓扑优化进行了研究,计算算例表明ICIM方法在处理静力问题及动力问题的拓扑优化都是可行的.程序算法都在MSC.Nastran及MSC.Patran的二次开发环境下实现,与原软件有机结合在一起.

穿层锚杆作用效果的DDM数值建模及分析

根据穿层岩石锚杆作用特点 ,通过建立以层面粘结力 C、内摩察角等效表述的数值模型 ,将位移不连续方法 (DDM)应用于深部硐室层状岩石顶板锚杆支护效果的分析 .探讨了不同锚固条件下硐室顶板的铅垂位移特征 ;通过 DDM计算结果与传统梁理论所得结果的比较及顶板围岩应力分布特征的分析 ,指出了利用梁理论进行锚杆支护设计的不合理性 .结果表明 ,合理的地下层状岩石锚杆支护参数设计应在考虑锚杆与围岩的共同作用条件下计算 .

节理岩体的一维动态等效连续介质模型的研究

基于黏弹性理论,提出平行节理岩体的一维动态等效连续介质模型,该模型适用于纵波(P波)垂直通过一组等间距平行节理岩体的动力学问题。该模型包含黏弹性介质模型和虚拟波源概念。黏弹性介质模型主要描述应力波通过节理的衰减和时间的滞后;而虚拟波源的概念则描述应力波在平行节理之间的多次反射。根据已有解析解可以确定黏弹性介质模型中的未知参数。通过和位移不连续方法的比较,验证平行节理岩体的一维动态等效连续介质模型的正确性;该模型可有效地应用于研究通过一组平行节理岩体的P波传播问题。结果表明,该研究可以简化应力波传播问题的复杂性。

连续弯梁桥特性分析

文章以一座 3跨连续弯梁桥为工程背景 ,采用有限元方法 ,计算了结构在不同曲率半径时的内力、位移和动力特性 ,得到了三者与曲率半径相关的变化曲线 ,进而归纳出弯梁桥简化为直线桥分析的条件及措施。

曲线钢箱连续梁桥极限承载能力分析

采用弹塑性有限元方法,结合工程实际,建立了曲线钢箱连续梁桥三维板壳单元模型,进行了桥梁整体结构极限承载能力分析,分析过程中考虑了几何非线性、应力钢化与材料非线性对结构极限承载能力的影响。研究结果表明,曲线钢箱连续梁桥具有承载能力高的特点,在市政或公路桥梁建设中具有较好的应用前景。研究结论可供今后同类桥梁设计和分析参考。

基于移动渐近线展开式的结构位移拓扑优化

针对仅有位移约束和重量最小的结构拓扑优化问题,结合独立、连续、映射方法思路和移动渐近线方法,建立了一套适合较大设计变量变化范围的位移近似表示式.结合变位移限措施和对偶求解方法,形成了一种基于移动渐近线展开式的位移约束下的结构拓扑优化方法.算例计算结果表明,该方法求解速度较快,能够得到较清晰的最佳结构拓扑.