海冰撞击柱状结构的有限离散元模拟

在冬季结冰海域,海冰对海上结构物的作用能够引起结构的震动,甚至能造成结构的破坏。海冰撞击结构对结构施加的冰荷载是海上平台结构设计和寿命评估的重要影响因素。文章主要采用有限离散元法(FDEM)对海冰撞击结构进行研究。使用有限离散元法,将海冰离散为离散单元,其中包含有限元公式,对海冰与结构的相互作用进行评估。通过验证不同参数包括海冰的速度和结构的直径以及撞击的角度,揭示海冰对结构的作用机理,并为海上建筑设计提供借鉴。

磁吸板式排种器充种性能离散元仿真

论述了一种磁吸板式精密排种器结构及工作原理。以单列排种元件为研究对象,采用颗粒离散元法建立排种器仿真模型,分析了种箱移动速度、永磁体磁吸端面磁场强度和充种位置角对排种器充种性能的影响,得到各因素的最佳组合。仿真结果表明,影响排种器充种性能的主要因素是磁体端面磁场强度,其次是种箱移动速度。仿真及样机性能试验均表明,在永磁体端面磁场强度为150 mT、种箱移动速度为0.08 m/s、充种位置角为110°条件下,排种器均具有较好的充种性能,其单播率仿真值为89.57%,实际试验值达87.93%,仿真与试验结果基本一致,证明离散元法仿真分析磁吸板式排种器的可行性,同时也表明磁吸板式精密排种器可用于小颗粒蔬菜种子的精密播种。

高速铁路声屏障插入损失影响因素及规律

为研究声屏障降噪的主要影响因素及规律,基于边界元理论,结合高速列车实测声源识别结果,建立了高速铁路声屏障降噪效果预测模型,研究了包括高速列车不同位置声源、声屏障高度、声屏障截面形状和吸声边界条件对插入损失的影响,并在此基础上提出了对现役声屏障结构的改进方案.研究结果表明,列车声源高度对声屏障插入损失有重要影响,现有2.15 m高声屏障只对车体下方噪声有降噪效果;随着声屏障高度增加,插入损失逐渐增大,声屏障高于6.15 m时,插入损失达到25 d B（A）以上;对于不同截面形式的声屏障,降噪效果从优到劣依次为Y型、倾斜型、T型、外折型、直立型和内折型,其中Y型比直立型插入损失高0.7～1.5 d B（A）;对于任一类型声屏障,吸声引起的具体降噪效果与声屏障形式有关,有吸声边界条件的降噪效果要优于＂刚性光滑＂边界条件,前者与后者相比,其插入损失可提高0.3～6.4 dB（A）。

污秽不均匀性对绝缘子电场的影响

利用ANSYS有限元分析软件,对几种典型不均匀污秽绝缘子的三维电场及电位分布进行了计算;依据污闪放电机理,对干燥带出现后电场分布的变化及其位置的影响进行了计算。分析了污秽绝缘子表面电阻模型对电场及电位分布的影响,结果表明:污秽不均匀性对绝缘子电场分布影响显著。连接铁帽、钢脚的湿污秽区能削弱高压电极附近场强;上下表面不均匀污秽对绝缘子电位分布影响显著,周向不均匀污秽影响较弱。干燥带上场强与产生的位置有关,呈"U"形变化趋势。

隧道爆破开挖对邻近隧道安全影响的数值分析

新建隧道爆破开挖有可能引起邻近既有隧道的损伤。以湖南益阳亮轩公隧道为研究对象,利用ANSYS/LS-DYNA模拟了邻近隧道爆破对既有隧道的影响,分析了最大段装药量对隧道迎爆面震动速度的影响,模拟了最大段装药量为6 kg、24 kg、96 kg时迎爆侧的震动速度。结果表明,震动速度随最大段药量增加而增大,但增速趋于平缓。当最大段装药量为270 kg时,爆破效率最高。最后提出了一些控制爆破震动的措施。

脱空对机场水泥混凝土道面荷载应力的影响

提出了通过建立ABAQUS三维有限元模型,将计算弯沉盆与实测弯沉盆对比,得到较为精确的计算脱空参数的方法,并计算了机场水泥混凝土道面板底不同脱空程度对道面板荷载应力的影响.计算结果表明:有限元软件计算道面弯沉中,以静载代替脉冲荷载对计算结果影响很小;脱空区域基础与面层并非完全脱离,其反应模量较原值有一定折减;在严重脱空区域,道面荷载应力较未脱空时可增大80%.

基于挠度差值影响线曲率的简支梁桥损伤识别

推导简支梁某一点的挠度随移动荷载位置变化的函数,在理论上证明利用挠度差值影响线进行结构损伤识别的可行性。提出利用损伤前、后某一点的挠度差值影响线曲率来识别损伤的方法,即当移动荷载位于无损区域时,挠度差值影响线曲率为0,当移动荷载位于有损区域时,挠度差值影响线曲率明显增大,且与损伤点的位置、损伤前后的刚度有关。为验证该方法的正确性,采用一个单跨简支梁算例进行有限元模拟,算例表明该方法不但适用于单处损伤的情况,而且适用于多处损伤情况,且对结构的损伤位置和损伤程度都具有准确的识别能力。

某星形活塞发动机主连杆多轴疲劳强度分析

为评估某航空星形活塞发动机主连杆结构强度,建立曲柄连杆机构运动学和动力学分析模型,得到主连杆载荷特性。建立了考虑结构接触非线性因素的主连杆应力计算有限元模型,通过由模拟装置得到的实测应力数据对模型进行了标定,进而计算得到整个工作循环内的动态应力场。结果表明:副连杆引起的附加弯矩是影响主连杆杆身危险部位应力过高的主导因素。在此基础上,考虑结构表面工艺状态等因素的影响,基于临界平面法对主连杆多轴疲劳强度进行了校核。结果表明:该连杆杆身与大头过渡区域处疲劳安全系数较低,计算危险点与实际疲劳裂纹位置一致。

岩石边坡稳定性与支护的数值分析及综合比较

断层或节理裂隙等不连续面的切割导致岩体具有二重性——连续性和不连续性。由于目前还没有一种能考虑岩体二重性的实用的分析方法,所以对岩石边坡进行稳定性研究时应采用多种方法进行综合比较。采用有限单元法(属于等效连续介质力学方法)和块体单元法(属于不连续介质力学方法),对瀑布沟加里俄呷料场高边坡进行稳定性分析及支护研究。根据2种方法计算结果的综合比较分析,得到对该边坡的稳定性和支护方案的认识。研究结果还表明:若节理连通率的影响仅用强度参数表达,而在计算网格中不予考虑,则有限单元法和块体单元法得到的结果规律一致,且量值相差不大;由于块体单元法完全通过节理体现岩体的变形,而有限单元法则可考虑岩块的变形,所以有限单元法得到的位移值、屈服区及锚杆应力比块体单元法稍大。

大跨度拱桥施工阶段非线性稳定分析若干问题的探讨

本文讨论了用有限元法分析大跨度拱桥施工阶段的非线性稳定问题。重点研究了施工过程中主拱圈的非线性行为、失稳原因、失稳判别准则和失稳模态，说明了有限元程序实现的方法。基于某跨江大桥施工阶段稳定性分析研究，提出了若干建议。

降雨条件下花岗岩残坡积土路堑边坡稳定性研究

基于多孔介质饱和—非饱和渗流理论和非饱和土抗剪强度理论,采用极限平衡法与降雨渗流有限元相结合的方法,选取大庆—广州高速公路江西里仁—龙南段某典型高路堑边坡,利用岩土仿真软件GeoStudio建立模型,研究降雨条件下花岗岩残坡积土路堑边坡失稳破环的形态和机理。结果表明:随着降雨的进行,边坡中地下水位从坡脚处开始抬升,边坡坡脚处容易产生"小弧"滑动破坏;土体体积含水量的增加使得基质吸力下降,从而降低土体强度和边坡的安全系数,且基质吸力与安全系数的下降幅度基本同步;降雨强度对边坡的安全系数有较大影响,小雨阶段,安全系数降幅较缓,而暴雨阶段,安全系数降幅加剧,降幅达24.4%;在强降雨条件下,滑面基质吸力大部分丧失,失稳边坡发生了从整体失稳向局部失稳、从深层失稳向浅层失稳的转变,即强降雨是浅层滑坡的主要外在因素。

二维各向异性功能梯度材料热传导的边界元分析

为分析各向异性功能梯度材料的热传导问题,热传导系数采用指数模型,利用二维傅里叶积分变换和脉冲函数,得到了各向异性功能梯度材料的热传导问题基本解;利用基本解和边界条件,推导出了热传导问题的边界积分方程;将边界积分方程离散得到了边界元公式,进一步给出了内点和边界点上的温度和热流计算公式。最后利用常边界单元方法给出了正方形模型算例,说明了各向异性功能梯度材料具有缓解热应力和耐高温的特点。文中所得基本解可以为采用边界元法研究高温下各向异性功能梯度材料的力学性能提供理论上的支持。

长江堤防三维随机渗流场研究

给出分析各向异性非均质稳定随机渗流场问题的三维有限元模型;结合实际工程问题,统计分析长江荆南干堤土性参数的分布特征,通过Kolomogorov-Smirnov统计检验表明,渗透系数呈高斯分布假设可以接受。通过对长江荆南干堤随机渗流场的三维有限元统计模拟的数值分析,研究长江荆南干堤渗流场的各种随机特性,并进一步对随机模拟结果进行统计检验,验证模拟结果的合理性。在实际的分析研究中把上下游水位的随机波动引入三维有限元的随机分析模型,分析上下游水位的变异性对渗流场矢量的随机干扰和边界条件的随机性对随机渗流场分析结果变异性的影响。在此基础上进一步考虑施加诸如垂直截渗墙、下游导渗沟等抗渗措施后其作为复杂边界条件的扰动,在与场内土性参数的变异性共同影响下,对渗流场水头势分布的随机干扰特性,并与相应的确定性稳定渗流场问题的结果对比,证实随机渗流场研究的必要性、可行性及实用性,实现对长江荆南干堤的三维渗流场的较为全面的随机场模拟及特性分析,分析得到的结论通过统计检验并结合实测工程数据对照证明是可靠的,所研制的程序是适用的。

应变局部化带追踪模拟的复合单元方法与应用

利用复合单元技术考虑应变局部化带的影响,提出一种新的追踪应变局部化带发展的算法。通过直接降低材料参数来体现应变局部化带内软化的影响,对所有可能发生的应变局部化带的位置和方向进行记录与模拟;借用节理裂隙的统计方法拟合局部化带,得到破坏通道;然后重新对该破坏通道和原有网格信息进行复合单元的拓扑信息生成,并在此基础上重新进行计算,对局部化带发展追踪过程进行复核。该算法不要求追踪路径的连续性,并可充分考虑各局部化带间的相互影响。边坡算例证实所提出方法的可行性和可靠性,宝珠寺大坝的数值计算与模型试验的对比分析则说明提出的方法已具备解决实际工程问题的能力。

黏土基坑抗隆起稳定分析的多块体上限解

为了将多块体上限法拓展应用到饱和黏土基坑抗隆起稳定性分析中,提出支护墙体刚性条件下,用于饱和黏土基坑抗隆起稳定分析的多块体相容破坏模式,并给出相应的上限计算能量方程。为检验多块体上限方法的应用情况,结合实际工程案例以及针对基坑宽度、坑底基岩埋置深度、支护墙体与土体间侧摩阻、支护墙体入土深度和土体强度非均质等对抗隆起稳定存在影响的因素进行计算和分析,并将多块体上限法计算结果与基于Terzaghi模式及Prandtl模式的上限解、Faheem强度折减有限元计算结果、Ukritchon的极限分析有限元计算结果做了广泛的对比。通过对比可以发现,所给出的多块体上限解是所讨论上限解中最优的,计算结果与Ukritchon的极限分析上限有限元计算结果较为接近,而多块体上限方法与Ukritchon的极限分析上限有限元相比,更容易实现,计算量也要小得多。通过大量计算以及与其他方法的对比可以发现,多块体上限方法在黏土基坑抗隆起中的应用是比较成功的。

液固高速撞击时材料表面损伤的数值模拟

为了研究液固撞击的机理,采用光滑粒子流体动力学方法(SPH)与有限单元法(FEM)建立了考虑流固耦合效应的高速液固撞击数值模型,详细分析了直径为2 mm、撞击速度为1 000 m/s的液滴和射流对有机玻璃(PMMA)的三维撞击和破坏状况.分析表明:射流与液滴在撞击初始时刻的前缘变形和内部压力分布几乎是完全相同的;液滴撞击固体的最大压力值出现在0.20μs时,但此时材料内部最大等效应力只有104 MPa,材料还不足以发生破坏;产生于液固撞击瞬时后0.32μs、速度高达2 925 m/s的侧向射流是使固体表面产生破坏的主要原因,因此撞击最初的破坏位于以撞击中心为圆心的一个圆环区域处.所得材料表面损伤情况与Brunton的实验数据吻合良好,证明了数值模型的可行性和精确性.

武汉杨泗港长江大桥主桥静、动力特性研究

武汉杨泗港长江大桥主桥为主跨1 700m的悬索桥,加劲梁主桁架为华伦式桁架结构,上、下层行车道桥面系均采用正交异性钢桥面板。为了解大桥静力及抗风安全性,采用BNLAS软件建立主桥整体空间杆系有限元模型进行理论计算,制作1∶52.67主桁梁节段模型和1∶120全桥气动弹性模型,进行风洞试验,分析静动力特性以及抗风措施对动力特性的影响。结果表明:大桥恒载与活载的作用效应之比约为9∶1,加劲梁竖向、横向挠跨比均远小于规范允许值,大桥静力特性满足要求;主梁颤振失稳形式为"软颤振",主梁上层桥面外侧挑臂加宽90 cm后,大桥的静风稳定性和气动稳定性均满足要求。

地下洞室施工监测预报信息系统研究

针对地下洞室设计、施工中“力学参数给不准,信息管理混乱”的问题,有必要对岩石参数进行反演,并对反演分析及监测预报过程中需要和新产生的大量数据、图形信息进行有效的管理.结合实际工程,基于数据库、面向对象、可视化三大关键技术,在Delphi集成环境中开发了地下洞室施工监测预报信息系统.该系统可实现地下洞室力学参数反演分析、开挖预报过程的可视化;以及对参数反演及地下洞室开挖监测预报过程中的大量信息进行有效管理.系统在功能和用户界面等方面都具有较好的通用性,可在同类工程中推广.

沁水盆地南部山西组致密砂岩古构造应力场模拟及裂缝预测

以沁水盆地南部地区山西组为例,系统研究了煤系致密砂岩的裂缝发育特征,并对其古构造应力场进行了模拟,在此基础上,对裂缝发育区进行了预测。研究结果表明,山西组致密砂岩中发育不同级序的裂缝,主要为构造缝,其含量大于90%。构造缝主要为张性缝、剪切缝及挤压缝;非构造缝主要为溶蚀缝。目的层致密砂岩的裂缝充填类型主要为未充填及半充填,裂缝的有效性好。利用三维有限元法对山西组Ⅱ砂组进行了精细地质建模及古构造应力场模拟,恢复了目的层在喜马拉雅期最大一幕挤压应力环境下的古地应力场。考虑到目的层主要发育张性缝和剪切缝,同时还含少量挤压缝,构建了综合破裂率参数来定量预测裂缝的发育程度,预测结果与实际地质情况吻合较好。该方法可以实现复杂构造区致密气储层裂缝甜点的有效预测。

油田区域性阴极保护计算机辅助优化设计研究

油田区域性外加电流阴极保护系统可视作性定电流场，区域内的电位分布遵守Poisson方程．利用边界元素法求得Poisson方程及其边值条件的数值解，同时利用牛顿法和梯度法相结合的方法求解大型非线性方程组，在系统阳极位置的寻优过程中应用可变误差多面体算法解决了带约束条件的多元非线性隐含目标函数的寻优问题．本文对油田区域性外加电流阴极保护系统计算机辅助优化设计中的数学模型及其求解进行了探索性研究，并得到了实验验证．