基于ABAQUS部件装配和单元追踪的盾构隧道施工数值仿真对比研究

当采用通用有限元软件ABAQUS模拟盾构隧道施工时,部件装配法应用广泛,但其在处理盾壳、注浆体、土体及管片等多部件间复杂接触关系时,常面临计算收敛性不佳的挑战;而单元追踪法通过共节点单元复制有效规避了这一难点。构建了荷载-结构模型,对比验证部件装配法与单元追踪法的收敛性,计算显示在相同的网格密度下,单元追踪法在收敛性方面展现出了显著的优势。以双线盾构隧道下穿路基施工为依托,深入对比分析了部件装配法与单元追踪法模拟盾构施工时,计算所得的土体变形、路面沉降、管片内力及计算效率的差异。研究结果表明,两种方法在土体变形、路面沉降、管片内力计算上的差值在5%以内,且单元追踪法可缩短14%的计算时间。鉴于此,在运用ABAQUS模拟盾构隧道施工且研究重点不聚焦部件间详细接触关系时,推荐单元追踪法作为首选方法。

金属矿山超千米深TBM主机组装硐室破坏形式分析与支护设计研究

针对某金属矿山超千米深TBM大断面主机组装硐室的支护问题,采用现场调查、室内试验、理论分析等方法,综合考虑深部地应力情况,研究大硐室破坏形式,基于Q系统法及抛物线拱法,提出硐室支护方式及支护参数,最后运用数值模拟方法验证支护效果。结果表明:TBM主机组装硐室破坏形式为楔形体冒顶破坏,潜在破坏区域在硐室拱顶4.2 m范围内,计算Q值1.84,提出锚杆+网片+喷砼+长锚索的支护方式及其参数;数值计算表明,支护后,巷道临空面最大位移约为3 cm,顶板与两帮剪切破坏与拉伸破坏均在锚索控制范围内,锚索未发生破坏,支护效果良好;方法充分结合现场围岩情况、深部地应力条件与硐室破坏形式,适用于金属矿深部大断面硐室支护设计。

爆轰波碰撞聚能无网格MPM法数值模拟

爆轰聚能经常被应用于工程爆破切割,为了探索新的聚能爆破形式,本文应用无网格MPM法对圆柱筒装药和导爆索多点起爆形式的爆轰波碰撞聚能问题进行三维数值模拟,采用显式积分算法完成爆轰波形成和汇聚过程以及爆轰压力场分布的数值计算,并将数值模拟结果与实验结果做了对比分析。由此验证了无网格MPM法的准确性,也为炸药聚能爆破提供了新的思路和高效的操作方法。

基于ABAQUS的预制装配式地铁车站结构拼装成环后力学行为研究

预制装配式地铁车站结构精准拼接是保证结构稳定性和防水性的关键性问题。由于结构自重较大,在拼装成环后,当结构拱脚无支撑时会产生较大的位移,影响拼装的质量。文章以长春地铁2号线袁家店预制装配式车站为工程背景,考虑预制构件之间的接触关系,建立"地层-实体-接触"计算模型,研究不同支撑方式对于结构内力、应力及变形的影响。计算结果表明:拱脚采用钢支撑能够有效降低结构拱顶和拱脚不利位置处的弯矩和剪力,轴力略微增大;在有支撑条件下结构整体的应力值下降,接头接触应力下降,张开量减小;拱顶的竖向位移和拱脚的侧向位移减小,有效地降低了拼装误差,提高了整体的拼装精度。

一种混合算法在装配序列规划中的应用研究

基于现有复杂产品装配序列的特点,建立了装配体的几何可行性、零件的重新定向次数及装配体稳定性的目标函数。在原有离散粒子群算法的基础上,引入改进的进化方向算子,该算子可较为突出的改进离散粒子群算法的局部搜索能力。提出了一种混合算法,该算法在不牺牲粒子群算法的局部搜索能力和搜索速度的同时,提高其全局搜索能力,减少算法平均迭代的步数。算例表明:该混合算法具有优良的局部搜索特性及全局搜索特性,算法可快速收敛至全局最优解,可有效解决装配序列规划问题。

用于推进轴系振动分析的改进数值组装法

为计算推进轴系的中高频振动,对现有数值组装法(numerical assembly method,NAM)进行改进。改进的数值组装法(modified NAM,m-NAM)首先将推进轴系等效为多跨阶梯Timoshenko梁,采用精确的振动微分方程描述等截面梁段,并根据节点连续性条件构建系统矩阵方程,然后设计加权矩阵,通过行归一化降低系统矩阵的病态程度,解决NAM的高频数值发散问题。通过数值算例比较m-NAM、NAM、连续质量传递矩阵法和解析法,计算结果表明,m-NAM显著拓宽了轴系振动频率的计算范围,在高频段仍保持较高的计算精度。

基于CUDA的有限元矩阵并行装配算法研究

构建航天飞行器的结构有限元模型是准确模拟飞行仿真、完成飞行器在轨飞行阶段结构故障监测和诊断的基础。采用细长体飞行器简化梁模型,提出新的基于CUDA(Compute Unified Device Architecture)的有限元单元刚度矩阵生成和总刚度矩阵组装算法。依据梁单元矩阵的对称性,结合GPU硬件架构提出并行生成算法并进行改进。为有效减少装配时间,在装配过程中采用着色算法,提出了基于GPU(Graphics Processing Unit)共享内存的非零项组装策略,通过在不同计算平台下算例对比,验证了新算法的快速性。数值算例表明,本文算法的求解效率较高,针对一定计算规模内的模型可满足快速计算与诊断的实时性要求。

错缝拼装盾构管片的收敛变形研究

地铁隧道的收敛变形是影响地铁正常运营的重要因素,地铁保护区内工程施工造成的堆载、卸载、基坑降水等工况会导致地铁隧道收敛变形发生极大变化。为分析错缝拼装盾构管片的收敛变形规律,首先,设计和实施了三环足尺试验,发现管片在试验工况下呈"横鸭蛋"式变形,中环横向收敛变形存在进入塑性阶段的关键点,原因是纵缝螺栓屈服;然后,利用通用有限元软件ABAQUS建立三维有限元模型,经试验数据对比验证后,用该模型探究拼装方式对管片收敛变形的影响规律,发现在试验前后环拼装方式下,封顶块位于底部时横向收敛变形较小;环间错缝效应越强,收敛变形越小。

预制节段拼装箱梁长期变形性能研究

采用混凝土徐变理论,在整体浇筑桥梁长期变形计算模型的基础上,结合混凝土龄期效应的分时步计算法,推导出预制节段拼装箱梁的长期变形计算模型。此模型考虑了预应力损失引起的滞后弹性变形,在时间划分的足够细的情况下计算准精度较高。最后,以南沙大桥引桥62.5m跨为工程背景,利用有限元软件Midas Civil,分析了混凝土收缩徐变对南沙大桥引桥长期变形性能的影响。结果表明,所建模型可为预制阶段拼装箱梁长期性能的数值分析提供了一定的理论依据。

发动机零件泄漏测试传热分析

针对车用发动机零部件泄漏测试过程中温度差异导致结果偏差的问题,对泄漏测试中各过程建立数学模型,并采用集总热容法对测试过程进行瞬态分析和数值模拟。研究结果表明在发动机零部件泄露测试过程中,其第一阶段即充气和稳压阶段零件被测容积能够达到压力和温度平衡,即充气参数和充气过程并非测试结果偏差的因素;在其第二阶段即测试阶段,零件温度会依负指数规律随时间变化,是导致测试结果偏差的主要原因。进一步给出了气体温度变化关系式,为发动机零部件泄漏测试提供参考。

钻爆法双线铁路隧道预制拼装二次衬砌分块方式研究

针对钻爆法施工隧道二次衬砌采用模筑混凝土衬砌时其施工速度慢且拱部衬砌质量难以达到设计要求等问题,提出适用于钻爆法施工的双线铁路隧道预制拼装二次衬砌结构分块方案。基于盾构法隧道管片接头的计算理论,计算得到预制二次衬砌横向和纵向接头的刚度值。利用梁-弹簧计算模型对不同分块方案进行对比和分析,研究不同厚度拼装衬砌的受力特性,提出较优的拼装二次衬砌厚度为500 mm。同时采用壳-弹簧计算模型对不同幅宽的通缝拼装二次衬砌内力分布进行了分析,结果表明,预制拼装二次衬砌内力分布具有明显三维特性,接头边缘部位弯矩较大,而中部弯矩较小,拼装二次衬砌的幅宽宜为2.0 m。

Ernst电极系统电场均匀性分析

分析了用于TEA CO2 激光器的Ernst电极在加工和装配过程中可能产生的误差对整个电极系统电场均匀性的影响。引入模拟软件ANSYS,利用有限元方法计算了 Ernst电极系统的静电场问题。计算结果给出了在电极表面曲线不连接或交错、电极中部曲线被磨平、上下电极水平错开、上下电极间距偏差和上下电极不平行时的电极表面电场的畸变情况和变化趋势。计算误差小于5×10-4。

基于Fe-SMA的钢桥面板疲劳裂纹装配式主动加固方法

为实现对钢桥面板的快速加固,提出了基于铁基形状记忆合金(Fe-SMA)的钢桥面板疲劳裂纹新型装配式主动加固的方法;通过精细化双面加固有限元模型计算结果及对初步激活与加载试验的观察,验证了加固系统安全性与可靠性;在此基础上以U肋对接焊缝的疲劳裂纹为研究对象,根据线弹性断裂力学,结合该疲劳细节受力与开裂特征,采用循环荷载作用下表面裂纹和中裂纹尖端的Ⅰ型裂纹应力强度因子幅值对加固系统的加固效果进行评价,确定了针对不同长度裂纹的具体加固方案。研究结果表明:基于Fe-SMA的钢桥面板疲劳裂纹主动加固方法可将裂纹尖端应力强因子幅值降低至扩展阈值以下,能有效遏制疲劳裂纹的进一步扩展;对于长度在50 mm以下的未贯穿型疲劳裂纹可采用宽度为60 mm的Fe-SMA进行加固,裂纹前缘关注点应力强度因子降幅达90%以上;当贯穿型疲劳裂纹长度为50~120 mm时,可采用宽度为120 mm的Fe-SMA进行加固;当疲劳裂纹长度为120~350 mm时,需采用底板、腹板同时加固的方法来对疲劳裂纹进行加固,均能达到理想的止裂状态。

宝浪油田流动单元最优开采组合方式的确定

宝浪油田宝北区块储层属于典型的低孔低渗而且伴有强烈的非均质性,前期投入注水开发时没有充分发挥储层的产油能力,产量递减速度加快。流动单元是评价储层质量及开发效果的强有力手段。鉴于宝浪油田流动单元方面的研究已有一定的基础,油田开发调整一方面需要在新井布置上尽量符合流动单元的空间分布,另一方面需要努力探索不同流动单元最优组合开采的可能性。本文在本区流动单元研究的基础上,利用数值模拟方法对不同的流动单元组合开采方式进行简化模拟,通过分析注入孔隙体积倍数、含水率、单位孔隙体积采油速度、采出程度之间的关系,确定本区流动单元最优开采组合方式为流动单元B与流动单元C组合开采,流动单元D单独开采。这一结果将对油田经济高效开发具有重要的现实意义。

某室内游乐中心微曲面网架结构设计与分析

分析了某室内游乐中心中央游乐大厅屋盖的建筑造型,利用数值逆吊法实现自由曲面屋盖的找形,提出四种结构体系并对其进行初步对比分析,确定采用各方面性能较好的微曲面网架。采用有限元软件对结构体系在各荷载工况和组合下进行了静力分析及动力分析,得到了结构的受力、变形和振型特点,通过将屋盖加入整体结构进行对比分析,保证屋盖设计的精准及安全。