Matlab工具箱在大地电磁测深二维正演中的应用

介绍了MATLAB软件中的PDE工具箱，并将其用于大地电磁测深二维正演问题中视电阻率和阻抗相位计算。有限元求解的精度主要受网格剖分，特别是三角形尺寸的影响，过密的网格剖分使得计算机求解需要过长的时间及较大的内存。MATALB有限元工具箱中采用自适应网格剖分，能克服其缺点。理论模型求解结果表明，MATLAB是进行有限元计算的有效工具。     

裂纹扩展过程的数值模拟

着重讨论了裂纹扩展过程模拟中的有限元分析技术，提出一种高精度和高效率有限元计算的网格动态重新划分策略，利用能量释放率准则和节点力释放的方法，模拟裂纹的传播过程。研究指出了有限元模拟技术对裂纹传播问题的有效性及其实用价值。     

弹簧表面裂纹应力强度因子有限元分析

机车车辆弹簧表面都或多或少存在着一些裂纹,目的是为了定量描述裂纹对弹簧的影响规律。运用有限元分析软件,采用20节点单元、裂纹前缘单元采用1/4节点单元,对弹簧施加不同载荷以及改变裂纹的长度和深度进行求解,从而得到各裂纹前缘的应力强度因子。计算并分析了弹簧表面裂纹深度、长度同应力强度因子之间的关系。     

新型二维轮轨耦合单元及OpenSees实现

基于轮轨竖向非线性接触关系,提出一种新型通用二维轮轨耦合单元模型,并在有限元OpenSees软件平台上实现。所提单元由轮节点和所有可能与之接触的梁单元节点组成,通过建立和求解关于轮轨作用力的一元三次方程,得到轮轨之间的接触力,计算由轮轨相互作用产生的耦合单元各节点力,定义为单元内力。通过与文献中计算结果对比,验证了该单元模型的准确性和可靠性,基于此模型分析高速列车通过桥梁时在轨道不平顺激励和地震作用下的动力响应。此耦合单元模型易于集成到有限元计算平台中,能与已有的列车模型、轨道和桥梁等模型联合使用,能够考虑轨道不平顺和轮轨脱离等情况,可用来分析复杂竖向车桥耦合系统的动力问题。     

有限元网格自适应技术在轮轨接触分析中的运用

就有限元网格自适应加密技术在轮轨接触应力分析中的运用进行了尝试，并以vonMises(冯.密赛斯）等效应力超过屈服应力为网格自适应加密准则，根据实际轮轨材料的弹塑性应力-应变强化曲线，对轮轨接触问题进行有限元弹塑性分析，实现了在轮轨接触中的应力集中部位单元网格的自适应加密，提高了轮轨接触应力分析的计算精度和效率。     

网格密度对制动盘温度场的计算精度和效率的影响

数值模拟计算中网格密度是影响计算精度和效率的因素。采用ADINA软件,针对制动盘表面温度场,在网格单元数300～4 500范围内,比较了网格密度对制动盘温度场的计算精度和效率的影响,结果表明:制动速度在50～160km/h条件下,随着单元数的增加,计算效率逐渐降低,计算精度在网格单元数超过1 000后没有明显提高;网格划分方法对计算效率也有影响,从圆周方向划分比半径方向更能提高计算效率,网格单元数在3 000～4 500范围内,速度50km/h条件下,二者计算时间最大差值是7.59%;网格密度影响计算精度的原因是单元数量改变了求解线性方程的数量而使计算结果与实际状况出现差异。     

速度400 km/h轮对初始旋转惯性对滚动接触有限元模型的影响

基于显式动力学有限元方法所建立的三维轮轨滚动接触模型是研究高速铁路轮轨相互作用的有效工具。该模型既考虑轮轨的真实几何形状(包括不平顺)和材料非线性，又详细考虑轮轨间的几何接触关系和轮轨系统的纵向动力学性能，得到广泛的应用。在具体实现模型仿真时，采用隐式-显式相结合的办法。传统的做法是，隐式计算时不考虑车轮的旋转，只考虑重力作用下的静态位移场，然后将得到的静态结果作为显式计算的初始条件，同时对车轮施加前进速度和转动角速度以及转矩等条件，求解轮轨的相互作用。大量文献表明，用这种做法来启动显式动力学求解，会产生剧烈的初始瞬态响应，导致求解时间过长，甚至不收敛，尤其在速度高达400 km/h时。基于此，对上述模型进行了改进，在进行隐式计算时，首先考虑车轮的旋转，得到车轮在离心力作用下的位移，在此基础上再考虑车轮受重力作用与钢轨发生接触，得到接触斑、法向接触应力以及车轮的应力应变等，然后将更新后的结果作为显式计算的初始条件进行显式动力学求解。算例表明：改进后的模型可大大减小初始瞬态响应，减少有限元节点和网格数，从而加快计算的收敛过程，提高计算效率；轮轨力频谱存在无衰减频带，在该频带内轮轨力随着模...     

基于遗传退火混合算法的网格铁路信息服务组合优化研究

在研究网格铁路信息服务相关理论的基础上,应用加权求和法构建了基于QoS的网格铁路信息服务组合优化模型,并利用遗传退火混合算法对模型进行求解,最后以购票服务为例,运用Matlab进行仿真计算,验证了基于QoS的网格铁路信息服务组合优化模型的合理性与遗传退火混合算法的正确性.     

基于宏观建模方法的胶合木-钢夹板螺栓连接数值模拟

为解决胶合木-钢夹板螺栓连接三维有限元模型计算效率低、收敛性差的问题,采用一种有限元宏观建模方法进行胶合木-钢夹板螺栓连接的模拟,该方法通过非线性一维单元的组合,从而简化连接节点性能的有限元计算。同时,结合胶合木-钢夹板螺栓连接件抗剪性能试验,建立各连接节点的宏观模型和传统三维有限元模型。通过对比试验结果与宏观模型的计算结果,来验证该有限元宏观模型的计算效率及计算精度。研究结果表明:胶合木-钢夹板螺栓连接的宏观模型与连接件抗剪性能试验的荷载-滑移曲线是一致的,该宏观模型能够正确反映胶合木-钢夹板螺栓连接节点的剪切性能、滑移特性、滞回性能、刚度退化和失效特性。相比传统三维有限元计算方法,有限元宏观模型的计算成本相对较低,且收敛性较好。有限元宏观建模方法可有效提高具有大量连接的复杂结构非线性分析的计算效率。     

各向异性夹层壳非线性有限单元法T.L列式

采用Ｔ．Ｌ列式对各向异性夹层壳进行弹考与几何非线性分析。结构以退化壳体单元离散化。单元以８节点Ｓｅｒｅｎｄｉｐｉｔｙ形函数描述其几何形状，而以９节点拉格朗日蝉 位移场。计算实例表明效果良好。形     

双线铁路箱梁施工阶段跨中截面应力的有限元分析

在双线高速铁路建设中，广泛采用整体箱型梁结构形式。本文采用弹性力学有限元方法。建立了8节点六面体等参数单元的三维应力分析有限元模型。结合双线铁路预应力混凝土简支箱梁的施工，利用SAP90通用结构有限元分析程序，建立了整体箱梁三维实体单元模型，通过梁单元施加预应力荷载效应。箱梁采用后张法施工工艺，分别以预应力初张拉阶段、预应力终张拉完成、二期恒载作用为分析荷载工况，计算了箱梁跨中截面应力，给出在施工过程中箱梁跨中截面的应力随预应力张拉的变化及分布情况。通过有限元分析结果与铁路桥涵设计规范的比较得出，该箱梁结构设计合理，施工方案可行。本文所采用的分析方法和结论对于双线铁路箱粱的设计与施工有一定的借鉴意义。     

空心车轴不同形状比裂纹应力强度因子的仿真研究

空心车轴在运用中可能会出现意外损伤而诱发表面裂纹。应力强度因子是预测裂纹扩展情况的重要参数。本文分析了空心车轴的运用载荷,根据所测载荷谱,采取有限元方法计算车轴横截面的应力分布情况。采用四分之一20节点等参退化奇异单元模拟裂纹前缘的应力奇异性,建立空心车轴表面裂纹扩展的有限元模型,并对裂纹前缘进行离散,实现正交扩展,得到不同步扩展的裂纹前缘。在此基础上对裂纹前缘不同位置的应力强度因子进行计算分析,得出不同初始形状裂纹前缘扩展中的应力强度因子分布规律。计算结果表明,具有不同初始形状的裂纹,随着裂纹的扩展,裂纹形状将趋于某一形状比范围内。与解析方法计算的结果比较,二者基本吻合。     

框加结构振动分析的动态有限元法

从能量泛函出发，通过引入高阶动态位移模式，导出杆，梁，框架结构动态有限元列式，建立了杆梁动态有限单元，数值算例结果表明，本文理论正确，计算精度高，方法简单，易行。     

地铁杂散电流场的有限元模拟

为了研究地铁杂散电流场的分布规律及其影响范围,建立二维地铁杂散电流场数学模型,采用伽辽金有限单元法进行求解,根据有限元控制方程编制求解程序.对存在解析解的圆环域恒定电位场的模拟计算结果表明,该数学模型和计算程序是合理的可行的.对均匀介质、成层介质的地铁杂散电流场模拟计算结果表明:从地铁隧道到周围地下环境的电位都是非线性衰减的;距离地铁隧道越远,杂散电流强度越小;加大地铁隧道附近区域的电阻可以减小地铁杂散电流的影响范围.本文有限元模拟计算结果可作为确定杂散电流防护范围、定量评价地铁杂散电流对周围地下环境影响程度的依据.     

高层钢-混凝土混合结构的弹塑性时程分析

采用ABAQUS通用有限元软件分析钢-混凝土混合结构在地震作用下的动力特性及动力时程反应,得到了结构在不同地震烈度下的顶点位移时程、加速度时程、楼层位移及层间位移角反应;并研究了地震作用下混合结构的开裂、屈服与破坏情况。研究结果表明:混合结构的楼层侧移呈弯剪综合的变形特性;结构的最大层间位移角发生在结构的中下部楼层,且随地震烈度加大,最大层间位移角出现的楼层位置呈下移趋势;混凝土核心筒的连梁先于底层剪力墙发生破坏而成为结构的薄弱环节。     

车体抗侧向载荷强度评估

为了评估车体抗侧向载荷的强度,采用全尺寸部分车体进行静态、动态压缩试验,同时还进行了与经验性试验同样载荷工况下的有限元分析.在载荷-时间特性和车体变形模式方面,有限元数值分析结果和经验性结论一致.得出了一种利用有限元分析评价车体抗侧向载荷撞击变形特性的方法.     

预弛度接触网静态形状解析计算

对预弛度接触线的简单链形接触悬挂,以2种抛物线单元为基础,给出只受自重影响下的简单链形接触悬挂静态形状计算流程,利用经典力学方法,推导出不同坐标系下接触线、承力索的静态形状。最后通过对比有限元仿真结果,验证该计算方法的准确性。应用该研究计算方法可对简单链形接触网进行吊弦预配计算,指导接触网的设计施工。     

不同自由度单元之间连接刚度问题的研究与应用

针对有限元分析中,板壳单元与实体单元之间由于自由度的不匹配,使转动自由度在板壳单元与实体单元交界处产生不连续的问题,提出了采用约束方程进行联合建模的思路。根据有限元理论进行公式推导,得到了约束方程在板壳单元与实体单元连接处的刚度协调方程;用有限元实例进行计算比较验证;将该建模方法运用于某地铁车的仿真当中。理论分析及仿真结果表明,非协调性单元之间自由度的协调统一对仿真结果有较大的影响,采用约束方程在板壳单元与实体单元之间形成过渡能有效消除自由度不协调的问题,从而得到更切合实际的仿真结果。     

大跨径钢管混凝土桁架拱桥稳定性分析

对小三峡大桥主桥即中承式钢管混凝土桁架拱桥的空间稳定性进行了分析。采用Midas/civil有限元程序建立该拱桥的空间有限元计算模型,对其进行了空间稳定性计算与分析。计算结果表明:该拱桥拱肋的横向刚度较小,可以通过优化拱肋截面尺寸与改善横撑结构形式达到提高拱肋横向刚度的目的;桥面系面外刚度略小,需要加强预制小T梁与横梁的连接,同时加大边纵梁的截面尺寸并与横梁固结,以提高桥面系的面外刚度,使桥面系形成强大的梁格体系,共同抵抗外荷载的作用。     

设置横隔板对空心板桥荷载横向分布的影响

对聚苯乙烯泡沫塑料作空心板内膜并设置横隔板后的空心板桥进行整体性能分析,利用有限元程序MIDAS/Civil建立装配式预应力混凝土空心板桥计算模型,探讨设置横隔板后装配式预应力混凝土空心板桥荷载横向分布。研究结果表明:采用聚苯乙烯泡沫塑料内膜作装配式空心板的内膜,会使整桥的荷载横向分布变得均匀,增大空心板桥的板间联系,加强装配式混凝土空心板桥的整体性。