条形装药土中爆炸成腔的三维数值模拟

运用数值模拟方法对土中爆炸成腔进行仿真研究。介绍运用LS-DYNA3D程序求解运算的基本流程,并运用该程序对条形装药条件下土中爆炸成腔进行三维模拟。结果表明,该法模拟的土中爆炸成腔与试验基本相符。     

沥青路面表面裂纹扩展路径的数值模拟

应用线弹性断裂力学理论结合考虑交通与温度荷载的有限元方法研究沥青路面表面裂纹扩展路径。采用1/4等参奇异性单元模拟裂纹尖端的应力奇异性,运用窗口移动技术模拟裂纹扩展路径,并开发了沥青路面裂纹扩展模拟程序。计算了三种不同长度的路面表面裂纹分别在5种荷载工况作用下的应力强度因子及裂纹起裂角,并模拟了表面裂纹向下扩展的情况。模拟表明,该方法能较好地模拟裂纹扩展路径,有助于更好地了解沥青路面的开裂行为。     

沥青混凝土复合型裂纹扩展行为数值模拟

应用线弹性断裂力学有限元程序,对一系列沥青混凝土偏直裂纹的扩展路径依据标准的三点弯曲梁试件解析。结果表明,随着预制裂纹偏离梁中线距离的增加,裂纹的起裂角和峰值荷载都增大。当集中荷载一定时,预制裂纹越长,应力强度因子越大;当预制裂纹长度与梁高比率a/W为0.4时,裂纹起裂角最大。I型应力强度因子和裂纹起裂角与比率a/W之间可分别用三次多项式很好地拟合。裂纹扩展路径总体上遵循一定的规律。试验结果表明,由于沥青混凝土材料颗粒的不均匀性,裂纹扩展路径通常沿着集料颗粒边界扩展而很少切断颗粒。虽然裂纹尖端处于I-II复合型应力状态下,但拉应力仍然是裂纹扩展的主要驱动力。     

路基冲击压实的数值模拟分析

在分析冲击压路机的工作原理、动力有限元模拟分析原理及冲击荷载特征的基础上，以118工程进场道路高填路基冲击压实工程为例，用瞬态动力学方法对路基冲压过程进行数值模拟分析，得出了一些有益的结论。冲压处理有效加固深度可达1．2～1．8m，可加速填土的固结变形，减小路堤的工后期沉降，提高路基承载力、稳定性和均匀性，说明冲压是一种高效率解决高填路基沉降稳定的有效方法。     

爆生气体作用下岩石非均匀性对裂纹扩展的影响研究

基于对岩石细观结构的认识，考虑岩石的非均匀性，将岩石材料性质通过某种统计规律来描述，即按照某个给定的威布尔分布和正态分布来赋值，建立一个从细观层次上分析岩石破裂过程的非均匀模型，对岩石非均匀性及初始地应力对裂纹扩展的影响进行分析。经过计算得知，均质度系数是表征岩石材料细观差别的性质参数，也是决定岩石宏观力学性质的内在因素。     

水下非接触爆炸冲击作用下悬浮隧道动力响应

为了研究水中悬浮隧道在近场非接触爆炸荷载作用下的运动学及动力学行为规律,通过任意拉格朗日欧拉耦合算法处理流固耦合和强间断流场模拟问题,采用Jones-Wilkins-Lee （JWL）方程和Mie-Gruenisen状态方程分别模拟爆生气体和水的压力,并利用基于势流理论和边界元法的LS-DYNA有限元动力学程序实现上述问题求解计算,分析锚索支撑体系、炸药量和爆心距离对悬浮隧道结构位移、速度、加速度和应力的影响。结果表明：非接触爆炸冲击作用下,3种支撑体系的差异对悬浮隧道管段的位移、速度、加速度和应力影响较小,相同爆炸荷载作用下垂直支撑锚索的轴力远小于其他2种工况（组合支撑和倾斜支撑）,组合支撑体系和倾斜支撑体系比垂直支撑体系锚索轴力最大值要大296%和283%;管体的位移、速度和应力随着炸药量增加近似呈线性增加,加速度近似呈抛物线增加,200,500 kg炸药引起的管段跨中加速度比100 kg炸药引起的加速度大26.2%和223%,炸药量是影响悬浮隧道结构安全性的关键因素;管段位移、速度、加速度和应力随着爆心距增加而近似呈幂函数下降;与2 m爆心距相比,5,10,20 m工况时加速度峰值分别下降了73.2%、94.2%、97.5%;通过回归分析和拟合函数可计算满足结构安全的允许炸药量和安全距离,进而为非接触爆炸荷载作用下悬浮隧道的安全性评价提供依据。     

冲击压实软粘土地基的数值模拟

应用简单的弹塑性动力计算模型对冲击压实技术在软粘土地基加固中的作用机理进行数值模拟,预测软粘土地基在冲击压实荷载作用下的动力响应。结合实际工程给出了在考虑地基材料的剪切模量、阻尼比等因素情况下的计算结果。     

改进的数值流形算法在复杂裂纹模拟分析中的应用

在利用有限单元法进行复杂裂纹分析时,前处理的网格划分以及裂纹扩展时的网格重构会带来很大困难,而流形方法里定义的两套独立网格可统一求解连续和不连续问题,其前处理需求十分简单,特别适于求解各类裂纹问题。基于新发展的流形方法覆盖系统自动生成算法,采用三角形数学网格和J积分,将数值流形方法应用于各种复杂裂纹应力强度因子的计算和分析求解。数值算例结果表明了方法的有效性和计算精度。     

含初始裂缝的素混凝土梁三点弯数值模拟

基于扩展有限元方法(Extended Finite Element Method,简称XFEM),对含有初始裂缝的素混凝土梁在三点弯曲载荷作用下的完整断裂过程进行了三维的数值模拟,计算在大型有限元软件平台Abaqus中完成。通过数值分析得到了在极限载荷作用下的裂纹扩展过程以及结构极限承载力与破坏模式,本文的结果可以为实际工程中混凝土梁的破环模型、承载力水平提供参考与依据。     

钢桥面板横隔板多裂纹扩展三维数值模拟及其特性研究

针对正交异性钢桥面中横隔板弧形开孔处存在的多裂纹这一特殊情况,采用通用有限元软件ANSYS建立了含多裂纹的有限元数值模型。基于所建立的数值模型,通过计算精度较高的相互作用积分法得到裂纹尖端应力强度因子K,并将其作为基本参量对多裂纹的扩展特性进行分析研究。研究结果表明:正交异性钢桥面板中初始存在多条裂纹时,随着荷载循环作用次数的增加,裂纹扩展将发展成以其中一条裂纹作为主裂纹进行扩展,剩余裂纹则在扩展至一定长度后停止扩展;横隔板弧形开孔边缘产生的角裂纹后期将扩展成穿透型裂纹,该处疲劳裂纹扩展到后期为穿透型疲劳裂纹。     

基于仿真分析的预制拼装综合管廊抗燃爆研究

综合管廊凭借其自身优点正广泛应用于城市建设中,采用Ansys/Ls-dyna基于仿真分析综合管廊发生燃气爆炸具有十分重要的实际意义。以预制拼装综合管廊为研究对象,采用流固耦合的计算方法,建立预制拼装综合管廊、可燃爆气体和空气等三部分的有限元仿真模型。通过分析预制拼装综合管廊内混凝土的应力时程曲线、主要节点位移时程曲线及预应力钢筋的轴向应力时程曲线,分析预制拼装综合管廊在燃气爆炸作用下的抗燃爆性能,提出抗燃爆防护及设计意见。     

公路隧道复合衬砌温度应力数值模拟

隧道混凝土衬砌开裂是工程中普遍存在的问题,根据浙江省某隧道各项监控量测数据和隧道实际地质情况,建立了基于弹簧-接触的隧道复合衬砌有限元模型,对隧道衬砌内部的环向应力进行分析,讨论了围岩均布荷载,变温,围岩偏载等条件对衬砌内部环向应力的影响,结果表明,偏压荷载和变温均对衬砌结构受力影响较大。     

隧道数值模拟计算边界范围研究

本文以某高速公路隧道的开挖和支护过程为工程实例,采用有限差分法岩土分析软件Adina进行全过程模拟,旨在分析模型的边界效应对相应求解精度的影响。研究方法是在其它条件同等的情况下,采用不同的模型边界范围建模,并分别独立进行模拟求解,通过比较不同模型下同一截面的力学响应的差异,进而分析模型边界范围这一单因素对隧洞开挖数值模拟的精度影响。研究思路和结论可以为类似的数值模拟关于如何合理地选择模型边界范围提供参考,从而使模拟实现过程的时效性和精度达到较佳的统一。     

岩体蠕变对悬索桥隧道锚围岩稳定性的影响分析

以四渡河特大悬索桥的隧道式锚碇围岩为研究对象,基于该工程实际围岩岩石材料蠕变试验所得的本构关系,利用有限元软件ABAQUS对围岩的稳定问题进行了粘弹性仿真分析,结果表明围岩的蠕变效应不致影响该隧道岩锚体长期稳定性,该结果为四渡河悬索桥隧道锚固系统的安全性评估提供了可靠依据。     

沥青混凝土小梁断裂路径数值模拟研究

半刚性基层沥青混凝土路面是我国最为常见的路面结构形式,但沥青混凝土路面容易在使用过程中发生断裂,而沥青材料的疲劳断裂行为是半刚性基层沥青混凝土路面开裂的主要原因。通过使用扩展有限元方法对沥青混凝土三点预置缺口梁的疲劳裂纹扩展进行了数值模拟,并将数值模拟结果与试验进行了对比,发现两者在断裂形态上非常相似,并且裂纹在最初几次载荷加载时扩展尺寸较大。     

岩质边坡稳定性数值模拟及动力响应分析

采用快速拉格朗日方法,以差分技术引入时问因素实现了从连续介质小变形到大变形的分析模拟,对湖南省对121援建项目一四川理县至小金公路工程中豹子嘴边坡建立了三维模型,并采用2008年5．12汶川M8．0级地震中木卡站实测的地震波,在对地震波进行校正的基础上,进行动力数值模拟,分析了地震荷载作用下岩质边坡的位移、加速度和速度的动力响应过程和规律。岩质边坡动力响应分析表明地震荷载下岩质边坡最小水平永久位移、最小水平加速度反应峰值及最小水平速度反应峰值均发生在坡脚处,且在竖向方向均存在较明显的放大效应,其位移、加速度和速度的放大效应存在一定差异,放大倍数分别为18,1．3和6．35。     

地下空间开挖过采空区时覆岩移动变形的数值模拟研究

为掌握在采空区上方开发地下空间时,地下空间开挖对采空区覆岩移动变形的影响情况,以山西拟开发的跨越南坑矿8#煤层部分采空区的某大型地下空间工程为研究对象,采用数值模拟方法研究分析开挖对采空区覆岩的移动变形影响,发现控制层及其稳定性在开挖过程中对地下空间工程的稳定性起着至关重要的作用。开始开挖时控制层在应力作用下纵向下移,在开挖面经过采空区一段时间后停止移动,而非控制层在应力作用下继续移动,导致离层;开挖过程中采空区覆岩横向不同程度的错动,总体趋势是两侧岩层向中间移动;控制层的稳定性对岩层的移动变形有重要作用,控制层稳定存在时,其上部岩层不会产生向下的大变形,否则相反。为进一步开发研究地下空间开挖过采空区时的岩层控制技术提供了理论基础。