基于PFC的直立式加筋土挡墙数值分析

为了研究直立式加筋土挡墙的结构特性,从细观角度出发,通过颗粒流分析程序PFC2D建立直立式加筋土挡墙离散元数值模型。研究直立式加筋土挡墙的作用机理,从细观角度对挡墙位移场、应力场、接触力链在外部荷载作用下的变化规律进行分析。研究结果表明:加筋区域土体水平运动趋势比未加筋区域更加明显,但是土工格栅对土体的阻抗作用有效地减小了加筋土区域土体的水平位移。挡墙加筋区域应力水平整体低于未加筋区域,同时加筋区域强力链数量明显多于未加筋区域,说明土工格栅起到了加固土体的作用。     

土工格栅与填土拉拔界面力学特性

应用ANSYS程序对土工格栅拉拔试验进行了数值模拟。计算中,将土体看作符合Drucker-Prager准则的弹塑性材料,采用八结点单元模拟填土及土工格栅,采用面-面接触单元模拟格栅-土界面。为研究横肋位置等因素对拉拔试验的影响,计算了不同形式的格栅,结果表明:有横肋格栅较无横肋格栅抗拉拔力提高显著;横肋位置对抗拔力影响较小,对格栅位移影响较大。横肋距拉拔端越近,格栅位移越小;格栅结点处的剪应力发生突变,且距拉拔端较近的横肋处剪应力发生突变,较远的横肋影响较小。     

土工格栅箱体加筋挡墙数值分析

依据实际工程采用的格栅箱体加筋挡墙(CGR)新型结构,建立了基于自洽理论的筋土复合材料力学模型,并对土工格栅箱体结构的力学特性进行了深入的分析.通过分析提出了格栅箱体加筋墙墙后土压力计算模式,并在此基础上对格栅箱体加筋墙的破坏模式进行了分析.分析表明:土工格栅箱体加筋挡墙内部力学特性分布合理,能够较好地适应实际工程需要.     

三峡库区某短加筋挡土墙数值模拟分析

在特定工况下,采用短加筋挡墙是不得已的选择。本文采用Plaxis数值模拟软件,对三峡库区某短加筋挡墙受力与变形特征进行了数值模拟和参数分析。研究结果表明：短加筋挡土墙体与被挡土体之间存在明显的位移突变现象;短加筋挡墙水平位移在挡墙中部偏下的位置最大,呈“腰鼓状”鼓出;筋材与挡墙中打设的锚杆连接后,能明显改变筋材的受力和变形情况,加筋效果更接近于正常设计加筋土挡墙。     

组合工字型生态砌块护岸试验研究

通过现场监测,对某组合工字型生态砌块护岸墙后土压力分布,土体位移以及土工格栅应力进行了研究。试验结果表明,墙后土压力值随埋深的增大而变大,且离挡土墙越远,土压力越大。土工格栅应力与埋深以及距离挡墙距离有关,挡墙整体稳定性良好。单层和双层护岸比较结果表明,两者稳定性相差不大。     

夹层结构模型假设对振动和声传输特性影响研究

不同模型假定下夹层结构的声振特性各不相同。基于Reissner模型和Zig-Zag模型位移场假设,分别建立了两种复合材料夹层板有限元动力单元模型,并通过推导的模型编制了计算程序,采用子空间迭代法求得了其固有频率和固有振型,采用混响声场声传输理论计算了传声损失,并对夹层板的动力特性和声传输特性进行了数值模拟研究,同时还考虑了夹层结构面板与芯板的厚度比和弹性模量比不同时各种模型的适用范围。     

约束阻尼层对复合材料层合板声辐射的影响

层合阻尼板在刚强度比、减振降噪上具有显著的优势,但关于振动致声问题研究还不充分,相应的有限元分析方法不够准确高效。为此基于分层理论的连续壳单元和三维弹性理论的体单元建立一种混合有限元模型,结合声学无限元技术分析层合阻尼板的振声特性。采用连续壳单元离散约束面板及层合板,用体单元离散阻尼层,2种单元均为8节点三位移自由度,因此面板、阻尼层以及基板之间有很好的位移协调性。通过算例校验该方法的可行性。然后讨论了面板厚度、阻尼层厚度及位置、铺层角度对均方振速和辐射声功率的影响。结果表明采用的方法可以准确分析层合阻尼板的声辐射问题,计算得到的声辐射影响规律可以为该结构的低噪声设计提供有益参考。     

芯板可压缩的夹层加筋板固有频率分析

推导了一种考虑芯板垂向压缩变形影响的双向加筋的约束阻尼夹层板有限元单元.其中,夹层板面遵循Mindlin一阶剪切变形理论的假定;芯板采用基于厚板理论的非线性位移模式, 各向位移沿板厚成抛物线分布, 并考虑了芯板的横向压缩变形;加强筋采用Timoshenko梁模型,考虑了其剪切变形的影响.根据层间位移连续和板、梁位移连续假设,将芯板和加强筋的位移用上下面板位移表示,推导了相应的位移应变关系, 继而根据Hamilton原理建立了控制方程.数值计算结果表明约束阻尼夹层加筋板有限元单元的推导是正确的;在约束阻尼夹层加筋板的固有频率研究中,考虑夹层板芯层的垂向压缩变形的影响是必要的.还讨论了芯板和加强筋的各个参数对板固有频率的影响.     

考虑接触非线性的锚杆——土体非连续问题有限元分析

采用Duncan-Chang大量线性弹性E-B模型和大量线性界面单元模型对锚杆-土体非连续问题进行有限元分析,指出非线性Goodman界面单元进行非连续系统的分析计算,可以较好地模拟锚杆-土体接触面破坏情形。并讨论土体-锚杆接触应力分布及沿杆长位移分布。     

畸形波作用下的浮式结构水弹性响应分析

本文基于时域下CFD-FEM方法,在三维粘性数值水池中建立畸形波浪与弹性浮体相互作用的耦合数值模型。基于JONSWAP波浪谱的组合聚焦模型,采用推板造波方法,模拟数值水池中畸形波波浪的生成。流场区域采用CFD方法求解,得到流场中的速度场与压力场的变化;浮体结构采用FEM方法进行计算,获得结构内各节点的垂向位移变化情况,数值方法可以准确地模拟所期望的畸形波以及分析弹性浮板的水弹性响应。计算结果表明,聚焦波的浪向、聚焦位置和频带宽度对浮板的水弹性响应均有较大影响。     

面板堆石坝的面板数值仿真计算

在ADINA软件提供完善的二次开发功能基础上,对面板堆石坝的面板进行应力变形数值分析。采用DuncanE-B本构模型,并将其编程嵌入到ADINA软件,对某工程实例进行数值计算。研究表明堆石坝坝体的垂直位移最大值发生在坝体的中部,约为坝高的1/2～1/3处,为0.510m;水平位移最大值发生在坝体的中下部,约为坝高的1/3,且靠近坝坡处。竣工期和蓄水期的面板轴向位移都指向河谷中心线,面板的最大挠度0.25m和0.33m。ADINA二次开发程序计算的位移和应力结果符合模拟施工逐级加荷的计算规律。计算结果是可靠的,能够进行实际堆石坝的应力变形分析。     

海底门声学计算及水下多孔介质材料降噪

分别建立船舶海底门的声场模型和声-固耦合模型,对海底门的声传递损失、结构湿模态进行计算,获取海底门降噪设计需避开的共振频率。建立海底门的流体模型,采用URANS和FW-H对流场及水动力噪声进行数值计算,云图显示格栅背面出现了显著的流动分离及压力脉动,且压力峰值条带沿着格栅对角线方向分布,频谱曲线显示海底门水动力噪声以低频为主。数值计算表明,当仅将海底门钢制格栅替换成水下多孔介质材料时降噪3.4 dB。共振频率计算及水下多孔介质材料应用为海底门声学设计提供了思路。     

基于FLAC的土工格栅在边坡中的受力变形机理研究

通过土工合成材料加固的边坡,承载能力显著提高,因而获得广泛应用。在研究路堤填筑施工过程和土体的非线性应力应变关系的基础上,建立了土工格栅加筋高路堤边坡的数值模拟分析模型。并利用该模型对加筋填筑边坡过程中加筋条带的位移,受力状况进行了分析研究。     

喷水推进流道格栅的流体作用力分析和强度计算

某喷水推进船进水流道格栅多次发生断裂,并损坏了喷水推进泵。准确分析格栅所受到的流体作用力是探寻其损坏原因的基础。应用计算流体力学技术,对包括喷水推进泵、流道、格栅和船体在内的整个喷水推进系统内外流场进行数值模拟。在准确预报喷水推进器推力、功率特性的前提下,较准确地得到了格栅流体作用力。分析发现,栅条的侧向升力远大于迎流阻力,各栅条之间存在明显的相互作用力。运用计算所得的流体作用力对格栅进行了应力强度计算和形变位移分析,排除了格栅损坏的静强度致因的质疑。最后,为进一步探寻格栅损坏真正原因提出了建议。     

铝合金穿浪双体船波激振动响应计算研究

对穿浪型双体船在波浪中航行时的受载状况进行研究,采用规则波理论计算其所受波浪外载荷。利用有限元法建立了铝合金穿浪双体船波激振动响应数值计算模型。基于水弹性理论,采用所建立的数值模型对某全铝合金穿浪双体船高海情试验进行了数值模拟,将数值模拟结果与实船试验数据进行了比较,证明本文方法可靠。进行了该船受6级海况波浪激励的振动响应计算,发现全铝合金穿浪双体船波激振动位移响应较大,远大于常规单体船。还发现高海情中航行时的波激振动应力响应值亦较大。     

规则波下码头面板底部冲击压强分布数值模拟*

采用计算机数值模拟方法,在FLUENT软件计算平台上建立了二维规则波数值波浪水槽,对透空平板、有梁面板结构底面受到的波浪冲击压强分布情况进行研究。数学模型采用RANS方程和k-ε湍流模型,以VOF方法处理自由表面。通过对不同工况的数值模拟和试验结果比较,验证了模型的造消波性能和应用的有效性。然后通过计算,得到了波浪冲击过程中面板底部冲击压强的分布规律,并对数据进行了分析和统计,提出了面板底面冲击压强分布宽度的拟合公式,作为工程设计的参考。     

基于UMAT的冰—结构相互作用数值仿真

基于ABAQUS用户自定义子程序UMAT,采用已有的冰的弹性失效准则,针对冰与结构的相互作用进行数值模拟。首先,通过简单算例验证本文开发的UMAT的正确性;然后,采用开发的UMAT建立单个冰单元受刚性板挤压下的力学模型,得到力—位移曲线;最后,通过建立圆柱与冰相互作用的仿真分析模型,探讨冰板厚度对结构反力的影响。研究结果表明,采用用户自定义程序UMAT使得模拟更为复杂的冰力学特性成为可能,可为以后开展大规模的冰—结构相互作用研究奠定基础。     

二维楔形体人水砰击的数值仿真

利用MSC．Dylran动力学软件研究了二维楔形体的入水砰击问题。建立了包含空气、水和楔形体的完全耦合的二维有限元模型,其中,流体域用Euler单元来模拟,结构部分用Langrange单元来模拟,采用一般耦合算法,同时计及重力的影响。本文分别对刚体等速入水和弹性楔形体初速度入水进行了数值计算,发现数值仿真的压力结果比理论值略微偏小,而自由液面的变化情况与试验和理论分析基本一致。结果还表明,不同冲击速度下流固耦合效应对弹性结构的动响应有着不同程度的影响。     

二维楔形体入水砰击的数值仿真

利用MSC.Dytran动力学软件研究了二维楔形体的入水砰击问题。建立了包含空气、水和楔形体的完全耦合的二维有限元模型,其中,流体域用Euler单元来模拟,结构部分用Langrange单元来模拟,采用一般耦合算法,同时计及重力的影响。本文分别对刚体等速入水和弹性楔形体初速度入水进行了数值计算,发现数值仿真的压力结果比理论值略微偏小,而自由液面的变化情况与试验和理论分析基本一致。结果还表明,不同冲击速度下流固耦合效应对弹性结构的动响应有着不同程度的影响。     

壳单元和实体单元模拟爆炸荷载作用钢板动力响应的差异性比较

以舰船舱室钢板为研究对象,利用动力分析有限元程序Ls-dyan,分别采用壳单元和实体单元2种建模方式对爆炸荷载作用下钢板的动力响应进行数值模拟研究。对比钢板的应力分布云图、中线上各点最大位移曲线图,发现2种方法计算结果与试验值大致吻合,采用壳单元建模在保证计算结果准确性的前提下可以大大提高计算效率。如何正确地选择单元进行分析是数值模拟很重要的一个环节,通过对壳单元和实体单元计算结果的初步对比,为舰船舱室数值模拟研究如何选取单元提供参考。