结构抗震倒塌分析的扩展散体单元法研究

散体单元法(DEM)是一种模拟离散结构倒塌的数值方法,通过在单元之间加入联结弹簧,可用来模拟连续体的倒塌,称为扩展散体单元法(EDEM).介绍了扩展散体单元法在结构抗震倒塌分析方面的研究近况与有待解决的难点.并给出一种简化了的扩展散体单元模型.     

应用显式积分法的桥梁地震倒塌全过程有限元仿真分析

通过对传统有限元方法进行一系列改进,实现地震倒塌仿真分析。采用基于显式积分的动力时程分析手段,建立了基于三维实体单元的钢筋混凝土桥梁仿真分析模型,并对钢筋混凝土构件断裂、碰撞,采用失效单元技术及引进接触算法进行分析模拟。计算了Loma Prieta地震中倒塌的Cypress高架桥,并对其地震倒塌机理进行探讨。分析结果表明,倒塌仿真分析可以较好地再现桥梁地震倒塌全过程,对于结构倒塌破坏的机理研究具有重要意义。     

考虑初始缺陷的水泥基复合材料细观开裂研究

为了研究微观初始缺陷对水泥稳定碎石基层材料（CTB）细观开裂的影响，基于离散元法（DEM）和随机算法构建了细观非均质随机骨料数值模型，结合参数反演确定了模型细观参数，并引入裂隙网络（DFN）来表征水泥砂浆内部的微观初始缺陷。通过虚拟半圆弯曲（SCB）试验模拟了细观开裂过程，比较分析了数值模拟结果和试验结果，并进一步研究了裂隙密度和宽度对结构细观开裂的影响。结果表明：细观断裂模型的数值模拟结果和试验结果基本吻合，模型能较好地表征细观随机开裂行为；材料的宏观开裂是由于细观损伤的累积导致，宏观裂纹的产生经历了平稳扩展和快速贯通的过程；张力是裂纹演化的驱动力，裂纹通常沿着砂浆与骨料的界面薄弱区进行扩展；微观缺陷显著影响水泥基材料的力学性能和断裂行为，初始裂隙通过诱导微裂纹的扩展与贯穿，降低结构整体强度，但是在一定程度上增大了结构的容许形变，其中20~40 m·m^-2的裂隙密度和0.3~0.45 mm的裂隙宽度对材料强度影响最为显著，施工过程中合理控制裂隙密度和宽度对于提高材料抗裂能力有益。所构建的细观模型可以很好地捕捉微裂纹的扩展和贯穿过程，能够实现对细观断裂的精确模拟，为探索水泥基复合材料的破坏过程和机理提供了一种新的研究手段。     

地震作用下群桩体系桥梁连续倒塌模拟研究

针对群桩体系桥梁连续倒塌行为,提出了桥梁在地震作用下逐步失效过程建模方法,并进一步熟悉了OpenSees软件中的Remove功能和杆件的三个失效准则。该文利用OpenSees软件Remove命令解决结构大变形大转角问题,选择非线性梁柱单元对桩基进行模拟,选用的梁柱单元都带有附属节点。采用多点约束的方式和静力凝聚的方式对附属节点进行控制。针对强震作用下的桩基破坏模式,介绍了构件弯曲、剪切,轴向受力时的破坏准则,在对桥梁的地震响应研究过程中,实时更新结构有限元模型和杆件端部的约束状态。该文以实际工程中建立的单墩模型为依据,模拟地震波环境下的连续倒塌过程,模拟了结构在逐步失效过程中的释放内力、删除失效杆件和实时模型更新,完成地震响应分析。该文建立的对失效杆件进行处理和实时更新结构模型的桥梁逐步失效过程符合真实情况下强震作用下桥梁连续倒塌过程。     

沥青路面三点弯曲试验的离散元模拟

为了深入研究半刚性基层沥青路面结构开裂破坏时的层底应力变化和裂纹扩展规律,从细观结构角度出发,基于离散元方法编写了PFC2D程序。程序中使用"Cluster"理论将以矩阵规则排列的单元颗粒进行随机的聚粒操作,这些单元颗粒聚粒组合在一起用来模拟集料,其余没有聚粒组合在一起的单元颗粒则用来模拟沥青砂浆或水泥胶浆,随后随机删除部分单元颗粒以模拟结构的空隙率,从而建立了半刚性基层沥青路面结构的二维数值模型。对模型进行三点弯曲试验数值模拟,同时在模型底部设置测量圆,监测模型底部的应力和裂纹扩展情况。然后在试验室成型相同尺寸和结构的小梁试件,进行室内对比试验,获得了室内试验的实测数据,将数值模拟结果与实验室试验结果进行了对比分析。研究结果表明:用离散元PFC2D程序建立的二维模型可以很好地模拟半刚性基层沥青路面结构三点弯曲试验,其模拟结果与实验室室内试验结果具有较好的相关性,且试验规律一致,为半刚性基层沥青路面的微观结构研究奠定了基础;二维离散元模型很好地监测了微裂纹的产生和扩展情况,弥补了室内试验仅仅依靠肉眼观测的不足,为研究半刚性基层沥青路面结构开裂时的层底应力变化和裂纹发展规律提供了辅助手段。     

交通荷载作用下土工格栅防止沥青路面开裂的桥联效应

提出模拟土工格栅的薄膜单元和模拟结构层间作用的界面单元，利用基于线弹性断裂力学的有限元方法，对土工格栅防止沥青路面开裂的桥联接效应进行研究；分析了这种桥联效应对半刚性基层收缩人裂缝在沥青面层中扩展的阻机理，讨论界面接触状态对它的影响；同时对比分析了水平荷对裂缝扩展的影响。     

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。     

改进型逆有限元法在轿车翼子板快速成形模拟中的应用

本文为进一步提高一步成形逆有限元法的模拟精度，将四节点等参膜单元应用于一步成形计算，并对空间四边形单元的四个节点可能不在同一平面引起的单元翘曲进行了修正，编写了计算机程序，对某轿车翼子板进行了实际模拟，通过一步模拟结果与增量法模拟结果和实验结果的对比，发现改进后的一步成形模拟结果与增量模拟结果已非常接近，而计算时间不到增量法的三十分之一，进而验证了本文方法的有效性。     

缆索吊机承载索几何非线性计算方法

缆索吊机的承载索是一根连续索结构,利用索—轮单元法来解决索力连续的问题.索—轮单元分正、倒两种,正索轮单元模拟索鞍,倒索—轮模拟荷重跑车.介绍了索—轮单元滑移平衡方程的建立与求解方法,提出了利用2节点悬链线单元索端力柔性迭代计算结果来选取单元平衡方程求解的迭代初值的方法.编制计算程序进行了工程实例的分析,验证了计算方法的正确性与必要性.     

汽车车身CAE分析中焊点模型的易用性

白车身通常有数千焊点,不同的焊点模拟方法对于CAE分析精度有重要影响.白车身CAE开发中焊点模拟有3种主要方式：点对点刚性单元（如RBE2,CROD,CBEAM等）、剪弹性梁单元（如CWELD,CFAST）和ACM2类型的六面体单元加RBE3单元连接.讨论了3种类型焊点模拟方法在工程中的应用,通过模态对比分析和易用性总结得出：点对点刚性使用简单,但分析精度较低;剪弹性梁单元易用性复杂,分析精度最高;ACM2单元易用性和分析精度均介于二者之间.为白车身CAE分析中焊点模拟方式的选择提供参考.