考虑施工过程影响的桩基础承载力的非线性数值模拟

在全面考虑钻孔灌注桩施工过程的基础上,应用大型非线性有限元软件Marc建立了考虑单桩施工全过程的空间轴对称有限元模型;对Marc软件功能进行了二次开发,研编了在钻孔中考虑土体初始应力的子程序。模型由多个工况组成,包括初始应力施加、桩位分段钻孔、泥浆护壁、混凝土分段浇注成桩、混凝土凝固及分级施加荷载等,并系统分析了以上各工况中地基应力变化过程,最后得到了考虑施工过程影响的桩的承载力。通过与不考虑施工过程的模拟结果对比,证明此种数值模拟方法更合理。     

公路隧道快速参数化建模及自动分析平台研究

为解决公路隧道有限元分析对工程人员的有限元软件使用能力和专业力学理论要求高、建模过程繁琐、耗时较长等问题，通过对公路隧道力学模型和设计施工特点等进行分析研究，建立公路隧道数值建模的通用数据结构；以Python语言为二次开发和界面设计工具，基于PyQt5和Matplotlib图形模块，搭建公路隧道快速参数化建模平台；以ABAQUS为核心计算平台，利用其强大的二次开发能力，研制集成前、后处理和计算分析于一体的公路隧道自动建模与分析平台，并通过三心圆公路隧道算例对研制的参数化建模与自动分析平台的完整性、可用性和正确性进行测试。研究结果表明： 该快速参数化建模与自动分析平台极大地简化了公路隧道的有限元建模分析流程，降低了工程人员的建模难度和使用代价。     

盾构刀具切削研究进展及非正常磨损实例分析

盾构刀具在切削岩土体过程中的受力形态和磨损情况是决定工程施工顺利与否的关键因素之一。然而,在穿越高磨蚀性的砂卵石及土岩复合地层时,常会面临因刀具过量磨损而导致盾构机无法正常掘进等难题。针对刀具切削岩土体过程的受力与磨损问题,从刀具磨损监测方法、切削机理、切削过程受力的试验和数值模拟等方面系统地总结了近年来的相关研究进展,并通过典型工程案例分析了目前严重困扰盾构掘进的刀具非正常磨损问题。关于刀具磨损监测方法,目前通电式和超声波式监测技术在盾构施工中被广泛应用,并逐步发展形成连续成像的摄影测量和DCRM技术;在刀具切削力学模型方面,重点阐述了滚刀张拉破岩模式和CSM力学模型,以及刮刀的流动切削模型和Mckyes-Ali模型;刀具切削和磨损试验分别从岩土磨蚀单元试验、单个刀具切削试验和刀盘整体切削的模型试验3个方面研究刀具切削磨损效果;数值模拟研究则偏重于研究岩土体在不同的切削条件下应力状态和破碎形态的变化情况;刀具非正常磨损直接缩短刀具的使用寿命,具有突发性和不规律性的特点,是工程实际中最为典型的刀具磨损方式。最后,针对盾构刀具切削与磨损形式,展望了盾构刀具切削磨损在刀具监测方式、外形及布置方式、合金材料和焊接工艺等方面的发展趋势。     

碳纤维发热桥面融雪化冰性能预测模型

采用内置碳纤维发热线加热方法进行桥面融雪化冰室内试验,并构建内置碳纤维发热线桥面有限元模型对融雪化冰过程进行数值模拟。结果表明:碳纤维发热线布设方式和外界环境均对桥面铺装融雪化冰效率造成一定程度的影响,其中发热线布设间距、环境温度和风速对融雪化冰效率影响较大;通过模拟结果与室内试验结果对比分析验证,建立的有限元模型能够准确地预测碳纤维发热桥面融雪化冰性能。     

盾构刀具切削研究进展及非正常磨损实例分析（双语出版）

盾构刀具在切削岩土体过程中的受力形态和磨损情况是决定工程施工顺利与否的关键因素之一。然而,在穿越高磨蚀性的砂卵石及土岩复合地层时,常会面临因刀具过量磨损而导致盾构机无法正常掘进等难题。针对刀具切削岩土体过程的受力与磨损问题,从刀具磨损监测方法、切削机理、切削过程受力的试验和数值模拟等方面系统地总结了近年来的相关研究进展,并通过典型工程案例分析了目前严重困扰盾构掘进的刀具非正常磨损问题。关于刀具磨损监测方法,目前通电式和超声波式监测技术在盾构施工中被广泛应用,并逐步发展形成连续成像的摄影测量和DCRM技术;在刀具切削力学模型方面,重点阐述了滚刀张拉破岩模式和CSM力学模型,以及刮刀的流动切削模型和Mckyes-Ali模型;刀具切削和磨损试验分别从岩土磨蚀单元试验、单个刀具切削试验和刀盘整体切削的模型试验3个方面研究刀具切削磨损效果;数值模拟研究则偏重于研究岩土体在不同的切削条件下应力状态和破碎形态的变化情况;刀具非正常磨损直接缩短刀具的使用寿命,具有突发性和不规律性的特点,是工程实际中最为典型的刀具磨损方式。最后,针对盾构刀具切削与磨损形式,展望了盾构刀具切削磨损在刀具监测方式、外形及布置方式、合金材料和焊接工艺等方面的发展趋势。     

基于CEL法的土壤切削过程模拟

针对有限元法模拟土壤深度切削时,部分单元容易发生较大的变形,网格扭曲严重,从而导致计算中断的现象,利用ABAQUS软件建立了土壤深度切削的有限元模型,分别采用耦合欧拉-拉格朗日法(简称CEL法)和传统的拉格朗日法模拟了土壤的深度切削过程。通过对比发现,CEL法的切削效果更好,并与实际的切削过程更为贴近,且CEL法的切削力波动小,更为平稳。研究结果对应用有限元法模拟矿山工程、道路路基等基建工程施工及农业耕作具有一定的参考价值,也提供了另一种模拟土壤切削过程的方法。     

190t自行式平板车车桥的有限元分析研究

基于有限元结构分析,同时结合参数化建模,得到190t自行式平板运输车车桥概念化模型。运用有限元分析软件ANSYS分析车桥在极端工况下的强度、刚度,得到应力分布等值线图,从而为整个设计过程提供理论依据。同时运用两种不同的加载方式对其加载,比较其应力和变形,找出一种更准确合理的加载方式。     

板料成型中的三参数Barlat—Lian材料模型

在板材成型过程中，需要精确地描述材料各向异性特征，讨论了描述金属材料力学特征理论的进展，给出了三参数Ｂａｒｌａｔ－Ｌｉａｎ各向异性屈服函数材料模型；用有限元方法对膨胀形过程进行了数值模拟，研究了不同类型屈服函数对计算精度的影响。     

基于有限元法的螺纹参数化建模与有效性分析

基于有限元分析法研究汽车底盘和车身系统所用螺纹紧固件的螺纹负载、应力分布等问题,对前提所需考虑螺纹升角的螺纹有限元模型进行参数化建模研究,并对其有效性进行分析验证。首先根据螺纹基本牙型特征推导出螺纹轮廓线的数学表达公式,在有限元软件HyperMesh中依据螺纹轮廓线的特征公式创建螺纹横截面壳单元,再拉伸成体,形成一种不依据螺纹实体模型的螺纹六面体网格参数化划分方法。以此方法建立能够满足有限元法分析所需要的且考虑螺纹升角等特征的螺纹有限元模型。另外,要求内外螺纹同步建模,可以保证螺栓和螺母的啮合螺纹单元节点重合,增加螺纹有限元模型的可靠性和仿真分析的顺利进行,然后利用YAMATOTO理论法和有限元法对计算结果进行对比分析,以此验证螺纹有限元模型的有效性,最后在螺纹有效模型的基础上,对螺纹联接中螺纹负载情况和分布规律等进行分析。以螺纹参数化模型为基础,通过在ABAQUS中对螺纹有限元模型进行有一定预紧力的仿真计算,得到螺纹的负载分布规律:越靠近被夹件的螺纹负载越高;当螺纹摩擦系数取0.05时,仿真计算得到靠近被夹持件的第一圈螺纹负载占比约为30%,前三圈螺纹负载占比为60%～70%,此螺纹负载分布规律和负载占比情况与通过YAMATOTO理论法计算的结果相吻合。     

板材多点成形数值模拟技术的研究

利用动态显式有限元方法对影响多点成形模拟精度及计算效率的关键数值参量及算法进行了模拟研究，通过对比分析，确定了适当的弹元模型，材料模型，工具运动的模拟速度以及回弹分析算法算，为多点成形过程的数值模拟分析奠定了基础。     

沥青混合料劈裂试验数值模拟

应用有限元软件ABAQUS,采用合适的材料模型建立有限元模型,模型网格按不同密度进行划分,对沥青混合料劈裂试验进行二维与三维数值模拟对比研究。通过研究,对劈裂试验中沥青混合料试件内的应力、应变分布及变形特性和变化规律有了深入的认识,并据此得出沥青混合料的强度参数。结果表明,有限元模拟中,网格划分密度、划分形式对模拟结果有较大影响;对于不同的沥青混合料,其劈裂试验模拟应以相应材料的单轴抗压试验结果为材料特性进行定义;经三维模拟及理论对比验证,简化二维模型在一定条件下是可行的。对沥青混合料性能试验进行数值模拟研究,是一种形象直观、快速高效的研究手段,对沥青混合料研究水平的提高有一定意义。     

汽车板件冲压连接技术的有限元分析

采用有限元分析软件ANSYS,基于弹塑性有限元理论建立有限元模型,对汽车板件冲压连接过程进行了模拟。研究了冲压连接模具参数和不同板厚组合方式对互锁值c和颈厚值n的影响规律,并给出了模具参数选用的一般范围及不等厚板的最佳组合方式。试验表明,模拟结果与试验结果吻合较好,证明了利用有限元模拟方法对冲压连接的连接效果进行预测是可行的。     

水平荷载下单桩的三维有限元模拟与参数分析

利用有限元程序ANSYS,对桩土相互作用体系中单桩的横向静力响应进行了三维有限元数值模拟。分析了是否考虑土体的弹塑性、桩土之间是否考虑接触面等因素对单桩横向响应的影响。提出了确定接触面参数的方法,以及有效模拟单桩横向响应的有限元模型,最后进行了参数分析验证了模型的实用性,并得到了一些有价值的结论。     

盾构切削混凝土模拟试验和切削桩基施工技术

城市轨道交通盾构施工中经常遇到穿越地下障碍物(如混凝土桩、挡土结构、管渠、地下构造物等)的难题,一般采取桩基托换、拆除桩基或人工凿桩的方法进行处理,但传统处理方法具有造价高、工期长、对周边交通影响大等缺点。通过采用小直径(400mm)盾构切削素混凝土、玻璃纤维混凝土及钢筋混凝土的模拟试验,对盾构直接切削桩基施工技术的可行性进行研究,分析了盾构刀盘的改造,获取了掘进施工参数控制资料。并通过上海轨道交通7号线和10号线工程采用盾构切削钢筋混凝土桩基的实践,证明:1)盾构直接切削钢筋混凝土施工是可行的;2)盾构始发前应对刀盘进行改造,宜在面板上增加一定数量先行刀和贝壳刀;3)盾构切削桩基过程中推进速度宜慢(小于10 mm/min),盾构设定土压、推力、刀盘扭矩宜稳定;4)在盾构切削桩基过程中,应向土仓内添加润滑减摩材料,以防混凝土碎块堵塞螺旋输送机。在盾构通过后,应根据监测情况进行管片背后的二次注浆,以控制地面和建筑物沉降;5)采用盾构直接切削桩基具有施工经济、安全,对环境影响小的优点。     

预制综合管廊橡胶密封垫受压性能研究及断面设计

为解决预制综合管廊橡胶密封垫断面形式对橡胶密封垫压缩性能的影响问题,基于橡胶密封垫压缩试验,结合通用有限元数值模拟软件MSC.Marc,将试验结果与数值模拟结果进行对比,证明采用有限元方法模拟橡胶压缩过程以及分析橡胶密封垫受压性能的可靠性。然后,利用有限元软件MSC.Marc探讨不同开槽和开孔形式对橡胶密封垫受压性能的影响。结果表明： 1）当橡胶密封垫的压缩度为50%时,随着开槽面积和开孔面积的增大,接触应力以及装配力减小; 2）当开槽面积相同时,接触应力和装配力受开槽数量的影响较小,受开槽形状的影响较大; 3）当开孔面积相同时,开孔数量以及排列方式对接触应力和装配力有一定的影响。     

软土地基堆土边坡数值模拟的建模过程分析

运用岩土工程设计中应用广泛的迈达斯GTS NX软件，在摩尔-库伦本构模型基础上，通过对各项参数取值来源进行分析，以及构建典型模型对建模过程进行演示，给出同类工程数值模拟的合理化建议。     

基于人工神经网络和有限元混合模型的沥青路面结构裂缝扩展敏感性分析

本文使用有限元法(FEM)和人工神经网络(ANN)的混合方法对沥青路面结构裂缝扩展的敏感性进行分析。利用ABAQUS软件对沥青面层、基层、底基层和路基进行了二维有限元建模,进而使用扩展有限元法,模拟路面沥青层的开裂过程。人工神经网络需要输入结构层厚度、荷载值、模量等参数。神经网络所输入的数据是通过有限元模型分析得到,机器学习过程中非破坏性测试的目的是评估路面材料的特性和裂缝扩展的敏感性。本文研究认为,沥青层B2厚度的下降将显著地增加开裂扩展的速度,沥青层B1的厚度对路基层开裂影响不大。     

应力波反射法测混凝土桩完整性的数值模拟及实验研究

以一维应力波理论为基础,采用动力有限元的方法,对脉冲荷载作用下应力波在混凝土桩中的传播过程及反射特性进行系统研究,并得到桩身质点纵向振动速度时程的空间曲面,最后将数值模拟曲线与应力波反射法实测曲线进行拟合对比,发现理论曲线与实测曲线取得较好的一致,表明本文所采用的模型、桩土参数的确定及数值分析的结果是可靠的,对提高动测结果的准确性有较重要的意义。     

Numerical Simulation of Low-temperature Shrinkage Cracking of Asphalt Pavement Based on Cohesive Zone Model

低温缩裂是沥青路面使用过程中遇到的主要病害之一,为了更清楚地揭示沥青路面低温缩裂的机理,基于内聚力模型,运用ABAQUS有限元软件对沥青路面的低温缩裂过程进行数值模拟.建立了粘弹性分析的模型,对约束试件温度应力试验(TSRST)进行数值模拟,其数值模拟结果与试验结果非常接近；拟定路面结构内聚力及粘弹性材料参数,模拟了不同降温时间情况下沥青面层断裂损伤的情况.结果表明:低温缩裂模型中加入粘弹性参数后,路表面层发生初始损伤的起始温度要求更低；从断裂过程上来看,弹性的沥青面层开裂具有瞬时性,开裂过程极为短暂;加入粘弹性材料参数后,沥青路面开裂具有过程性,比弹性的路面结构更接近实际沥青路面的开裂状况.     

斜拉索分层滑移简化模型的基本特点

弯曲应力是斜拉索疲劳应力的重要组成部分。基于分层滑移理论利用有限元软件对斜拉索分层滑移模型进行参数化建模,分析斜拉索简化模型的基本特点。