REISSNER—MINDLIN板的分层杂交应力有限元分析

本文由π_(mR)型变分泛函出发,采用沿板厚分层模型,和材料本构的力学子单元模型,对 Reissner-Mindlin C~0类板进行了弹塑性分析。建立了4节点四边形杂交应力元 HPT-9β。数值研究表明,HPT—9β不含过失性多余机动模式,当板厚宽比趋于薄板极限时,亦不发生“自锁”,其计算精度和计算效率皆优于同类的 LH4元(Spilker,1980)。计算工作显示,本文的方法具有随加载过程来描述沿板厚的塑性进展的能力。     

有限变形杂交／混合有限元分析

采用Updated Lagrangian描述,建立了基于力学子单元模型的增量型有限变形杂交／混合有限元列式,其中以第二类Piola-Kirchhoff应力增量和位移增量作为独立变量,3个典型数值算例显示,本方法提供的数值解与解析解和已有的数值解吻合良好,且具有较高的计算效率。     

铁路直线轨道空间振动时变模型

针对无限长轨道上车辆一轨道耦合振动响应特性,建立了铁路直线轨道结构空间振动模型。采用有限单元法,将轨枕和钢轨离散为线性粘弹性点支承梁单元,运用弹性系统总势能不变值原理及形成矩阵的“对号入座”法则,建立了模型的振动方程组,采用轨道不断“增加和缩减”方法,使得模型的质量、阻尼和刚度矩阵及荷载列阵具有时变特性。运用既有的车辆动力学模型和实测参数,计算了轨道长度为4km的车辆一轨道耦合振动响应值,钢轨位移、轮对摇摆力以及车体加速度等指标计算幅值与实测幅值接近,验证了该模型的可行性。     

路堤荷载下软土地基蠕变变形性状预测及分析

根据软土的蠕变特性,以有限单元法为分析手段,选用Plaxis软件中能考虑土体黏弹塑性特征的SSC模型,模拟了路堤荷载下软土地基长期变形的过程及性状,同时作为对比,采用不考虑时间效应的SS模型模拟了该问题。计算结果表明,由SSC模型计算的软土地基的沉降、孔压随时间的变化规律均较为合理,而简单弹塑性模型SS的结果则会低估变形水平。此外,SSC模型中的修正蠕变系数μ*对软基长期变形曲线的影响较大。说明今后在预测分析路堤荷载下软土地基的长期变形时,合理考虑软土蠕变特性的关键必要性。     

塑性厚壁球壳分析的三维组合格式

本文由修正的增量型兀R变分泛函出发,按照杂交/泥合有限元法、粘塑性理论,采用力学子单元模型,组成了由12节,氛三维六面体过渡元为中介的8一12一20节点三维六面体杂交/况合有限元组合格式。三维厚璧球壳受均匀内压的塑性分析工作说明,采用组合格式并辅以合适数目的高斯积分点,在同等计算精度条件下,计算机开支(CPU)约可节省34%。      

边界元法在粘塑性分析中的应用

本文介绍了边界单元法在粘塑性分析中的应用，采用Perzyna近似方法模拟纯弹性解，用简单的欧拉单位步长过程得到了与时间相关的解，并讨论了选取时间步长的准则。该方法也可用于求解蠕变问题。     

大岩洞特大桥拱圈脱架时背索和扣索索力优化计算

建立了大岩洞特大桥拱圈平转施工状态的三维有限元模型,交界墩和上转盘采用实体单元,扣索和背索采用索单元,拱圈劲性骨架底板采用壳单元,其余采用梁单元,支架则采用只压单元模拟;将最优化计算理论和有限元计算分析相结合,利用MIDAS有限元软件,以支架不受轴压或受压轴力很小为目标函数,对扣索力和背索力进行优化,使拱圈"脱离"支架实现转体,从而获得了扣索力和背索力的最优组合与拱圈最优内力分布.结果表明,拱圈骨架拱脚底板为控制截面,本文计算方法和结论为同类桥梁的建设具有参考价值.     

多年冻土区灌注桩抗拔性能的数值仿真分析

应用非线性有限单元法和ANSYS软件,采用四面体等参单元和面-面接触单元对多年冻土区大直径钻孔灌注抗拔桩承载性能进行了数值仿真分析,得到了单桩极限抗拔力与现场荷载试验结果比较吻合.说明本文采用的分析方法能够客观反映多年冻土区桩-土相互作用的力学行为.     

基于力学子单元模型的三维杂交/混合有限元分析

利用力学子单元模型和三维20节点杂交应力/混合元对均匀内压作用下的厚壁球壳进行了弹—粘塑性分析。研究了实施中的某些特点。侧重探索了用IBM-PC/XT级微机进行此类问题分析的可能性。数值计算结果与位移元计算结果进行了比较,显示了新方法的优越性。全部计算工作是在IBM—PC/XT微机上完成的。     

锯齿形结构面剪切流变及非线性本构模型分析

为了对岩体结构面的蠕变和松弛特性进行比较分析,用水泥砂浆浇筑成不同角度的结构面试样,在岩石双轴流变试验机上对同一应力起点的规则齿形结构面进行剪切应蠕变试验和松弛试验.首先分析了的蠕变与松弛特性,其次对参数非线性流变本构模型的建立和求解进行探讨,最后采用参数非线性流变方程对试验曲线进行拟合. 试验结果表明:结构面剪切蠕变曲线和松弛曲线都可以分为瞬时、衰减和稳定3个阶段;基于能量理论分析蠕变和松弛过程,显示蠕变是能量的注入与耗散过程,而松弛主要是能量的耗散过程;建立非线性流变模型时,应采用流变力学模型理论推导其本构方程;积分法与Laplace变换法求解蠕变方程或松弛方程时,相应的初始条件不相同;考虑黏性系数是与时间相关的非定常参数,提出了参数非线性Maxwell模型的蠕变方程和松弛方程,与试验曲线拟合结果比较理想;蠕变方程和松弛方程的拟合参数值不同,表明蠕变与松弛不等价且不能相互置换.      

变温度环境下混凝土的三维收缩徐变效应

为准确分析混凝土的收缩徐变效应,基于收缩徐变的三维特性,对自然变温度环境下的混凝土收缩徐变效应进行了分析,建立了变温环境下混凝土三维收缩徐变效应的力学模型,并结合有限元分析软件ABAQUS开发了相应的计算程序,随后通过两个算例验证了方法的可行性与结果的可靠性. 研究结果表明:对于长期下挠和混凝土应变,模型计算值最大误差分别为8.2%和 –7.1%;模型能够很好地体现温度对徐变应变的影响,总体变化趋势与实测值较为一致,最大误差为 –20.5%,随着龄期增长误差越来越小,最终值误差为6.4%.      

地铁双线隧道施工人工冻结水热力数值分析

为了准确分析地铁隧道人工冻结施工过程中的热力学状况,考虑水分迁移和冰水相变耦合影响以及水泥水化热的生成,采用热蠕变本构建立了地铁隧道人工冻结施工的水热力耦合分析模型.对广州地铁某双线隧道施工过程中的热力状况进行了数值模拟,同时应用人工冻土的长期强度对冻结壁安全性进行了评估.分析结果表明:在地铁冻结法施工时,最大主应力沿着冻结管呈环形分布,并且管周围的应力明显偏高;开挖对环形应力场的影响不大,而且与其他施工方法不同,人工冻结法施工引起的地表沉降并不随开挖断面的逐渐扩大而增大,整个施工过程中的最大地表沉量仅为9.1 mm,因而人工冻结法施工能有效地控制地表沉降量.     

蠕动型滑坡隧道的变形规律及灾害预测

为向蠕动型滑坡隧道的病害防治提供决策依据，通过调查分析，建立了3类分析隧道变形规律的地质力学模型．在此基础上，提出了隧道变形预测的灰色等维新息模型，并与有限元数值模拟相结合，建立了通过预测隧道变形进而预测滑坡体应力和位移的关联预测模式．经模型试验验证，该预测模式能可靠地预测隧道变形量、滑坡体应力和位移的变化趋势．     

岩石蠕变对隧道二衬结构影响的研究

岩石蠕变是岩石的重要力学特征之一。在隧道开挖完之后的很长时间内,围岩会因为蠕变而进行应力调整,蠕变产生的荷载由隧道的初衬和二衬联合承担。而当今隧道的使用寿命规定为100a,隧道设计中往往将二衬作为安全储备,没有通过分析围岩蠕变荷载对二次衬砌的影响对二衬进行设计。如不对此进行准确分析并采取有效的控制措施,长时间的蠕变将会对隧道二衬结构产生严重影响。因此,分析隧道二衬受力以及健康程度随时间的变化是十分有必要的。结合铜锣山隧道工程,利用大型有限差分软件FLAC3D的Bur-gers蠕变模型,分析了不同时间蠕变对围岩应力重分布以及对二衬的力学性能的影响,得出一些有价值的结论:岩石蠕变造成隧道断面围岩应力、作用弯矩的大小及位置发生变化,对衬砌的安全造成影响。     

自然环境混凝土徐变试验和预测模型研究

为准确预测实际工程结构混凝土徐变的发展规律,在反映恒温、恒湿条件下混凝土徐变性能的基准徐变系数基础上,引入温度、湿度徐变系数,建立了预测实际环境温、湿度条件下混凝土徐变的组合徐变模型.借鉴徐变计算理论,提出了由环境温度变化引起的混凝土附加徐变的实用计算方法.研究结果表明:自然环境中随时间变化的温、湿度导致现行徐变模型的预测结果与实际的徐变变形存在显著差异,其引起的混凝土附加徐变随季节更替而产生周期性增减交替变化;组合徐变模型给出的结果与试验结果最大相对偏差为6%,与试验结果最为接近的现行徐变模型相比,减小了7%.      

青藏铁路路基热蠕变数值分析

青藏铁路的修建,彻底改变了路基下伏土体的热力学状态,加速了多年冻土的退化,导致铁路地基土中产生大片的、力学性质极不稳定的高温冻土层,从而影响铁路路基的结构稳定性.针对这一问题,应用热、力学(蠕变本构)的相关理论,采用数值计算的方法,计算分析了路基修建若干年后的温度、应力以及变形状况.     

石英云母片岩各向异性蠕变特性试验研究

为探明丹巴水电站地下厂房区石英云母片岩的各向异性流变力学特性,分别对片理方向不同的2组石英云母片岩试样进行了单轴压缩蠕变试验.根据石英云母片岩蠕变曲线的特征,通过串联一个非线性黏性元件,对损伤西原模型进行改进,并按照Lemaitre应变等效原理推导了模型的蠕变方程,获得了石英云母片岩的一维流变模型参数;分析了片理面和应力水平对瞬时蠕变、衰减蠕变、稳定蠕变和加速蠕变等特性的影响.结果表明:随应力水平提高,石英云母片岩的瞬时弹性模量基本不变,而滞后弹性模量、稳定黏性系数和蠕变破坏时间均减小;加载方向与片理面垂直时,石英云母片岩具有较强的黏塑性和较高强度;加载方向与片理面平行时,石英云母片岩具有较强的瞬时弹性、黏弹性、黏性和延性.      

沥青混合料蠕变损伤模型与损伤演化

为定量描述沥青混合料的蠕变特性,考虑沥青混合料在整个蠕变过程中同时存在蠕变硬化机制和蠕变损伤劣化机制,基于分数阶微积分理论,发展了一种相对简单的分数阶蠕变损伤模型,用分数阶Maxwell模型来描述蠕变硬化机制,用损伤应变来表示蠕变损伤劣化机制,并从统计学角度推导出沥青混合料的损伤演化方程;对AC-13沥青混合料进行了不同应力水平(0.179、0.358、0.448、0.537和0.716 MPa)下的单轴压缩蠕变试验,通过Levenberg-Marquardt优化算法进行了非线性拟合,确定了不同应力水平下分数阶蠕变损伤模型的参数与损伤演化曲线;为构建不同应力水平下统一的损伤演化模型,提出了一种统计量化沥青混合料损伤演化的方法,建立了蠕变损伤与损伤应变之间的演化关系。研究结果表明:在不同应力水平下,提出的分数阶蠕变损伤模型与试验结果的判定系数均不小于0.995,适用于描述包括衰减蠕变阶段、稳定蠕变阶段和加速蠕变阶段的整个蠕变过程;在衰减蠕变阶段,不同应力水平下沥青混合料的损伤都小于1.0×10-3,相对于蠕变破坏时的损伤0.8可以忽略不计,而进入稳定蠕变阶段以后,损伤逐渐增大;当沥青混合料的蠕变应力超过一定值时会发生蠕变破坏,其流值时间取决于所施加的应力水平;用二参数Weibull分布函数拟合所得的蠕变损伤与损伤应变之间演化关系的判定系数为0.992,说明可以建立不同应力水平下的统一损伤演化模型,且其参数只与材料性能和温度有关,与施加应力大小无关。      

带裂缝混凝土材料力学分析的一种新方法

带裂缝混凝土的拉伸破坏机理比较复杂，尚无合适或简便的力学模型和研究方法。结合线弹性断裂力学性能，借鉴复合材料力学分析方法，建立一种有限子层剪滞模型，对于带裂缝混凝土试样受拉伸的破坏问题不失为一种有效的分析方法。