板材多点成形过程的有限元分析

多点成形过程采用静力隐式格式进行数值模拟是比较合适的。本文建立了用于多点成形过程分析的静力隐式弹塑性大变形有限元方法 ,给出了对稳定迭代收敛过程效果较好的板壳有限单元模型、处理多点不连续接触边界的接触单元方法以及增量变形过程中应力及塑性应变计算的多步回映计算方法。基于这些方法编制了计算软件 ,应用该软件进行了矩形板的液压胀形过程及球形模具拉伸成形过程的有限元分析 ,数值计算结果与典型的实验结果及计算结果吻合很好。最后给出了球形、圆柱形目标形状的实际多点成形过程的数值模拟结果。     

弹塑性体脆断相场模型的一致性无单元伽辽金法

采用无单元伽辽金法（EFG）对弹塑性体脆性断裂的相场模型进行了数值实现。利用无单元法便于构建高阶近似函数的优势，位移和相场均采用二阶移动最小二乘（MLS）近似。刚度阵的数值积分采用更为高效的二阶一致三点积分格式QC3（Quadratically Consistent 3-point integration scheme）。本构算法采用Newton-Raphson迭代和弹塑性一致性切线模量。数值结果表明了本文方法模拟弹塑性体脆性断裂的有效性。     

缆索热铸锚具的精细化建模和有限元分析

编写了适于参数化分析的热铸锚具的数值仿真命令流,锚具的精细有限元数值模型中分别采用三维两节点梁单元Beam188来模拟钢丝,三维八节点实体单元Solid185来模拟锚杯和铸体;通过设置多点约束中的刚臂单元MPC184来模拟钢索的截面影响,通过刚臂与实体单元节点之间的点点接触单元Conta178模拟钢丝与热铸锚铸体之间的接触和摩擦;通过面面接触单元Conta173来模拟锚杯内侧面与铸体浇注面之间的连接.在此基础上研究了钢丝束直径和股数对锚具受力的影响,并进行了比较分析;对锚具进行了设计荷载和破断荷载下的静力分析,给出了锚具的应力和变形分布.最后,考虑到施工工艺误差和安装偏差等因素,锚具节点在实际受力时经常承受局部弯矩,研究了在轴向力和侧向水平力共同作用下的热铸锚具的应力变化.本文研究结果表明:热铸锚具内部应力分布不均匀,应力集中主要出现在锚杯与铸体连接处和锚杯杯口位置,其他部位的应力相对较小;在侧向荷载作用下,应力分布发生了较显著变化,最大应力点的位置也发生了侧向偏移.     

用多微段变刚度杆单元分析钢筋混凝土斜拉桥的非线性地震响应

预先确定斜拉桥的弹塑性区域,把包含多微段平面变刚度梁单元推广应用于大跨度斜拉桥的非线性地震响应分析,用微段的刚度变化模拟钢筋混凝土的弹塑性性能,对双塔单索面钢筋混凝土斜拉桥进行了考虑几何非线性和材料非线性的地震响应分析,编制了相应的弹塑性分析程序,并与Huges单元分析结果进行了比较。结果表明:本文方法能较好地模拟在强震作用下钢筋混凝土斜拉桥的非线性性能,可以在大跨斜拉桥的非线性地震响应分析中应用。     

混凝土三维细观接触面模型数值模拟与CT试验验证

对混凝土三维随机骨料模型进行了改进,在骨料和砂浆之间加入了"面-面接触单元"模拟两者的接触特性,编制了相应的命令程序,称新模型为混凝土接触面模型.采用双折线损伤演化模型进行计算,对数值模拟结果进行了分析研究.从混凝土破坏过程图和荷载-位移曲线图两方面与CT试验结果进行了比较,表明试件破坏时裂纹的萌生、扩展过程与CT试验...     

大变形中摩擦接触问题的数值模拟及应用

大变形的摩擦接触是复杂的非线性问题 ,本文介绍了一种处理摩擦接触问题的数值方法。采用接触单元技术模拟接触界面 ,基于弹塑性理论形式的非经典Coulomb摩擦定律及罚函数方法建立了摩擦接触的增量本构关系。结合大变形的增量分析格式给出了积分摩擦接触本构方程的回映方法。这种处理摩擦接触问题的方法计算简单、使用方便。给出的计算实例及应用实例说明了方法的精度与稳定性     

弹塑性数值流形方法在边坡稳定分析中的应用

针对现有数值流形方法只能进行弹性计算的不足,建立了一个能够反映完整岩块弹塑性变形特征的本构模型,并借助VC++开发了内置该本构模型的弹塑性数值流形程序。利用该程序模拟了含单节理岩样的室内压缩试验,分析得到了其强度和变形特性,计算结果符合实际的物理现象,表明程序是正确有效的。考虑到数值流形方法本身能够有效模拟材料的不连续变形,新增的弹塑性分析功能又可以反映岩石的强度特性,将弹塑性数值流形程序应用于某含有不连续面的岩石边坡的稳定性分析。并结合锚杆单元的使用,对比分析了不同锚固方案的加固效果。程序提供的变形、应力等计算结果表明：预应力锚杆不仅可以防止不连续面发生剪切破坏,增强坡体的稳定性,限制塑性变形的发展;而且可以使不连续软弱层面对岩体变形的消极影响得以减弱,起到提高岩体整体性的作用。     

一种基于面-面局部搜索的接触算法

接触-碰撞算法是影响动态接触问题数值分析精度的重要因素,发展健壮、精确的局部搜索算法对提高数值模拟精度具有重要意义。为解决点-面接触搜索算法存在的盲区问题,提出了一种基于面-面的局部搜索算法,并发展了相应的接触力计算方法。新的接触算法以面心坐标与特征长度表征接触片,进行预搜索快速排除不会发生接触的潜在接触对;利用主从接触片的投影与侵入深度关系确定接触片间的接触状态;利用等参逆变换解析给出接触点,避免了方程组的迭代求解。典型算例与工程实例计算表明,本文算法消除了接触搜索的盲区,具有很好的健壮性与计算精度。     

金属板条在圆柱形模中弯曲成形的大变形有限元分析

本文采用大变形弹塑性有限元法对金属板条在柱形模中的压弯成形过程进行了数值模拟,并与实验进行了比较。首先给出了纠正的拉格朗日有限元公式和基于弹塑性乘法分解的超弹性塑性本构关系。对接触摩擦问题的处理采用了罚函数法。通过对数值结果的分析得出了一些对弯曲工艺的设计有指导价值的结论。     

一种基于面-面局部搜索的接触算法

接触-碰撞算法是影响动态接触问题数值分析精度的重要因素,发展健壮、精确的局部搜索算法对提高数值模拟精度具有重要意义。为解决点-面接触搜索算法存在的盲区问题,提出了一种基于面-面的局部搜索算法,并发展了相应的接触力计算方法。新的接触算法以面心坐标与特征长度表征接触片,进行预搜索快速排除不会发生接触的潜在接触对;利用主从接触片的投影与侵入深度关系确定接触片间的接触状态;利用等参逆变换解析给出接触点,避免了方程组的迭代求解。典型算例与工程实例计算表明,本文算法消除了接触搜索的盲区,具有很好的健壮性与计算精度。     

用粘性边界有限元法分析弹性半无限地基中的动力问题

本文使用设置粘性边界单元的有限元方法，分析了简谐集中激振力产生的地表位移反应，刚性基础及桩基础的阻抗函数等半无限地基中的动力问题。计算结果与其他数值分析方法结果的比较表明，粘性边界单元的有限元方法适用于分析弹性半无限地基中的动力问题。本文还讨论了有限元网格尺寸及模型大小对计算结果的影响。     

A continuous material law for modeling thin-sheet piles and their frictional connection

In the present paper, the mechanical modeling and the numerical simulation of a pile of thin sheets under compressive and in-plane forces is presented. These sheets are not glued or laminated, but interact through frictional contact only. In applications, as for example the core of a large power transformer, such piles may consist of thousands of sheets, which are of thickness below 1 mm, while the dimensions of the pile reaches several meters. Also, several piles may interact by a frictional connection. Such connections are realized by regions where sheets from both stacks overlap mutually. Simulations using a properly meshed original geometry and standard finite element models lead to billions of unknowns for industrial applications. Additionally, the system is highly nonlinear due to the heavily coupled contact conditions posed on thousands of interfaces. Simulations become extremely expensive in terms of both memory and computation time, if not even unsolvable due to numerical convergence problems. The aim of this paper is to present a macroscopic material model, which can be applied to an equivalent homogenized computational domain representing the interconnected sheet piles. An extension of the material law in regions of mutual overlapping due to frictional connections is provided. When using the present approach, the homogenized computational domain can be discretized by a far smaller number of unknowns, while a good overall accuracy is retained. The numerical solution of standardized test problems is presented and verified against analytical considerations.     

Algorithm and implementation of soil–tire contact analysis code based on dynamic FE–DE method

One of the fundamental problems in terramechanics is soil–tire system. Past achievements on this topic can be observed in various literatures. Fast development on CPU power of PC system enables us to apply numerical methods to this basic subject. Among others, finite element method (FEM) has been applied to simple problems of soil–tire system not only in 2D but also in 3D approach. However, it is noted that the current FEM technology cannot handle “singular” boundary conditions with sufficient accuracy of analysis. Typical example of this limitation can be seen in an application to traction tire–soil contact problems, where the contact point of tire lug tip behaves as the singular point of stress field. On the other hand, distinct or discrete element method (DEM) has in essence the capability of analyze microscopic deformation (or flow) of soil as many researchers have already been demonstrated. It is noted that DEM suffers large calculation time that is consumed not only at contact check between particulate elements but also at incremental time step. In our present study, we try to combine both merit of FEM and DEM together in order to analyze the soil–tire system interaction, where, for example, a tire and deep soil layer are modeled as FEM and soil surface layer as DEM. We propose simple algorithm of this FE–DE coupled method and sample program is developed that can solve some basic terramechanics problems in order to verify our idea. The obtained result shows qualitatively sufficient accuracy.     

西部山区双排抗滑桩的机理及设计研究

将公路、铁路桥梁多排桩计算的结构力学方法引入到双排抗滑桩的计算中。与其不同的是,滑动面以上存在滑坡体,而桥梁的最大冲刷线以上没有考虑这种土体的存在对滑动面以下m法的影响。本文提出了滑动面以下考虑滑坡体存在的修改m法一和修改m法二。本文还对滑动面以上前排桩桩后及后排桩桩前的土压力计算进行了实验分析研究,认为滑动面以上后排桩桩前的土压力可按静止土压力计算,滑动面以上前排桩桩后的土压力按静止土压力计算,但要增加排桩间土体的下滑力。同时,用有限杆单元法对双排桩的连梁刚度进行了分析,当满足不相互影响排桩间距的情况下,桩顶连梁与桩的刚度比不小于0.48是合适的,此时再增加连梁刚度无意义。本文认为双排桩节省费用,而且抵抗变形的能力强,值得在工程中研究和广泛应用。     

求解弱不连续问题的p型自适应有限元方法

在实际工程计算中,存在大量的弱不连续问题,如含夹杂问题。利用通常的有限元方法,为确保界面上各点满足给定高精度,往往需要采用全域网格加密或全域提高单元阶次的方法,这将会导致计算机的物理内存和CPU时间的剧烈增长。p-型自适应有限元方法是一种能通过自适应分析逐步增加单元阶次以改善计算精度的数值方法。本文,我们针对弱不连续问题设计了相应的p-型自适应有限元方法,重点讨论了容许误差控制标准对界面上各点计算结果的影响,并对几类典型的弱不连续问题进行了数值计算与模拟。数值结果表明,本文设计的p-型自适应有限元方法对求解弱不连续问题是非常有效的,用较少的单元得到精度可靠的数值结果,可大大提高其有限元分析效率。     

三维厚度机翼上亚临界定常流的有限元计算

本文首次使用了曲六面体带节点导数等参元,通过变分法,计算了三维机翼亚临界定常位势流中的压力分布,计算结果与试验结果符合较好,文中还例用了有限元法中的局部线性化理论,插值出元素中心点密度去处理迭代过程中元素系数阵的计算,其结果与通常的有限元计算相吻合,但计算时间却明显减少了。文章最后以有限元法的局部线性化理论和局部线性化的有限元法做了阐述。     

金属板料拉延二次成形的有限元法模拟

建立了二次拉延成形加工的有限元分析计算模型;采用一次成形-回弹计算-二次成形的连续计算过程模拟了实际加工过程;有限元计算采用动力显式计算程序MSC/DYTRAN;用主从面（master surface-slave surface)模型定义板料和模具的接触,摩擦力用库仑定律计算;利用动力松弛法对成形过程中的回弹进行了计算。模拟结果和实际零件比较,证明模型合理,自满稳定,结果可靠,具有良好的应用价值。     

基于静力响应面的结构有限元模型修正方法

提出了基于静力响应面的结构有限元模型修正方法.运用响应面方法,将结构静力响应和结构参数之间复杂的隐式关系用显式函数近似表达出来;在此响应面模型(函数)基础上,通过优化计算对结构有限元模型参数进行修正.阐述了基于静力响应面的结构有限元模型修正方法的基本理论和一般实现过程.对两跨连续梁结构的静力模型修正数值算例分析结果表明:基于静力响应面的有限元模型修正方法可以减少结构有限元计算的次数、提高模型修正的优化效率,结构有限元模型修正结果具有可接受的精度.     

Finite element framework for describing dynamic wetting phenomena

The finite element simulation of dynamic wetting phenomena, requiring the computation of flow in a domain confined by intersecting a liquid–fluid free surface and a liquid–solid interface, with the three‐phase contact line moving across the solid, is considered. For this class of flows, different finite element method (FEM) implementations have been used in the literature, and in some cases, these produced apparently contradictory results. In the present paper, a robust framework for the FEM simulation of dynamic wetting flows is developed, which, by consistently adhering to the FEM methodology, leaves no room for ad hoc ‘optional’ variations in the numerical handling of these flows. The developed approach makes it possible to conduct a convergence study, assess the spatial resolution required to achieve a preset accuracy and provide the corresponding benchmark calculations. This analysis allows one to identify numerical artefacts, which had previously been interpreted as physical effects, and demonstrates that suppressing numerical errors using a ‘strong’ implementation of a boundary condition creates bigger and less detectable errors elsewhere in the computational domain. We provide practical recommendations on the spatial resolution required by a numerical scheme for a given set of non‐dimensional similarity parameters and give a user‐friendly step‐by‐step guide specifying the entire implementation, which allows the reader to easily reproduce all presented results including the benchmark calculations. It is also shown how the developed framework accommodates generalizations of the mathematical model accounting for additional physical effects, such as gradients in surface tensions. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

桩-土接触效应及对桥梁结构地震反应的影响

目前有关涉及桥梁桩基础地震反应的研究大多是基于桩与桩侧土体之间无相对滑动、位移保持协调的假定。本文针对地震作用下桥梁桩基础的接触面效应及其对结构地震反应的影响问题，以某桥梁工程为背景，通过在桩-土交界面处设置接触单元来模拟桩-土间的接触非线性，建立了土-桩-桥梁结构相互作用体系的三维分析模型。利用这一模型，分析了地震作用下桩-土交界面处的动力反应形态，探讨了桩-土间的接触非线性及其对桥梁结构地震反应的影响。初步分析结果表明：在强震作用下，桩-土间会产生较强的接触非线性，在本文模型中，这种非线性主要表现为桩-土交界面处的滑移；考虑桩-土间的接触面效应将使结构的位移反应结果较基于桩-土间位移协调的情形有所增大。