复杂条件下地基承载力系数N_γ的上限解

由地基土重量引起的地基承载力系数N_γ的真实解答至今尚未获取．本文根据极限分析法与极限平衡法的等效性,构造出最危险的运动许可滑动机构,得出N_γ尽可能小的上限解．分别定量分析了在荷载倾斜、基底倾斜、地表倾斜对N_γ的影响,提出了近似影响系数公式,并与现有研究结果进行比较．     

隧洞式内衬储气库极限储存压力解析解

隧洞式内衬储气库是一种新型能源储存方法,有助于平衡供需,推动国家由化石能源向绿色能源的持续过渡,有利于国家“碳中和、碳达峰”目标的实现.本文采用极限平衡方法和弹塑性分析方法推导隧洞式内衬储气库极限储存压力的解析解.在极限平衡方法中,考虑上覆围岩自重、破裂面受力和极限储存压力,选用刚性锥模型,推导了上限压力表达式;在弹塑性分析方法中,根据围岩中应力分布规律和剪切、抗拉强度,推导获得了弹塑性条件下上限与下限压力表达式.最终综合考虑两方法求得的结果,确定极限储存压力解析解.结果表明:极限平衡方法求得上限压力与埋深呈二次函数关系,且随着侧压力系数的增大而增大;弹塑性分析方法确定的上限压力和下限压力与埋深呈线性关系,下限压力随着侧压力系数的增大而减小,且Ⅰ级围岩条件下的内衬储气库不用考虑下限压力.在侧压力系数λ=1.2时上限压力最大,因此应尽量在侧压力系数为1.2的围岩条件下修建隧洞式储气库.最后根据典型工况下上限和下限压力曲线给出内衬洞室推荐压力范围.     

平面刚架弹塑性大位移分析的多刚体离散元法

本文基于多刚体－弹簧系统模型，给出了求解平面刚架结构弹塑性、大位移极限承载力分析的多刚体离散元法。文中首先推导了多刚体离散元法在总体坐标下的切线刚度阵，建立多刚体离散元法的增量平衡方程；而后推导了多刚体离散元的弹塑性弹簧系数矩阵，建立了多刚体离散元内力屈服面塑性铰法的增量求解格式，成功地进行了平面钢框架的弹塑性、大位移极限承载力分析。计算结果与其他数值方法或实验结果吻合良好，显示了多刚体离散元方法进行结构极限承载力分析这一复杂问题的优越性     

求解钢压杆极限承载力的有限条塑性系数增量初应力法

本文提出了有限条塑性系数增量初应力法，用于分析钢压杆的弹塑性稳定极限承载力，该法采用分级加载，用有限条法建立结构的增量平衡方程；在塑性范围，引入截面的塑性系数对弹性刚度进行折减得到结构的弹性刚度矩阵；用修正的Ｎｅｗｔｏ－Ｒａｐｈｓｏｎ方法迭代求解，数值结果表明，本法效率较高，与钢压杆试验结果吻合良好，可以考虑残余应力和载荷偏心的影响，可望实现大型超静定结构的极限载力分析。     

冷弯薄壁槽形截面钢柱的优化设计

求解冷弯开口薄壁截面短柱的极限承载力是一个板组结构的大挠度弹塑性分析问题，板件之间相互作用和纵向面内加载方式对其局部屈曲后性能和稳定极限承载力有很大的影响。本文应用大挠度弹塑性有限条分析方法系统地研究了冷弯薄壁槽形截面柱的极限承载能力和它们的优化性能，并对荷载偏心距为常数和位移梯度为常数的两种加载条件下的薄壁开口短柱局部屈曲后性能和极限承载力进行了对比分析和探讨。     

任意剖面地基极限承载能力的分析

本文利用岩土塑性力学的滑移场理论，建立了任意剖面的地基极限承载力的一般解，并考虑土体自重等因素进行了修正，结果与Ｌ．Ｐｒａｎｄｔｌ，Ｋ．Ｔｅｒｚａｇｈｉ解的结果吻合良好     

洞跨对下伏空洞岩石地基极限承载力影响研究

针对洞跨对下伏空洞岩石地基极限承载力影响问题,对含空洞岩石地基极限承载力计算方法进行了推导和试验验证。首先采用极限分析上限法构建了一种空洞岩石地基破坏时的机动许可速度场,通过求解功能方程得到了地基极限承载力随空洞跨度变化的一般计算方法。通过参数分析研究了不同空洞跨度、顶板厚度对空洞岩石地基极限承载力的影响,并导得了空洞临界跨度与顶板厚度的关系表达式。最后进行了不同空洞跨度和厚度下的空洞地基极限承载力模型试验研究,并与理论进行了对比验证分析。结果表明:当厚径比h/d一定时,空洞岩石地基极限承载力随空洞跨度l的增加逐渐减小;存在一个临界跨度l_(cr),当超过临界跨度l_(cr)时空洞跨度的增加对空洞岩石地基极限承载力系数N_σ的影响较小且N_σ趋于稳定;当空洞跨度l为0.5d且厚径比h/d为1.0～2.5时,尚需考虑洞体对地基极限承载力的影响;同一空洞跨度l下,初始冲切角随着厚径比h/d的增加而减小。其他参数相同时,空洞地基极限承载力系数N_σ随GSI的增大而提高。     

地基变形计算的修正Flamant解

针对地表分布载荷作用下地基变形的半平面问题,利用对称化方法对Flamant位移解答进行修正,得到有限深度底部光滑刚性支撑的地基位移的精确解.该解与相同条件下的有限元数值计算结果基本一致.修正解与原解的对比表明,两者差异较大;但当基点距离载荷较近时,两者所得到的地表附近的相对沉陷分布形式和大小差别不大.     

薄壁曲梁的稳定极限承载力

曲梁极限承载力涉及弯扭强度和稳定两方面的问题．尤其是曲梁进入弹塑性阶段后,截面上弯曲应力和扭转应力将不再保持原有的比例关系,问题变得更为复杂．水平曲梁在弹性和弹塑性阶段工作特性的研究成果为其工程应用提供了理论依据．在总结不同曲梁稳定极限承载力公式的基础上,通过对已有有限元计算结果的非线性回归,得到了工程实用的曲梁极限承载力估算公式．     

水泥土搅拌桩复合地基承载力公式中折减系数β取值的分析

水泥土搅拌桩复合地基承载力设计公式中的桩间土承载力折减系数 β值需根据经验确定,且取值范围较大。因此,要准确计算出复合地基承载力有一定难度。本文根据桩土共同作用机理,探讨了折减系数 β的各种影响因素。在比较研究了一些典型工程静载试验的实测资料之后,对系数 β的取值作了具体分析并给出了合理的建议值。     

极限分析的弹性补偿法及其应用

有限元法与数学规划法相结合，应用极限上、下限定理，将极限分析归结为求解最优化问题，是目前被普遍应用的极限分析方法，但是该方法受到计算能力的限制，难以应用到实际工程问题中。鉴于此，本文介绍一种基于线弹性分析基础上的简单的求解复杂结构极限栽荷下限、上限的方法——弹性补偿法，同时结合三维有限元分析，求解内压下三通结构的极限载荷。通过与弹塑性分析结果比较发现，简单的弹性补偿法能够很好的评估复杂三雏结构的塑性承载能力。     

下限原理在岩土工程中的应用

采用极限分析下限原理求解了岩土工程中基础的极限载力和边坡的安全系数。求解过程中把有限元法和非线性规划相结合，把整个结构离散化，设定每个结点的应力，把原问题变成一个以边坡的稳定安全系数或基础的极限承载力为目标函数，以结点应力为优化变量，以对可静应力场的各种制约为约束条件的非线性规划问题。采用序列二次规划法求解该非线性规划问题，得到了人为构造的严格满足应力边界条件、平衡微分方程、不违反Mohr-Coulomb或Drucker-Prager屈服准则的应力场，解决了三维可静应力场的构造问题。算例分析表明，本文的方法是正确、可行的。     

确定复合材料宏观屈服准则的细观力学方法

运用细观力学中的均匀化方法，分析了含周期性微结构复合材料的宏观屈服准则，并对Hill-Tsai准则进行了修正。从基于复合材料细观结构的代表性胞元入手，运用塑性极限理论中的机动分析以及有限元方法，计算了细观结构的极限载荷域。通过宏细观尺度对应关系，得到复合材料的宏观屈服准则。     

Spinning rods, elliptical disks and solid ellipsoidal bodies: Elastic and plastic stresses and limit spins

The analysis of the stresses in one-, two- and three-dimensional spinning bodies is discussed in a systematic and comprehensive way. First elastic solutions are derived for rods, for elliptical-shaped flat disks and for ellipsoidal solid bodies spinning about their sideways axes. Then the spins for first plastic yield are found in each case using each of the Tresca and the von Mises yield conditions. Then upper and lower bounds on the maximum allowable limit spins where the body would globally fail assuming perfectly plastic behavior are derived. The elastic solutions at first yield always give a lower bound to that limit spin, but global failure generally does not occur until the spin is increased. A way to calculate an improved lower bound is illustrated. Upper bounds are found in a simple and new way. The method uses the fact that the volume-averaged stresses can be calculated directly from the loadings without the need for any actual stress solutions, and then it is proved that the use of those average stresses in the yield functions always gives an upper bound to the limit loads. That use of the statically determinate average stresses to obtain meaningful plastic upper bounds to limit loads is though to be a new method, and can be applied to any shape. Finally, several finite element calculations are used to determine the quantitative relations between the lower and upper bounds and the actual limit spins for ellipsoidal bodies.The results are of interest in the spin of planetary bodies, where they explain the nature of an average-stress approximate method, and in the analysis of spinning bodies in general. In addition, the approach gives a very interesting example of the utility of the limit analysis approaches of plasticity theories.     

NUMERICAL INVESTIGATION OF THE LIMIT LOADS FOR PRESSURE VESSELS WITH PART-THROUGH SLOTS

A numerical investigation of the limit loads is carried out for pressurevessels with part-through slots using a general computational method for the limitanalysis of 3-D structures.The limit pressures are given for a comprehensive range ofgeometric parameters.Some of the calculated results are compared with the results of3-D elastic-plastic finite element analysis and existing numerical solutions.The effectsof various shapes and sizes of part-through slots on the load carrying capacity ofcylindrical shells are investigated and evaluated.Two kinds of typical failure modescorresponding to different dimensions of slots are studied.Based on the numericalresults,a geometric parameter G which combines the slot dimensions and the cylindergeometry is presented.It reasonably reflects the overall effect of slots on the limit loadsof cylinders.An empirical formula for estimating the limit pressures of cylindricalshells with part-through slots is obtained.     

含缺陷结构的塑性极限分析

结合极限分析中的数学规划理论和有限元技术,提出了三维含结构极限分析的数学规划方法,并采用罚函数法引入塑性不可压条件,对于考虑多组独立变化载荷作用的情况,提出了加载路径射线辐射求解方案,并基于这种射线射状的加载路径,推导了多组载荷联合作用下结构塑性极限上限分析的数学规划格式,编制了相应的有限元程序,文中的数值了该方法的正确性与有效性。     

A general algorithm for plastic flow simulation by finite element limit analysis

Limit analysis has been rendered versatile in many structural and metal forming problems. In metal forming analysis, the slip-line method and the upper bound method have filled the role of limit analysis. As a breakthrough of the previous work, a computational approach to limit solutions is considered as the most challenging area.In the present work, a general algorithm for limit solutions of plastic flow is developed with the use of finite element limit analysis. The algorithm deals with a generalized Hölder inequality, a duality theorem, and combined smoothing and successive approximation in addition to a general procedure for finite element analysis. The algorithm is robust such that from any initial trial solution, the first iteration falls into a convex set which contains the exact solution (s) of the problem. The idea of the algorithm for limit solutions is extended from rigid⧹perfectly plastic materials to work-hardening materials by the nature of the limit formulation, which is also robust with numerically stable convergence and highly efficient computing time.     

关于蜂窝芯体面外等效剪切模量的讨论

对于六边形蜂窝芯体,其面内等效参数具有确定的解析式,便于应用;相比之下,对于面外等效剪切模量,现有工作只能给出其上下限,由于没有确定的取值,给工程计算带来了困扰。为克服这一矛盾,本文通过Y型蜂窝胞元,针对薄面板的情况,重新分析了芯材的面外等效剪切模量。针对直壁板与斜壁板厚度为1:1和2:1的情况,给出了近似的弹性力学解答,并由此确定出面外等效剪切模量的上限。本方法所确定的剪切模量的上限与文献给出的剪切模量的下限是相同的,从而使该模量也具有确定的解析表达式,方便了数值计算和分析。试验数据和有限元数值分析均验证了本文结论的正确性。     

基于自然单元法的极限上限分析

自然单元法是一种基于离散点集的Voronoi图和Delaunay三角化几何信息,以自然邻近插值为试函数的新型数值方法.相对于一般无网格法中常采用的移动最小二乘近似而言,自然邻近插值不涉及到复杂的矩阵求逆运算,更不需要任何人为的参数,可以提高计算效率.采用该方法构造的形函数满足Delta函数的性质,可以像有限元一样准确地施加边界条件,可以方便处理场函数及其导数的不连续性的问题.论文将自然单元法应用到极限上限分析中,编制了相应的计算程序,通过极限分析的几个经典算例进行了验证,同时采用类似于分片应力磨平的方式,编制相应的磨平程序,由计算点上的塑性耗散功外推得到了节点上的塑性耗散功的值,从而画出了极限状态下结构的塑性耗散功的分布云图.计算结果表明采用自然单元法求解极限上限分析具有稳定性好,精度高,收敛快等优点.     

理想塑性结构极限与安定分析的数值方法

极限分析和安全分析的近代发展方向是寻找通用性强，计算效率高的数值方法。本文介绍将有限单元法和数学规划法相结合的、同时适用于极限分析和安全分析的统一数值方法，包括下限格式和上限格式。