基于ANSYS的近底床悬跨海管建模技术研究

以ANSYS软件为平台建立了近底床钢管-混凝土单层悬跨海管有限元模型.该模型综合应用PIPE59,MATRIX27和COMBIN40三个单元不仅模拟了海流对管道的作用,而且还模拟了管内流体流动引起的科氏力和离心力,另外还考虑了海管与底床的弹性接触.通过与CAM和DNV工程规范对比,验证了该模型.研究结果表明,所提出的建模方法可方便地应用于含内流的近底床悬跨海管的计算.     

DYNAMIC RESPONSE OF THE CATENARY RISER IN DEEP-SEA MINING SYSTEMS 1)

基于有限元模型,模拟、分析深海采矿系统悬链线立管在海流和水面船运动约束下的动力响应。结果表明：悬链线立管的最大等效应力和最大位移随时间呈周期性变化,且存在半个周期的相位差;当水面船运动到最高点时,悬链线立管位移达到最大值。悬链线立管最大 等效应力和最大位移随水面船运动位移幅值的增加而增加,随运动周期的增加而减小。进一步对比发现,水面船运动位移和周期对立管等效应力的影响大于对其位移的影响。     

轴向运动二维传输结构动力学有限元建模与仿真

基于物理中面概念和经典薄板理论，应用有限元法研究了机械工程中的二维传输结构作轴向运动时的面外自由振动特性．根据实际工程结构特点及设计要点，考虑受双向预张应力作用的传输薄板结构模型，由哈密顿原理出发严格导出了结构的有限元动力学方程，得到了体现轴向传输结构特性的陀螺矩阵．该矩阵具有反对称结构，这与加权余量法所得的陀螺矩阵结构不同．采用3 节点三角形单元离散求解域，且单元不受轴向运动影响，给出了单元密度对计算结果精度的影响．分析了传输结构预张应力和轴向速度与自由振动固有频率的关系；考察了不同结构的陀螺矩阵对数值结果的影响．将部分结果与ANSYS 软件模拟对比，显示出良好的一致性，证明了本文方法的有效性．研究结果可为典型传输带等结构的振动控制提供参考，建模方法可为ANSYS等计算软件添加轴向运动结构新模块提供理论依据．     

深水钢悬线立管触地区力学特性数值模拟分析

通过将钢悬线立管与海床土体的相互作用模拟成为一根置于一系列非线性弹簧上的梁单元,根据海底土体P-y曲线,对钢悬线立管与海底土体之间的相互作用进行了数值模拟分析,研究了海底形成的沟槽形状、沟槽的最大深度及触地点附近立管的弯矩变化。研究结果表明:钢悬线立管在循环位移作用下,在靠近立管加载端的下部海床上形成沟槽;土体刚度越大,形成的沟槽最大深度越小;循环位移载荷幅值越大,海床上形成沟槽的最大深度也越大;随着位移载荷的逐渐增大,沟槽最大深度点的位置向远离加载端的方向移动;立管触地点附近的弯矩变化幅度从大到小排列依次为线性硬土、线性软土、非线性黏土。     

惯性制导平台台体有限元分析

本文运用有限元方法分析惯性制导平台台体的刚度和强度，通过模型离散，模拟实际施加外力，计算得到模型的位移场和应力场，获得了安装面的转角位移及应力极值等关心的物理量，并通过动力分析程序得到了结构各阶固有频率和振型。     

岩石试件端面摩擦效应数值模拟研究

试件端面摩擦效应直接影响试件内的塑性等效应变、侧向位移的分布和单元应力应变曲线。本文运用ANSYS中的接触单元模拟了平面应变状态下端面摩擦效应对塑性等效应变、侧向位移和单元应力应变曲线的影响,得到了不同摩擦系数时塑性等效应变及侧向位移的渐进变化形式。当接触面摩擦较小时,塑性等效应变图案为上下两个X形网络,侧向位移上下分布均匀;当接触面摩擦增大时,塑性等效应变网络向中部靠拢并且明显增大,侧向位移上下分布不均匀,中部较上下端面位移大;当试件端面侧向位移被限制,即摩擦力很大时,塑性等效应变网络变为一个X形局部化带,侧向位移分布更加不均匀,中部明显隆起。     

框架剪力墙结构的定向爆破倒塌过程

利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,分别采用整体式模型和共用节点分离式模型对某高层框架剪力墙结构的定向爆破拆除进行数值模拟.通过与实际工程的对比发现,分离式模型模拟的效果更贴近实际,模拟结果更准确;此外,待拆除结构的爆破切口适当上移,可以减少结构的倒塌范围;最后,分析了钢筋和混凝土单元的应力时程曲线,指出共用结点...     

基于高阶位移模式的压电层合板动力有限元模型

建立了含压电片层合板的有限元动力学模型。以位于压电层上下表面处的电场强度和层间电压为未知量,给出了三次函数的电势分布模式,采用Reddy的高阶剪切理论描述板的位移场,假设板厚度方向的正应力为零给出了减缩的本构方程,采用有限元方法,基于Hamilton原理导出结构的动力学方程,然后用静态缩聚的方法压缩掉电场自由度和次要的位移自由度。最后用四边形矩形单元求解了一对称铺层和非对称铺层悬臂板的固有频率,并与ANSYS结果对比验证了本文模型的精确性。     

结构性黏土模型在FLAC中的二次开发及应用

FLAC软件广泛应用于岩石及岩土工程数值分析中,但内置材料模型库的不足影响了其应用范围及分析结果的精细化。本文基于FLAC程序提供的二次开发平台,以结构性黏土边界面模型为例,在FISH编译环境下实现了复杂本构模型的开发与应用。首先,介绍了FLAC的关键开发技术和具体实施方法;其次,给出了结构性黏土边界面模型的基本原理及应力积分方法;然后,通过FLAC单元测试与FORTRAN程序计算结果的对比,验证了FLAC二次开发在多种应力路径下的正确性;随后,通过FLAC排水平面应变剪切试验模拟剪切带的形成,测试了二次开发模型的多单元模拟能力,同时验证了其网格依赖性问题;最后,通过对土坡开挖的模拟,测试了结构性黏土模型FLAC二次开发的工程适用性。     

复合材料补片加固钢板的粘接应力与失效模拟

在ANSYS有限元软件中建立三维有限元模型,对复合材料补片单面加固钢板进行数值模拟,使用内聚力单元模拟胶层脱粘和扩展过程,有限元模型计算结果与试验结果吻合较好,弹性极限载荷和失效载荷的相对误差分别为9.6%和4.2%。计算得到了模型在拉伸载荷作用下的载荷-位移曲线、胶层剪应力和剥离应力分布情况以及补片x轴向应力分布情况。结果表明,胶层端部最先达到极限强度后出现开裂,脱粘从补片两端开始逐渐向中心扩展,且扩展过程是非对称的;当补片发生部分脱粘后,补片应力集中在未脱粘处,承载长度逐渐减小、承载能力逐渐降低。     

刚架桁架模型有效性的试验与数值研究

为了比较桁架模型和刚架模型的差异, 结合了一种简单试验结构,实测了试验刚架和桁架的特定截面的内力和中节点位移; 同时应用ANSYS软件对两种模型进行了有限单元模拟. 验证了刚架和桁架两种力学模型的有效性, 通过试验和数值计算的结果, 得到了两种结构的受力特点, 分析了实际桁架和理想桁架的差别, 对结构设计和教学具有一定的参考意义.     

含孔平面编织混杂铺层层合板压缩破坏仿真

对ANSYS软件平台进行了二次开发，建立了平面编织混杂铺层层合板损伤累积有限元模 型，对含孔平面编织混杂铺层层合板的压缩破坏行为进行了仿真计算. 研究结果表明，所建 模型能够较好地仿真含孔平面编织层合板的损伤破坏过程，并能准确预测层合板的 损伤类型、损伤扩展以及破坏强度；同时提出并验证了适合该类型层合板的损伤判 据和衰减准则. 该模型所给结果形象直观，适合工程应用.     

Analysis model to simulate the cracked pipe buried in soil

This paper describes the use of the finite element method to simulate crack propagation in a pipeline in the presence of soil backfill. Since typical values for soil modulus are known, a spring element can be used to simulate the effects of backfilled soil on crack propagation. This consists of the relationship between the soil property and the stiffness of the spring element, and the effect of backfill depth on the crack propagation in the pipes. By equating crack driving force,G, in the presence of soil, to the dynamic fracture toughness of the pipeline material, a theoretical predictive capability is obtained for the first time for the gas transmission and distribution pipelines. Numerical calculations have also been carried out for the cracked pipe with backfill and without backfill.     

水底管道抛石加固过程的DEM-SPH耦合分析

水底管道的抛石加固过程是典型的颗粒-流体耦合问题.采用DEM-SPH耦合方法模拟颗粒-流体系统,其中离散元方法(DEM)用于模拟落石,光滑粒子流体动力学方法(SPH)用于模拟流体.通过三维Voronoi切割算法生成不规则形状的多面体,并基于闵可夫斯基原理构造扩展多面体形态的落石单元.通过SPH的边界排斥力模型计算颗粒与流体间的作用力,从而建立DEM-SPH耦合方法.采用该方法模拟溃坝与楔形块入水的过程,将计算结果与试验结果及其他数值结果进行对比分析,分别验证了 SPH与DEM-SPH耦合方法的合理性.建立锥形结构模拟卸料斗和水底管道,采用DEM-SPH耦合方法模拟落石通过卸料斗入水并与水底管道相互作用的过程,确定了落石和水对管道的作用力,并分析了卸料斗静止与运动时的落石堆积情况.以上研究表明,DEM-SPH方法可有效模拟颗粒材料、水和工程结构的相互作用,可进一步应用于水下抛石过程的结构和参数设计.     

损伤因素对单层平面索网静力性能影响研究：有限元分析与试验验证

运用通用有限元软件ANSYS建立三维有限元模型,对横索与竖索连接节点失效、索预应力损失和锚固端失效这三种损伤因素的不同损伤工况下,单层平面索网结构的受力性能进行了非线性有限元分析,并与相应的试验结果进行了全面对比分析。结果表明：本文的有限元模型能够准确地分析计算上述三种损伤因素对单层平面索网结构受力性能的影响,包括结构...     

组合杂交法与ANSYS软件计算精度比较研究

为探索8节点六面体组合杂交元方法(CHH(0-1))的计算效率和精度, 并正确认识ANSYS 软件计算结果的可靠性, 本文以板弯曲模型为例, 分别用CHH(0-1)元、ANSYS软件中的8节 点brick元、20节点brick元对该模型进行求解．经过对位移及应力计算结果的比较分析, 得知ANSYS软件中的8节点brick元实际是Wilson brick元, 当网格规则时位移计算结果可靠, 但应力计算结果精度差, 20节点brick元计算 非常耗时, 应力计算精度也不高, 而CHH(0-1)元用较少的计算量便可得到高精度的位移、应 力计算结果．     

基于ANSYS二次开发进行黏弹性结构动力学分析

弹性-黏弹性复合结构目前在结构减振方面应用很广泛,但是现有的有限元分析软件系统尚不能有效地计算这种复合结构．因此对ANSYS进行二次开发,利用ANSYS进行前处理与建模,再利用外挂程序进行模态计算,最后将结果返回ANSYS进行后处理．将理论计算结果与实验结果进行比较,说明这种方法是可行的,计算精度满足要求．在此基础上,还对一体化有限元模型进行了修正,也取得了令人满意的结果．     

脊柱L3-L5段机械模型的力学特性分析

借助计算机辅助设计软件SolidEdge,根据人体解剖学数据建立了人体脊柱L3-L5段近似三维几何模型,并利用有限元分析软件ANSYS进行赋值,模拟了脊柱L3-L5段的结构特性、材料特性、接触特性。将椎骨划分为皮质骨、松质骨等结构,用接触连接的方法模拟了椎骨与椎间盘之间、小关节之间的连接情况,采用实体单元Solid187对其进行网格划分。对该三维有限元模型进行加载分析,得到其在200N轴向力作用下和100N侧向力作用下的应力和变形数据,该数据可以为脊柱生物力学的研究和侧凸脊柱的病因及矫正提供一定的参考依据。     

Discrete element-embedded finite element model for simulation of soft particle motion and deformation

The motion and deformation of soft particles are commonly encountered and important in many applications. A discrete element-embedded finite element model (DEFEM) is proposed to solve soft particle motion and deformation, which combines discrete element and finite element methods. The collisional surface of soft particles is covered by several dynamical embedded discrete elements (EDEs) to model the collisional external forces of the particles. The particle deformation, motion, and rotation are independent of each other in the DEFEM. The deformation and internal forces are simulated using the finite element model, whereas the particle rotation and motion calculations are based on the discrete element model. By inheriting the advantages of existing coupling methods, the contact force and contact search between soft particles are improved with the aid of the EDE. Soft particle packing is simulated using the DEFEM for two cases: particle accumulation along a rectangular straight wall and a wall with an inclined angle. The large particle deformation in the lower layers can be simulated using current methods, where the deformed particle shape is either irregular in the marginal region or nearly hexagonal in the tightly packed central region. This method can also be used to simulate the deformation, motion, and heat transfer of non-spherical soft particles.