考虑侧面摩擦的侧限压缩模型的数值解法

海上箱筒型基础结构下沉到位后,舱内土体的受力变形可以看作是侧限压缩模型问题,上部荷载引起的侧壁摩擦力与土体应力之间的关系较为复杂。本文通过简化模型,列出了侧限压缩模型的平衡微分方程,分析了方程解析计算时存在的难点,结合摩擦应力边界条件的特点,构造函数迭代法对该方程进行数值求解,展示了计算的收敛过程,得到接触侧面上水平应力和土体表面位移的非线性分布规律,并将其结果与ABAQUS数值模拟结果进行了对比。结果表明,函数迭代法收敛速度较快,计算过程稳定,对其他存在变量耦合边界条件的微分方程数值求解有一定的参考价值。     

考虑侧面摩擦的侧限压缩模型的数值解法

海上箱筒型基础结构下沉到位后,舱内土体的受力变形可以看作是侧限压缩模型问题,上部荷载引起的侧壁摩擦力与土体应力之间的关系较为复杂。本文通过简化模型,列出了侧限压缩模型的平衡微分方程,分析了方程解析计算时存在的难点,结合摩擦应力边界条件的特点,构造函数迭代法对该方程进行数值求解,展示了计算的收敛过程,得到接触侧面上水平应力和土体表面位移的非线性分布规律,并将其结果与ABAQUS数值模拟结果进行了对比。结果表明,函数迭代法收敛速度较快,计算过程稳定,对其他存在变量耦合边界条件的微分方程数值求解有一定的参考价值。     

修正剑桥模型在深水浅层石油钻井井壁稳定中的应用

深水浅层的压实程度低、结构薄弱,其破坏规律是深水浅层相关问题研究中的关键点之一。目前修正的剑桥模型已经应用于深水浅层的各类研究中,但是在深水浅层的井壁稳定问题中,深水浅层往往仍然被认为是理想弹塑性材料。将井眼周围地层分为3个区域:弹性区、流动区、塑性区。弹性区,地层为线弹性状态;流动区,地层服从修正的剑桥模型及小变形理论;塑性区,地层服从摩尔库伦准则。对各个区域的应力分布进行了求解,并在求解的基础上,结合超级孔隙压力建立了深水浅层的井壁稳定分析模型。通过实例运算,该井壁稳定模型的可靠性得到了验证。     

THE APPLICATION OF MODIFIED CAMBRIDGE MODEL FOR THE WELLBORE STABILITY ANALYSIS OF DEEPWATER SHALLOW SEDIMENTS IN PETROLEUM DRILLING1)1)

深水浅层的压实程度低、结构薄弱,其破坏规律是深水浅层相关问题研究中的关键点之一。目前修正的剑桥模型已经应用于深水浅层的各类研究中,但是在深水浅层的井壁稳定问题中,深水浅层往往仍然被认为是理想弹塑性材料。将井眼周围地层分为3个区域：弹性区、流动区、塑性区。弹性区,地层为线弹性状态;流动区,地层服从修正的剑桥模型及小变形理论;塑性区,地层服从摩尔库伦准则。对各个区域的应力分布进行了求解,并在求解的基础上,结合超级孔隙压力建立了深水浅层的井壁稳定分析模型。通过实例运算,该井壁稳定模型的可靠性得到了验证。     

用边界元法分析轧制压力和摩擦力

本文给出了一种新的求解轧制力和摩擦力分布的方法，利用测量手段对轧制过程中的轧件进行测量，然后再利用边界元法对轧辊进行分析，从而求解出轧制中轧制力和摩擦力。这种方法避开了求解轧制力对轧件进行弹塑性分析，也解决了用测力销测量带来的困难，使轧制问题的分析求解得到了简化并提高了求解精度。     

带张力轧制H型轧件的有限元分析

本文采用刚塑性有限元法全面分析了连轧H型件时轧件在轧边端孔中的变形。计算得到的轧边端轧制力、轧制力矩、边部增厚系数和前滑系数这些轧制力能参数和变形参数,均与实验符合较好。     

薄宽带材局部纵向屈曲的辛弹性力学求解方法

局部纵向屈曲是普遍存在于薄宽带材生产过程的板形缺陷,是屈曲研究的难点,精确的解析求解方法对局部纵向屈曲形成机理的研究和板形质量的提高具有重要意义。本文将任意位置的局部纵向屈曲分为带材边部和内部两类,采用辛弹性力学方法直接推导得到了局部纵向屈曲区域承受不同边界约束条件时的临界屈曲应力和屈曲挠度函数,并将求解结果与有限元和相关文献结果进行了对比。结果表明：辛弹性力学方法与有限元方法相比具有相同计算精度和更高的计算效率,计算精度高于传统能量法;带材边界的约束条件对临界屈曲应力、屈曲区域几何形状和屈曲挠度函数均存在显著影响,验证了传统能量法求解的不足,有利于提高局部屈曲计算精度。     

用晶体弹塑性有限单元法研究双晶金属拉伸变形

本文从单晶体应力-应变关系的精确实验结果和多晶体滑移特性出发,建立相应的计算模型,并采用微观力学和晶体弹塑性有限单元法,研究双晶金属试样的拉伸变形,得到其应力-应变曲线,晶体内滑移变形和应力分布规律,以及晶界影响区对它们的影响。     

基于遗传算法的隧道围岩变形稳定可靠性分析

由于隧道的开挖,隧道围岩的初始应力状态将发生变化,围岩发生卸荷变形,并可能导致隧道的失稳。为了研究隧道开挖后围岩变形的可靠性,建立了隧道围岩变形可靠度指标计算模型,并用遗传算法进行求解。应用本文方法对一高速公路隧道围岩变形的可靠性进行分析。从结果可以看出,围岩的潜在破坏区域出现在拱顶和两侧拱肩区域,从这些区域的可靠度指标和破坏概率值可以看出,该隧道毛洞的拱顶下沉和拱肩收敛可靠度都满足不了规范的要求,要及时进行支护。     

用松弛代数法解粘弹性体结构的应力

求解非均质的粘弹性体结构由支承变位与物体变形变化产生的应力问题,传统方法的基本困难在于解积分方程组,以致在实际计算中限制了它的应用。本文根据粘弹性体力学的基本定理以及松弛系数和变形模量的概念,提出一种方法,将粘弹性体中应力的求解转化为相当的弹性问题,从而使计算得到简化,而所得结果有较高的精度。     

厚壁等径三通的有限元研究

本文应用三维砖块八节点等参协调元(简称Q4元)和不协调元(称QM6元),对厚壁等径三通,在轴向推力与面内弯矩载荷作用下的弹性变形与应力分布进行了计算,得到了它们的变形与应力分布曲线,并进行比较。结果表明,用Q4元计算,在弯曲变形较大的区域,误差较大,反映不出三通的应力集中区的应力梯度高的特性,而QM6元则能较精确地计算出应力集中区的应力。     

子午线轮胎接触变形的结构有限元分析

针对195／60R14子午线轮胎建立了三维非线性有限元模型，着重研究了额定充气压力及静载荷作用下帘线承受拉应力和剪应力的基本特征。计算结果表明，接地区域摩擦力呈斜对称分布，反映了轮胎中帘线-橡胶复合材料存在变形耦合效应；冠带层、带束层、胎体帘线应力分布较为复杂，载荷变化对其应力水平和分布影响较大；在胎肩部位应力较高，且随载荷变化局部帘线应力变化剧烈，在承受交变载荷时，易形成层间剥落。分析结果有助于预测轮胎的使用性能，可以针对性地应用于因轮胎结构设计引起的质量损坏，某些对轮胎使用性能不利的受力状态可通过结构的优化设计来克服。     

稳态斜轧延伸过程的刚塑性伽辽金法模拟

将无网格伽辽金法(Element-Free Galerkin Method,EFGM)与三维刚塑性流动理论相结合,对斜轧延伸过程进行了数值模拟。详细推导了斜轧延伸过程EFGM数值模型的刚度方程,给出了初始速度场和速度边界条件的建立方法和刚性区域的处理技术。得到的轧件的物理形态和金属流动的速度场均与实际情况相符,证明了采用EFGM计算斜轧延伸过程的可行性与正确性,将无网格算法引入到了斜轧领域。并将轧制力和壁厚的计算结果与实验结果进行了比较,结果发现：实验得到的轧制力结果偏小而壁厚值却偏大,其主要原因是由于在建模时做了简化和假定,同时也受轧机弹跳的影响。     

渐开线直齿轮弹流润滑条件下的多轴疲劳寿命预估

本文中基于弹流润滑分析和次表面应力建立了渐开线直齿轮多轴疲劳寿命计算模型.相对于传统的单轴疲劳模型,考虑了齿轮固定点的应力历史和材料属性对疲劳寿命的影响,并可以得到齿轮在完整啮合过程中的寿命分布.首先建立齿轮的有限长弹流计算模型,得到齿轮啮合过程中的油膜压力和油膜厚度,再根据油膜压力计算出次表面的应力分布;通过分析齿轮计算区域随啮合过程移动的关系,得到固定点的应力历史,再根据基于应力历史的多轴疲劳寿命模型对齿轮的完整啮合过程进行寿命预估.计算分析了不同粗糙度幅值对轮齿各点寿命大小和分布的影响.研究表明:齿面粗糙度对疲劳寿命的影响显著,随着粗糙度幅值的增大,表层下最大应力向齿面移动,导致低疲劳寿命区向齿面发展且逐步扩展到整个单齿啮合区;而表面粗糙度降低到一定程度则对疲劳寿命的影响变得不明显.     

考虑细观变形特征的镁合金宏观本构模型及数值模拟

为了能有效描述镁合金宏观各向异性塑性行为,考虑了滑移、孪生、去孪生三种细观变形模式的特点,给出了相应的硬化函数;根据VonMises屈服准则,发展了一种镁合金宏观本构模型及其迭代算法。模型将变形模式的开启与晶粒取向相关联,同时针对镁合金孪生变形时引起的晶粒重新定向问题,描述了一种晶向偏转的方法。在此基础上编写了ABAQUS/UMAT材料用户子程序;利用开发的本构模型,开展了单轴拉伸、单轴压缩、单轴循环拉压加载条件下镁合金塑性行为的数值模拟,并对随机织构下的镁合金板材轧制过程进行了有限元仿真实验。模拟结果表明:单轴拉伸、单轴压缩和循环加载情形下的镁合金宏观硬化行为与实验结果基本吻合;轧制后镁合金板材表现出了应力-应变不均匀特性,多晶织构演化结果与实验结果基本一致。说明文中所提出的宏观本构模型、晶向偏转模型能够有效描述镁合金的宏观塑性行为和织构演化。     

微薄梁三点弯曲的尺度效应研究

应用高灵敏度的力传感器以及时间序列电子散斑干涉法，同时测出了不同厚度纯镍薄片三点 弯曲试件的抗力与变形，得到薄梁中心点处的载荷与挠度曲线. 应用Fleck和Hutchinson 的偶应力理论，结合平面应变弯曲模型，建立了薄梁处于弹性状态和弹塑性状态的 控制方程, 应用Runge-Kutta法进行数值求解，并将计算得到的载荷-挠度曲线以及无量纲化弯矩-表面 应变曲线和实验结果进行了比较. 在理论计算过程中，没有拟合任何材料参数，所有的材料 参数均来自实验测量的结果，材料特征尺度也是根据Stolken和Evans的工作给出 的. 结果表明: 应用偶应力理论预测的结果和实验结果符合良好，而经典理论的预测结果与 实验不相符合.     

拉压性能不同材料全量型本构关系及厚壁筒的应力分析

将经典全量理论作了推广，考虑了应力状态及塑性体积变形对拉压性能不同材料的塑性行为的影响。应用该本构模型分别计算了厚壁筒在内压和外压作用下的应力分布。给出了径向应力、环向应力和轴向应力沿壁厚的分布图。将本文的计算解与拉压性能相同(不考虑体积变形、强化曲线唯一)的幂函数强化材料的厚壁筒的理论解进行了比较。结果表明，材料的拉压性能不同对厚壁筒的环向应力和轴向应力影响较大。因此，对于拉压性能不同材料，考虑到其对应力状态及塑性体积变形敏感时，是不能将其简化成拉压性能相同、体积不可压缩、强化曲线唯一的理想材料。     

轧制过程的显式动力学有限元模拟

采用显式动力学弹塑性有限元方法对平板轧制问题进行了模拟计算,得出咬入,稳定轧制和抛钢阶段整个轧制过程的应力应变场。通过将板宽对称中心线轧制压力分布的计算结果与实验值进行对比,表明计算结果准确。     

水工圆形隧洞围岩衬砌摩擦滑动接触的新解法

在实际工程中,围岩和衬砌接触时,它们之间并非完全光滑,也并非可以承受任意大的摩擦力.如果围岩与衬砌之间的剪应力大于所能承受的最大静摩擦力,接触面间将发生切向滑动,定义接触面上产生最小滑动量的状态为衬砌的真实工作状态,这种接触即为摩擦滑动接触.以库仑摩擦模型模拟围岩和衬砌之间的摩擦滑动接触,在考虑支护滞后效应的前提下,利用平面弹性复变函数方法列出了应力边界条件、应力连续条件以及位移连续条件的方程, 再结合最优化理论,建立了具有一般性的摩擦滑动接触解法.在利用混合罚函数法求解最优化问题的过程中,减少了设计变量的个数,极大地简化了优化模型,提升了优化过程的迭代速度以及优化结果的精度.以此为基础,获得了围岩和衬砌相互作用下圆形水工隧洞的应力解析解.该方法可以求解光滑接触和完全接触两种极限情况,具有一般性.同时,利用一种精确的计算方法得到了不同情况下满足完全接触条件摩擦系数的阈值,还分析了衬砌和围岩边界上切向应力的变化规律.      

弹体对混凝土介质侵彻、贯穿的比例换算关系

根据介质抗侵彻的变形和破坏模型,从近区应力与变形状态实际出发,利用波阵面上的动量守恒关系和弹体表面的连续运动规律,推得了介质近区运动学的关系式,从而得到了作用在弹体表面的应力表达式。通过破碎区与径向裂缝区的能量传输关系,揭示了侵彻与贯穿问题的比例尺度关系的规律,给出了具有宽广范围的侵彻计算公式,并通过与现有经验公式计算结果的对比验证了该公式的可靠性。