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。     

侧限SHPB实验中软材料体压缩特性的测量方法

提出了利用侧限SHPB装置测量软材料体压缩特性的实验方法。该方法利用霍普金森压杆对试 样施加轴向压缩,同时依靠金属薄壁套筒约束试样的径向膨胀。通过套筒外壁的环向应变得出了试样径向应 力、径向应变,再结合压杆应变片信息,可以获得试样的流体压强-比容变化过程。利用该方法进行了高聚物 泡沫材料的动态压缩实验,证实了该方法对测量软材料的体积压缩特性是可行的。     

含摩擦滑移铰平面多刚体系统动力学的数值算法

基于LuGre摩擦模型和线性互补问题(LCP)的数值算法,给出了具有双边约束含摩擦滑移铰平面多体系统动力学的数值算法.首先,根据滑移铰的特点,当间隙充分小时,将其视为双边约束,给出了滑移铰中滑道作用于滑块上的法向接触力的互补关系;LuGre摩擦模型能有效地描述机械系统中的黏滞与滑移运动,将该模型用于描述滑块与滑道间的摩擦力.其次,结合Baumgarte约束稳定化方法,应用第一类Lagrange方程,建立了该多体系统的动力学方程,给出了Lagrange乘子与滑移铰中作用于滑块上的法向接触力的关系式.然后,将滑块与滑道间多种接触状态的判断以及作用于滑块上的法向接触力的计算转换为线性互补问题的求解,并用常微分方程的数值算法求解该多体系统的动力学方程.最后,通过数值仿真算例揭示了滑移铰中滑块的黏滞与滑移现象,以及滑块在滑道内的多种接触状态;另外,在文中分别采用Coulomb干摩擦模型和LuGre摩擦模型,对算例中的某些工况进行了数值仿真,并且分别用本文方法得到的数值仿真结果与已有方法得到的数值仿真结果对比,表明了本文给出的方法的有效性.      

液氘的冲击压缩特性——自由电子气模型计算

用自由电子气模型对自由电子气(费米能为5eV)的冲击压缩雨贡纽曲线、冲击温度进行了数值计算。结果表明，自由电子气的冲击压缩极限近似为初始密度的4倍。     

模拟冻-融过程的热-水-应力耦合模型及数值分析

考虑低温条件下出现水-冰相变并有潜热产生的特点,将所开发的热-水-应力耦合模型及其二维有限元程序作了改进,使之可用于岩土体冻融问题的分析.并以Neaupane等的岩石室内冻一融试验为对象进行了数值模拟,将计算、试验和Neaupane的计算中所得的岩石试样上特定点的温度-时间曲线、温度-径向应变曲线作了对比,看到三者的接近程度较好,同时考察了本计算所得的一个岩石试样中不同时刻的温度、位移及应力分布,得出了若干结论.     

Cosserat连续体模型中本构参数对应变局部化模拟结果影响的数值分析

基于所发展的压力相关弹塑性Cosserat连续体模型及相应的数值方法,以一维剪切层及二维平板压缩问题为例,数值分析了Cosserat连续体模型中的本构参数Cosserat剪模、软化模量及内部长度参数对应变局部化数值模拟结果的影响.结果表明在一定取值范围内,Cosserat剪模对数值模拟结果几乎没有影响,并给出了具体数值计算时的取值范围;软化模量绝对值越大,后破坏段的荷载-位移曲线越陡,计算得到的剪切带宽度越窄;内部长度参数越大,后破坏段的荷载-位移曲线越平缓,计算得到的剪切带越宽.     

Numerical simulation study on particle breakage behavior of granular materials in confined compression tests

In order to study the fragmentation law, the confined compression experiment of granular assemblies has been conducted to explore the particle breakage characteristic by DEM approach in this work. It is shown that contact and contact force during the loading process gradually transform from anisotropy to isotropy. Meanwhile, two particle failure modes caused by different contact force states are analyzed, which are single-through-crack failure and multi-short-crack failure. Considering the vertical distribution of the number of cracks and the four characteristic stress distributions (the stress related to the maximum contact force, the major principal stress, the deviatoric stress and the mean stress), it is pointed out that the stress based on the maximum contact force and the major principal stress can reflect the distribution of cracks accurately. In addition, the size effect of particle crushing indicates that small size particles are prone to break. The lateral pressure coefficient of four size particles during the loading process is analyzed to explain the reason for the size effect of particle breakage.     

基于变形场测量数据主元压缩的模型参量反求方法

利用主元分析法对数字图像相关技术所测结构变形信息进行数据压缩,并进一步用于力学模型未知参量的反求计算。首先,为降低数字图像相关技术所测庞大数据的应用成本,提出利用主元分析法对结构表面变形场数据进行压缩,实现在保留结构表面变形信息主要特征的前提下显著降低数据量的目的;其次,针对压缩后的数据建立了基于最小二乘法的力学模型参量反求模型,并利用高斯牛顿法进行求解;最后,以具体算例从计算精度、收敛速度和抗噪性等方面验证了数据压缩对模型参量反求的效果。研究结果表明,所提方法在显著降低使用数据量的前提下,能够有效提高力学模型参量反求计算的收敛速度,特别是对于包含多个模型参数的反求问题,具有较高的精度和较好的稳定性。     

钢管混凝土格构柱偏压承载能力分析的数值方法

采用泰勒级数作为分段插值函数,在考虑多个截面的平衡条件和紧箍效应钢管混凝土应力-应变关系基础上,提出了钢管混凝土格构柱弹塑性极限承载力数值方法,并编制了相应的计算程序。与现有的分段合成法相比,该方法考虑了剪力对柱变形的影响,不仅适用于两端偏心相等的偏压构件,而且适用于两端偏心不等的偏压构件的弹塑性极限承载力的计算。利用提出的计算方法和编制的程序对国内已有两端偏心相同的四肢钢管混凝土格构偏压长柱的试验结果进行了计算,并与现有规程进行了比较,结果表明:现有计算方法结果偏于保守,计算误差大,本文提出的计算结果与试验结果吻合良好。     

Theoretical analysis on quasi-static lateral compression of elliptical tube between two rigid plates

Based on the rigid plastic theory, the load-deflection functions with and without considering the effect of strain hardening are respectively derived for an elliptical tube under quasi-static compression by two parallel rigid plates. The non-dimensional load-deflection responses predicted by the present theory and the finite element simulations are compared, and the favorable agreement is found. The results show that strain hardening may have a noticeable influence on the load-deflection curves of an elliptical tube under quasi-static compression. Compared with the circular counterpart, the elliptical tube exhibits different energy absorption behavior due to the difference between the major axis and the minor axis. When loaded along the major axis of a slightly oval tube, a relative even and long plateau region of the load-deflection curve is achieved, which is especially desirable for the design of energy absorbers.     

高能炸药摩擦感度的数值模拟

为了研究炸药摩擦安全性,利用熔化摩擦模型对几种高能炸药的摩擦感度进行了数值模拟,结果符合实验,并根据热分解反应速率分析了感度规律。由于炸药熔点一般低于点火温度,所以基于一个考虑熔化现象的炸药摩擦模型,在炸药感度实验条件下进行了一维数值模拟,给出了炸药熔化结果和摩擦点火的时间:4种摩擦感度较弱的炸药包括DATB、NQ、TATB和TNT的点火时间的顺序即感度顺序符合实验结果,说明摩擦点火模型适应性。进一步结合炸药热分解反应速率的大小顺序,数值模拟证明,在一定摩擦强度下,点火顺序会发生交换,说明摩擦感度实验不能完全说明炸药摩擦感度强弱顺序。     

Numerical investigation of dual-porosity model with transient transfer function based on discrete-fracture model

Based on the characteristics of fractures in naturally fractured reservoir and a discrete-fracture model, a fracture network numerical well test model is developed.Bottom hole pressure response curves and the pressure field are obtained by solving the model equations with the finite-element method. By analyzing bottom hole pressure curves and the fluid flow in the pressure field, seven flow stages can be recognized on the curves. An upscaling method is developed to compare with the dual-porosity model(DPM). The comparisons results show that the DPM overestimates the inter-porosity coefficient λ and the storage factor ω. The analysis results show that fracture conductivity plays a leading role in the fluid flow. Matrix permeability influences the beginning time of flow from the matrix to fractures. Fractures density is another important parameter controlling the flow. The fracture linear flow is hidden under the large fracture density.The pressure propagation is slower in the direction of larger fracture density.     

The boundary element method applied to elastic contact problems with friction

In the current paper the boundary integral equations (BIE) for elastic contact problems with friction are derived from the incremental virtual work principle. After introducing contact conditions of adhesion and slip into BIE all variants on boundary are made to discretize by quadratic isoparametric boundary element. In the current paper not only an auto-increment loading law is presented but also the iterative calculation laws for open, slip and adhesion condition are given. The results of numerical examples are satisfactory.     

基于改进链码法的LuGre摩擦模型动态参数辨识

针对现有LuGre摩擦模型动态参数辨识方法辨识精度不高,收敛性难以保证及参数初值难以确定等不足,提出了一种基于改进链码特征识别法的参数辨识方法。首先,研究LuGre摩擦模型中两个动态参数-鬃毛刚度系数与阻尼系数之间的关系,以及鬃毛刚度系数与预滑动阶段位移-摩擦力曲线形状之间的对应关系;然后,改进现有Freeman链码的采样方式和码间距,利用改进的链码结合傅立叶描绘子提取位移-摩擦力曲线的形状特征并形成特征向量;最后,以加噪声原始位移-摩擦力曲线和仿真位移-摩擦力曲线的特征向量为参数建立度量两曲线相似程度的欧氏距离,寻优得到使欧氏距离满足给定误差的仿真位移-摩擦力曲线,该曲线对应的鬃毛刚度系数即为其辨识值,进一步可计算出阻尼系数。文末给出的辨识实例验证了提出方法的正确性和有效性。     

渤、黄、东海二维潮汐模式底摩擦系数的反演研究

一种新的底摩擦系数处理方法是假定底摩擦系数具有空间分布特征,即在海区中选取一些点作为独立底摩擦系数,计算区域中任意点的底摩擦系数都可由这些独立底摩擦系数通过线性插值得到。采用伴随同化方法对空间分布底摩擦系数的研究表明,与传统的底摩擦系数处理方法相比,空间分布的底摩擦系数模拟精度更高。探讨了根据地形的空间分布特征选取独立底摩擦系数的做法,所做的孪生实验和实际实验均表明,与均匀选取的结果相比,在独立变量个数减少三分之一的情况下,数值模拟的精度反而得以提高。得到的渤、黄、东海底摩擦系数分布表明,东海等深水区及地形复杂的区域底摩擦系数比较大。     

碳纤维约束高强混凝土圆柱压弯构件非线性全过程分析

为分析塑性铰区碳纤维约束高强混凝土圆柱的抗震性能,编制了可得到荷载-位移曲线软化段的非线性全过程分析程序,保护层和箍筋约束混凝土采用Mander本构模型,碳纤维约束混凝土采用ACI 440.2R-08给出的本构关系,将程序计算结果与试验结果进行比较,两者吻合较好;利用该程序分析了轴压比、混凝土强度、碳纤维包裹长度及层数、纵筋配筋率等参数对碳纤维约束混凝土圆柱荷载-位移关系的影响规律,结果表明:当轴压比超过0.55后,柱构件的水平承载力开始降低,柱的破坏形式由延性的受拉破坏向脆性的受压破坏转变;剪跨比大于3的圆柱,碳纤维在塑性铰区包裹长度大干1.2倍柱直径时,即可达到与全柱包裹基本一致的效果;对混凝土强度为50 MPa～80 MPa的高强混凝土圆柱,以包裹3～4层碳纤维为宜;随着纵筋配筋率的增加,柱的水平极限承载力及延性均有所提高.