附设黏滞阻尼器的装配式悬臂挡土墙动力响应研究

为提高装配式悬臂挡土墙抗震性能,将黏滞阻尼器附设在装配式悬臂挡土墙上,形成一种新型装配式悬臂阻尼挡土墙,通过黏滞阻尼器耗散地震能量达到减震目的。为研究该新型挡土墙的动力响应,采用ABAQUS软件,建立了两组三维有限元对比模型,一组为无滑体的阻尼悬臂挡土墙及对比模型,另一组为包含滑坡体的新型阻尼挡土墙及对比模型。对模型施以Vrancea地震波,研究了附设黏滞阻尼器的装配悬臂挡土墙抗震性能,并进行参数分析,讨论了混凝土强度、装配尺寸、阻尼器关键参数对其力学性能的影响。结果表明:附设黏滞阻尼器的装配悬臂挡土墙相较于对比模型,立板最大荷载减小约50%,最大应力减小约60%,立板最大水平位移由6.69mm减小至1.24mm,抗震性能显著提高;随着立板厚度、阻尼系数的增大,附设黏滞阻尼器的装配悬臂式挡土墙抗震性能有所提高,而混凝土强度、阻尼指数需要合理选择。     

广义有限元方法研究进展

广义有限元方法是常规有限元方法在思想上的延伸,它基于单位分解方法,通过在结点处引入广义自由度,对结点自由度进行再次插值,从而提高有限元方法的逼近精度,或满足对特定问题的特殊逼近要求.基于广义有限元方法对单元形状函数构造理论的深入研究,具有任意内部特征(空洞、夹杂、裂纹等)及外部特征(凹角、角点、棱边等)的复杂问题,都将在简单、且与区域无关的有限元网格上加以求解.本文主要介绍广义有限元方法的基本思想、主要特征及对重要细节的处理策略,包括线性相关性的处理、局部逼近函数的获取、区域上的数值积分技术以及边界条件的处理.与扩展有限元方法和有限覆盖方法比较,分析它们各自的特点.综述广义有限元方法的研究现状、应用,展望广义有限元方法的未来发展.     

准脆性材料中强不连续问题的数值方法若干应用及其研究进展

综述了模拟准脆性材料开裂过程的数值计算方法的研究进展和工程应用,比较了表征强不连续问题的显式非连续模型和隐式非连续模型的优缺点.结合混凝土粘结裂纹, 重点讨论了嵌入非连续模型,扩展有限元方法和富集有限元技术等非连续方法的构造特征和本质区别.从各种富集方法的理论完备性考察,以假定发展应变为基础的嵌入非连续方法虽然可以解决混凝土开裂过程中的应力锁死,满足内部边界的静力平衡条件以及反映开裂后的位移不连续问题,但嵌入非连续所采用的富集函数在开裂单元中并不能满足协调条件,使非连续两侧的应变不独立. 其局限性是由于富集自由度在单元的水平上引入,而以单位分解为基础的扩展有限元和富集有限元的富集函数以节点自由度的方式引入,除具有嵌入非连续的优点, 还可以有效消除嵌入非连续引起裂纹两侧应变的相互影响.文中同时指出了网格重构技术,弥散裂纹模型的局限性以及扩展有限元和富集有限元技术在构造方式上的细微差别.对于节点自由度方式引入的富集函数, 其操作困难性在文中也作了说明.      

水下声波传播过程的时域间断Galerkin有限元方法

本文构建了声压波动方程的改进时域间断Galerkin有限元方法.传统时域连续有限元方法在计算高梯度、强间断特征水中声波传播问题时往往会出现虚假数值振荡现象,这些数值振荡会影响正常波动的计算精度.为了解决这一问题,本文通过引入人工阻尼的方式构建了改进的时域间断Galerkin有限元方法,并针对具有高梯度、强间断特征的多障...     

节点梯度光滑有限元配点法

配点法构造简单、计算高效,但需要用到数值离散形函数的高阶梯度,而传统有限元形函数的梯度在单元边界处通常仅具有C0连续性,因此无法直接用于配点法分析.本文通过引入有限元形函数的光滑梯度,提出了节点梯度光滑有限元配点法.首先基于广义梯度光滑方法,定义了有限元形函数在节点处的一阶光滑梯度值,然后以有限元形函数为核函数构造了有...     

基于数值计算的某新型生态挡土墙力学特性分析

城市化发展日益表现出对城市建设与生态环境协调关系的重视。作为挡土墙的重要类型之一,生态挡土墙逐渐成为城市挡土墙建设的重要部分。本文提出并设计出了一种新型装配式生态挡土墙,经工程实践,该挡土墙可有效建立两侧水力联系,体现出较好的生态价值。为论证该生态挡土墙的力学稳定性,采用ANSYS数值模拟的方法,对新型生态挡土墙进行了变形与应力分布规律的研究,计算结果与相关规范要求对比表明该生态挡土墙在稳定性方面均满足要求。最后运用层次分析法对挡土墙土压力的主要影响因素进行了敏感性分析,结果表明挡土墙结构的选型以及结构材料这两个指标的权重最高。研究成果可为实际工程安全控制提供有效依据。     

广义节点有限元法

应用流形方法思想,通过引入广义节点的概念,对传统有限元方法进行改进,建立了可具有任意高阶多项式托值函数的广义节点有限元方法,计算结果表明,广义节点有限元方法较之传统有限元方法有较高的精度。     

不连续温度场问题的间断Galerkin方法

针对不连续温度场问题建立了一种间断Galerkin有限元方法,该方法的主要特点是允许插值函数在单元边界上存在跳变.在建立有限元方程时,通过在单元边界上引入数值通量项和稳定性项来处理间断效应,并且数值通量可以直接由接触热阻的定义式导出.数值算例表明该方法可以很方便且准确地捕捉到结构内部由于接触热阻而引起的温度跳变,同时在局部高梯度温度场的模拟方面也比常规连续Galerkin有限元方法效率明显要高.该方法也为研究由接触热阻引起的温度场与应力场之间的耦合问题提供了一种新的数值模拟手段.     

山区公路开挖边坡的稳定性研究及其工程治理──以大甘坪路堑边坡为例

针对山区修筑公路常遇开挖自然斜坡坡脚而诱发边坡失稳的情况,以大甘坪路堑边坡为例,对大甘坪粘土进行卸荷路径下的三轴试验,以获得边坡稳定分析的计算参数。对边坡开挖作非线性有限元分析,探讨边坡塑性区形态和确定滑移面位置。现场监测边坡在渗流期的地下水位变化,采用极限平衡法计算边坡的安全系数,并对其稳定性进行评价。根据有限元分析结果,提出了利用抗滑挡土墙支挡和树枝笼排水沟构成排水系统的边坡治理方法。     

多样本环境下 Chebyshev加速算法在单样本有限元中的应用

研究在多样本环境下单样本的有限元计算方法,提出了样本的计算冗余度和多样本冗余度压缩计算两个问题.证明了一般分裂迭代法与Neumann法等价.在此基础上,将Chebyshev加速技术引入多样冗余度压缩计算,建立了一种加快单样本计算的方法,算例验证了这种方法的有效性.     

库仑土压力的变分法研究

以滑动体静力平衡的两个力平衡方程为基础,引入拉氏乘子,将土压力问题以变分学观点来描述,转化为确定含有两个函数自变量的泛函极值问题。依据泛函取极值时必须满足的欧拉方程,得出了主动土压力和被动土压力在取极值时,墙后土体的破坏是沿平面滑动。然后,将土压力的泛函极值问题进一步转化为带有约束的函数极值问题。这种函数极值可利用M atlab6.1优化工具箱提供的fm incon函数进行求解。当土体的粘聚力等于0时,土压力计算结果与库仑土压力理论解完全一致;而当土体的粘聚力不等于0时,归纳给出了相应的土压力计算公式。     

A binary-tree based model for rate-independent polycrystals

A model of a rigid-plastic rate-independent polycrystalline aggregate wherein sub-aggregates are represented as the nodes of a binary tree is proposed. The lowest nodes of the binary tree represent grains. Higher binary tree nodes represent increasingly larger sub-aggregates of grains, culminating with the root of the tree, which represents the entire polycrystalline aggregate. Planar interfaces are assumed to separate the sub-aggregates represented by nodes in the binary tree. Equivalence between the governing equations of the model and a standard linear program is established. The objective function of the linear program is given by the plastic power associated with polycrystal deformation and the linear constraints are given by compatibility requirements between the sub-aggregates represented by sibling nodes in the binary tree. The deviatoric part of the Cauchy stress in each sub-aggregate is deduced as linear combinations of the Lagrange multipliers associated with the constraints. It is shown that the present model allows a generalization of Taylor’s principle to polycrystals. The proposed model is applied to simulate tensile, compressive, torsional, and plane-strain deformation of copper polycrystals. The predicted macroscopic response is in good agreement with published experimental data. The effect of the initial distribution of the planar interfaces separating the sub-aggregates represented by the binary tree on the predicted mechanical response in tension, compression and torsion is studied. Also, the role of constraints relaxation in simulations of plane strain compression is investigated in detail.     

考虑性态约束时多工况桁架结构拓扑优化设计

本文提出了一种适用于桁架结构的拓扑优化设计方法。它以杆内力为设计变量,以结构重量为目标函数。该方法的主要特点是:第一,通过引入杆内力为设计变量,既克服了已有方法要求预定位移场这一主要困难,又为在拓扑优化过程中考虑应力、位移等性态约束创造了条件;第二,将多工况的拓扑优化问题描述为一个非光滑的数学规划问题,再通过一个变量代换将其转化为一般的规划为题,进而将原问题的求解又转化为几个线性规划问题的求解;第三,基于结构力学的三个基本方程,将位移与应力约束提成为线性不等式约束,这些约束同重量的目标函数一起构成了拓扑优化设计的线性规划模型。最后,将本方法应用于几个工程算例,得到了满意的数值计算结果。     

Upper bound limit analysis of active earth pressure with different fracture surface and nonlinear yield criterion

Conventional calculations of static and seismic active earth pressures of soils on a retaining wall are formulated assuming the soils obeying a linear Mohr–Coulomb yield criterion. However, experimental evidences show that the strength envelopes of almost all geomaterials are nonlinear in nature over a wide range of normal stresses. In this paper, the strength envelope of the backfill behind a retaining wall is considered to follow a nonlinear yield criterion. A simple method is proposed for calculating the static and seismic active earth pressures acting against a retaining wall using a nonlinear yield criterion. This method is based on the upper bound theorem of limit analysis. Both translational and rotational fracture surfaces are employed in the formulation for calculating active earth pressures. Quasi-static representation of earthquake effects using a seismic coefficient concept is adopted for seismic active earth pressure calculations. Instead of using directly the actual nonlinear yield criterion, a linear Mohr–Coulomb yield criterion, which is tangential to the nonlinear yield criterion, is used to formulate the active earth pressure problem as a classical nonlinear programming problem. A nonlinear sequential quadratic programming algorithm is used to search for the maximum solution. In order to assess the validity of the proposed method, values of active earth pressures for different values of seismic coefficients and nonlinear parameters in the yield criterion are calculated and compared with solutions obtained using an extended Rankine’s active earth pressure theory. For the case of static active earth pressure, the upper bound solutions using the present method with a translational fracture surface are equal to the extended Rankine’s theoretical solutions and are slightly smaller than those obtained using the present method with a rotational fracture surface. For the case of seismic active earth pressure, numerical results obtained using the present method with a rotational fracture surface is very close to the extended Rankine’s theoretical solutions. A study is conducted to investigate the effects of the parameters in the nonlinear yield criterion on the active earth pressures.     

多位移等式约束拓扑优化及在光电精密结构设计中的应用

为了满足光电精密跟踪设备中光学系统对支撑结构变形位移相等的设计要求,基于变密度法,以刚度极大为目标,同时以体积约束和位移等式约束作为约束条件,构建结构拓扑优化模型。位移等式约束通过增广拉格朗日乘子法引入原目标函数,在拉格朗日乘子的求解中,采用考虑具有真实物理意义的近似替代法而非传统的纯数学迭代逼近方法。在利用伴随方法得到增广目标函数敏度基础上,采用MMA优化算法,在满足体积约束的同时进行迭代优化得到新结构。算例验证结果表明,本文方法能够有效解决具有多个位移等式约束的刚度极大结构轻量化设计问题。     

连续体结构屈曲约束的ICM方法拓扑优化

基于ICM(独立、连续、映射)方法解决具有屈曲约束的连续体拓扑优化问题。建立以结构重量为目标,以屈曲临界力为约束的拓扑优化模型;采用独立的连续拓扑变量,借助泰勒展式将目标函数作二阶近似展开;借助瑞利商、泰勒展式、过滤函数将约束化为近似显函数,避免了灵敏度的计算;将优化模型转化为对偶规划,并利用序列二次规划求解,减少了设计变量的数目,缩小了模型的求解规模。给出三个算例,结果表明:该方法可有效地解决屈曲约束的连续体拓扑优化问题,能够得到合理的拓扑结构,并有较高的计算效率。     

基于水平土拱效应的桩间挡土板土压力计算研究

基于``平板开缝-装配-焊接'工艺制备了以高聚物为基体的Kagome等蜂窝结构,并开展 了Kagome, 正三角形和菱形蜂窝结构的面内准静态压缩力学行为实验研究,实验过程中应用 CCD图像采集系统和图像相关法对试件进行了全场位移监测. 另外对比传统正六边形蜂窝, 采用数值分析技术,模拟了低速冲击下不同蜂窝结构坍塌行为. 实验结果和数值模拟均 揭示了在材料用量和结构尺寸完全相同的情况下,Kagome蜂窝结构的面内能量吸收性能优于 其它3种蜂窝结构,并发现了Kagome蜂窝压缩变形时所特有的局部蜂窝旋转变形. 研究结果 表明改变蜂窝形状和周期性排布会对蜂窝结构整体的变形模式以及能量吸收性能产生较大的 影响.     

多功能结构优化设计—DJU程序系统

本文介绍一个具有多种单元、多种结构性能约束以及不同目标函数的结构优化程序系统,用统一的公式处理各种性能约束,程序功能多、通用性强、且具有较高的效率.     

基于可靠性的桁架结构拓扑优化设计

建立了以杆截面为设计变量、结构重量极小化为目标、具有位移、应力等性态可靠性约束的桁架结构拓扑优化设计数学模型．通过引入可靠性安全系数，并利用结构力学的三个基本方程，将结构的位移和杆件应力可靠性约束等价显示化为设计变量的线性函数，使原基于可靠性的优化模型转化为常规的序列线性规划问题，利用修正的单纯形法求解．算例表明文中提出的方法既简单又有效．     

A linear complementarity model for multibody systems with frictional unilateral and bilateral constraints

The Lagrange-I equations and measure differential equations for multibody systems with unilateral and bilateral constraints are constructed.For bilateral constraints,frictional forces and their impulses contain the products of the filled-in relay function induced by Coulomb friction and the absolute values of normal constraint reactions.With the time-stepping impulse-velocity scheme,the measure differential equations are discretized.The equations of horizontal linear complementarity problems(HLCPs),which are used to compute the impulses,are constructed by decomposing the absolute function and the filled-in relay function.These HLCP equations degenerate into equations of LCPs for frictional unilateral constraints,or HLCPs for frictional bilateral constraints.Finally,a numerical simulation for multibody systems with both unilateral and bilateral constraints is presented.