时域自适应算法求解弹性地基薄板的动力问题

为更精确地求解弹性地基薄板的动力响应,发展了一种分段时域自适应算法,通过变量在离散时段内的展开,将时空耦合的初边值问题转化为一系列递推的基于有限元(FEM)的空间问题求解,通过自适应计算保持稳定的计算精度。数值算例表明:本文解与解析解相比最大相对误差不超过3.59%;当步长较大时四阶Runge-Kutta法和Newmark法均失效,本文所提算法仍可得到满意的计算结果。     

基于有限元-时域分段自适应算法的围岩衬砌耦合渐进分析

以开挖时间、一衬时间、二衬时间划分时间区段,考虑围岩与衬砌为弹性/粘弹性介质,将围岩的“位移/应力释放不完全”、开挖等影响模拟为载荷的渐进释放,提出一个有限元-时域分段自适应算法,求解围岩衬砌耦合问题,并通过数值算例对算法进行了验证.所提方法给出了各时间区段的关联条件;可更准确描述各变量随时间的变化;同时将原时空耦合问题转化为一系列空间问题,并利用有限元方法递推求解;当步长变化时可通过自适应计算保证稳定的计算精度.此外,还建立了一个载荷渐进参数的反问题数值求解模型,并给出了相关算例.     

一个求解浅水波方程的时域分段展开算法

发展了一种时域分段展开自适应方法求解一维非线性浅水波方程。通过时域分段展开,将一个非线性的时空耦合初边值问题转化为一系列的线性空间边值问题,并采用有限元方法递推求解;通过展开阶数的递进,实现了分段时域的自适应计算,当不同步长时可保持稳定的计算精度。研究结果表明,当步长较大而Heun’s法、四阶Runge-Kutta法不能得到合理结果时,本文算法仍能保证足够的计算精度。     

基于有限元-时域分段自适应算法的围岩衬砌耦合渐进分析

以开挖时间、一衬时间、二衬时间划分时间区段,考虑围岩与衬砌为弹性/粘弹性介质,将围岩的“位移/应力释放不完全”、开挖等影响模拟为载荷的渐进释放,提出一个有限元-时域分段自适应算法,求解围岩衬砌耦合问题,并通过数值算例对算法进行了验证。所提方法给出了各时间区段的关联条件;可更准确描述各变量随时间的变化;同时将原时空耦合问题转化为一系列空间问题,并利用有限元方法递推求解;当步长变化时可通过自适应计算保证稳定的计算精度。此外,还建立了一个载荷渐进参数的反问题数值求解模型,并给出了相关算例。     

带式浮桥在不同移动荷载作用下的动力响应分析

为分析浮桥上移动荷载的重量与移动速度对浮桥动力响应的影响,应用有限元方法将控制方程进行离散,得到系统的运动方程,通过编写相应的计算程序求解了浮桥的位移响应,并利用有限元软件对已求解出的位移响应进行后处理,分别得到了不带铰浮桥和带铰浮桥在不同荷载重量、不同荷载移动速度下的内力响应曲线.数值模拟结果表明:随着荷载重量和荷载移动速度的增加,浮桥的位移和应力也随之增加;当移动荷载的重量和移动速度相同时,带铰浮桥的应力比不带铰浮桥大得多,当230kN的荷载分别以1m/s、5m/s、10m/s、20m/s的速度移动到浮桥中点时,带铰浮桥的最大应力比不带铰浮桥分别大114%、117%、108%、111%.因此,将浮桥简化为连续梁用平均刚度法求解出位移响应后,不能直接求解应力,应当考虑铰对浮桥动力响应的影响,否则求解出的应力偏小,不利于浮桥安全系数的计算.     

蚁群算法求解二维拉压不同模量反问题

利用光滑函数技术对二维拉压不同模量本构关系进行光滑化处理,采用初应力方法求解二维拉压不同模量正问题的有限元方程。在此基础上,建立了基于连续域蚁群算法的二维拉压不同模量反问题的数值求解模型,考虑了区域非均质的影响,实现了对拉压弹性模量和泊松比的单一/组合识别。通过两个数值算例,对所提算法进行了数值验证,分别探讨了蚁群算法相关参数、测点分布和数据噪音等对识别结果的影响。数值验证表明,所提算法可有效地求解二维拉压不同模量反问题,并具有较好的计算精度。     

桥梁结构移动平稳随机荷载识别新方法

移动的平稳随机荷载对简支梁的作用,相当于固定的调制函数已知的非平稳随机荷载对简支梁结构的作用.本文以此为基础,研究了移动平稳随机荷载的识别问题.首先基于虚拟激励法的思想,利用特征值分解及奇异值分解技术,由虚拟位移响应反演虚拟广义坐标,有效地避免了矩阵求逆,得到高精度的广义坐标谱;同时利用Wiener-Khintchine关系及Duhamel积分,由广义坐标谱值反演得到平稳随机激励谱密度.仿真算例表明,只要适当地选取参振振型及测点位置,本文方法可以有效地识别桥梁结构的移动平稳随机荷载.     

梁长对移动荷载下梁响应影响研究

本文研究了梁跨长对移动荷载下梁稳态响应的影响.在以往的研究中,通常采用Galerkin方法或者有限元方法计算不同长度的梁的动力响应.当梁长的增加不再明显改变梁的动力响应时,可认为梁此时的长度可以代替无穷长时的情况.采用上述方法的研究表明,当梁长大于10 m时,就可以用有限长梁近似无限长梁的响应.本文通过求解有限长梁和无...     

二阶非定常热传导反问题的多宗量辨识

引入Bregman距离构造同伦函数,建立了二阶非定常多宗量热传导反问题的一种求解模式,可对导热系数和边界条件等宗量进行识别。时域上采用精细算法,建立了便于敏度分析的有限元正/反演模型,对各宗量进行有效的组合识别。对信息测量误差和初值选取作了初步探讨,数值验证取得了满意的结果。     

移动荷载作用下地基动力分析的有限元方法

通过对地基动力问题的基本方程进行变换,把基本方程变换到随荷载移动的运动坐标系中,通过加权残数法推导了相应的单元刚度矩阵,从而建立了移动问题的有限元格式,并发现移动荷载问题的单元刚度矩阵是对相应静力问题单元刚度矩阵的修正,在静力单元刚度矩阵的主对角元素上增加与移动速度有关的项,即可得到移动问题有限元的单元刚度矩阵,这样就将动力学问题转化为“拟静力”问题处理。文中用移动问题有限元方法计算了地基的动力响应,并与解析解进行了对比,以说明本方法具有较好的精度。     

沙漠地貌演化过程的湍流大涡模拟研究

采用大涡模拟和混合粒径群体沙粒运动算法结合内置边界方法来模拟沙波纹与沙丘的演化和发展,在平坦沙区形成沙波纹的同时,在沙丘上同样也出现了沙波纹的结构,即沙波纹的发展出现了多尺度现象.此外,还分析了粒径对沙波纹与沙丘自身形态演化和发展的影响,以及沙丘对平坦沙区沙波纹形成发展的作用.     

Solving 2-D nonlinear coupled heat and moisture transfer problems via a self-adaptive precise algorithm in time domain

Introduction Thestudyonnonlineartransienttransferproblemsissignificantpracticallyand theoretically[1,2].Insolvingtheseproblemsdiscretelyinthetimedomain,eitherbyiterative techniques,orbylinearizingapproachesbasedonsomeadditionalassumptions,the adaptabilityofcomputingaccuracytothechangeofthesizeoftimestepneedtobetakeninto account[3].Yang[3]presentedaprecisealgorithminthetimedomaintosolvetransfer problems,themajoradvantagesofthisalgorithmtosolvenonlinearproblemsisthatno additionalassumptionandite…     

Identification of horseshoes chaos in a cable-stayed bridge subjected to randomly moving loads

In this paper, the dynamic response of cable-stayed bridge loaded by a train of moving forces with stochastic velocity is investigated. The cable-stayed bridge is modelled by Rayleigh beam with linear elastic supports. The stochastic Melnikov method is derived and the mean-square criterion is used to determine the effects of stochastic velocity and cables number on the threshold condition for the inhibition of smale horseshoes chaos in the system. The results indicate that the intensity of the random component of the loads velocity can be contributed to the enlargement of the possible chaotic domain of the system, and/or increases the chances to have a regular behavior of the system. On the other hand, the presence of cables in cable-stayed bridges system increases it degree of safety and paradoxically can be contributed to its destabilization. Numerical simulations of the governing equations are carried out to confirm the analytical prediction. The effect of loads number on the system response is also investigated.     

Response of an infinite beam resting on a tensionless elastic foundation subjected to arbitrarily complex transverse loads

This paper presents an investigation into the static response of an infinite beam supported on a unilateral (tensionless) elastic foundation and subjected to arbitrary complex loading, including self-weight. A new numerical method is developed to determine the initially unknown lengths that remain in contact. Based on the continuity conditions at the junctions of contact and non-contact segments, the response of the whole beam may be expressed through the displacement constants of the initial segment, reducing the contact problem to two nonlinear algebraic equations with two unknowns. The technique has been named the transfer displacement function method (TDFM). Comparison with the exact results of a particular limiting case shows the expected complete agreement. Finally, an example of a beam with several contact segments is presented and verified by the application of equilibrium conditions.     

On the Reynolds-number independence of mixed convection in a vertical channel subjected to asymmetric wall temperatures with and without flow reversal

The problem of mixed convection in a vertical channel with asymmetric wall temperatures including situations of flow reversal is studied numerically. The SIMPLER algorithm with a staggered grid system is employed to solve the corresponding numerical equations formulated by the finite-volume method. A second-order upwind scheme is used to model the convective term, and a suitable grid distribution is introduced. The ranges of the parameters studied are 0 r_t 1, 1 Re 1000, and 0 Gr/Re 500.

The numerical results, with the streamwise coordinate scaled by the Reynolds number (Re), show that solutions for the velocity and temperature fields are independent of the Reynolds number when Re 50, even in the presence of flow reversal. These solutions, however, are dependent on r_t and Gr/Re. Subsequently, correlations are proposed for the bulk temperature distribution and the local Nusselt numbers along the hot wall and the cold wall.