非连续变形计算力学模型的粘弹性分析方法Ⅱ:算例分析

应用作者提出的非连续变形计算力学模型粘弹性分析方法对具体的多体系统在动力外荷载作用下的响应进行了数值模拟,探讨了系统中物体的粘性阻尼对整个系统的变形、应力和接触应力等的影响。与通用软件ABAQUS的计算结果进行了比较研究,两种方法所得到的结果基本一致,但所发展的方法克服了ABAQUS中接触应力分段均匀分布的缺陷,因而所得到的接触应力较为合理,同时也说明了所提出的方法为由刚体、弹性体和粘弹性体所构成的复杂多体系统的数值分析提供了有力的工具。     

非连续变形计算力学模型的粘弹性分析方法Ⅰ:基本理论

基于粘弹性广义有限单元和接触力元,发展了适用于多体相互作用系统非连续变形分析的粘弹性数值分析方法,通过虚功原理,给出了其分区参变量最小势能原理,从而阐明了其理论基础。粘弹性广义有限单元的本构关系可由粘弹性退化为弹性或刚性,因此本文所提出的方法可对由刚体、弹性体和粘弹性体所构成的复杂多体系统在外荷载作用下的力学行为进行数值模拟,同时能够比本文精确地直接得到多体之间的接触应力。     

跨断层埋地管线-土接触非连续变形分析

跨断层埋地管线系统主要由管线及其周围土体两种不同介质组成,具有分析介质不连续性特性.为实现对管-土接触介质的不连续性分析,采用非连续变形分析与有限元分析相结合的方法,将跨逆断层埋地管线系统从实际工作状态中取出一部分作为分析对象.利用有限元分析方法对管线及其周围土体进行网格划分;而管-土之间的相互作用,利用非连续变形分析中的不连续介质接触处理方法实现模拟.通过模型的数值分析,研究了逆断层作用下管-土之间的非连续变形相互作用状态,验证了利用非连续变形分析与有限元方法相结合解决埋地管线-土接触的可行性和有效性,为管-土相互作用分析提供了新的研究思路和研究方法.     

柴油机气缸盖多场耦合三维有限元分析

气缸盖是柴油机重要的零部件之一,在工作过程中承受着高温与交变的机械载荷,其强度是设计人员非常关心的问题。本文利用有限元分析软件MSC．MARC,对某柴油机气缸盖进行三维非线性有限元分析,在考虑各组件接触关系的基础上,计算了气缸盖在螺钉的预紧力、热载荷、爆发压力多场耦合作用下的应力场和位移场分布情况,为改进设计提供参考。     

非连续变形分析方法的改进及应用

首先,采用位移收敛判据对非连续变形的岩石断裂分析进行改进并程序实现. 其次,将非连续变形分析方法和裂隙网络渗流模型结合起来,建立了渗流应力耦合分析模型,研究了裂隙岩体变形对渗流的影响以及渗流与应力耦合作用下裂隙岩体的变形破坏特征. 研究发现,主干裂隙控制着渗流场分布,考虑耦合作用时的水头值比不考虑耦合作用时大,说明考虑耦合后坡体更容易变形失稳. 改进前后裂纹扩展形态基本不变,表明程序计算的收敛判据是有效的.     

非连续变形分析方法的改进及应用1）

首先,采用位移收敛判据对非连续变形的岩石断裂分析进行改进并程序实现. 其次,将非连续变形分析方法和裂隙网络渗流模型结合起来,建立了渗流应力耦合分析模型,研究了裂隙岩体变形对渗流的影响以及渗流与应力耦合作用下裂隙岩体的变形破坏特征. 研究发现,主干裂隙控制着渗流场分布,考虑耦合作用时的水头值比不考虑耦合作用时大,说明考虑耦合后坡体更容易变形失稳. 改进前后裂纹扩展形态基本不变,表明程序计算的收敛判据是有效的.     

DDA与FEM耦合法在分缝重力坝非线性分析中的应用

混凝土重力坝一般设有数条纵缝。纵缝使坝体的连续性遭到破坏,一般的有限单元法很难处理这样的不连续变形问题。本文首先阐述了DDA(Discontinuous Deformation Analysis)与FEM(Finite Element Method)耦合算法的原理,然后采用作者自行研制的DDA与FEM耦合法程序对一实际重力坝进行了详细的计算分析。重点讨论了纵缝的不同设置形式和缝宽大小对坝体变形和应力分布、坝底面接触应力分布以及坝基面应力分布的影响,为工程设计提供依据。     

三维非连续变形分析方法碰撞分析及其应用

将具有完备动力学理论的非连续变形分析(DDA)方法应用于块体碰撞研究。基于三维DDA(3D DDA)方法,按时步输出块体碰撞过程速度变化和接触嵌入量,进而得到块体碰撞恢复系数、冲量、冲击力。以此为参考指标,采用斜抛、面-面对心等碰撞模型,验证3D DDA方法模拟块体碰撞的有效性,并将3D DDA方法应用于多米诺骨牌倾倒、滚石边坡成灾及防护等算例分析,探讨了多米诺骨牌倾倒机制、滚石启动及运动行为、滚石灾害防护方案。结果表明:多米诺骨牌间距越大,同一块体被碰撞时间越迟,其最终稳定时间也越迟,与下一块体碰撞的动能越大;滚石运动呈侧向平动及转动三维运动特征,每一次碰撞,均引起动能、轨迹或状态的显著变化;滚石拦挡设施弹簧刚度越大,越先达到最大冲击力,最大冲击力随弹簧刚度的增加而减小;可结合树木阻挡效应,耗散滚石动能,降低滚石飞跃高度,使滚石灾害减轻或控制在防护范围以内。     

Dynamic analysis of a rotating rigid-flexible coupled smart structure with large deformations

Based on Hamilton's principle,a new kind of fully coupled nonlinear dynamic model for a rotating rigid-flexible smart structure with a tip mass is proposed.The geometrically nonlinear effects of the axial,transverse displacement and rotation angle are considered by means of the first-order approximation coupling(FOAC)model theory, in which large deformations and the centrifugal stiffening effects are considered.Three kinds of systems are established respectively,which are a structure without piezoelectric layer,with piezoelectric layer in open circuit and closed circuit.Several simulations based on simplified models are presented to show the differences in characteristics between structures with and without the tip mass,between smart beams in closed and open circuit, and between the centrifugal effects in high speed rotating state or not.The last simulation calculates the dynamic response of the structure subjected to external electrical loading.     

非连续边界元——有限元耦合方法分析

对边界元－有限元耦合方法进行了分析，采用非连续元离散边界积分方程，解决了耦合分析中自由度约束问题，给出了非连续边界元同有限元耦合的具体实施步骤，通过对二维弹性力学和流＝固耦合问题分析，表明了该文方法的有效性。     

三维接触问题的拟二维序列解法

在每个接触点引入一系列测动坐标系，使三维接触问题转化为一系列可直接用线性互补的Ｌｅｍｋｅ算法求解的拟二维接触问题序列，逼近原三维接触问题的解，给出了加速收敛的算法。算例表明提出的方法是行之有效的。     

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.     

热机载荷作用下三维界面裂纹问题的权函数法分析

热机载荷共同作用下双材料和复合材料中的裂纹扩展往往发生在界面处,并且工程中实际遇到的裂纹大多数是三维裂纹.由于通用权函数仅仅与裂纹体的几何形状有关,与载荷、时间无关,因此在求解复杂冲击载荷下界面裂纹应力强度因子随时间的变化过程时,避免了反复的应力分析,计算效率得到提高.根据Betti互易原理,论文推导出三维界面裂纹问题通用权函数法的普遍表达式,并给出了热机载荷共同作用下三维界面Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型裂纹问题通用权函数法的有限元格式.通过与实例计算比较,表明此方法得到的结果可以达到满意的工程应用精度.     

一类指数型间断函数的嵌入非连续等参有限元法

在嵌入非连续有限元的基本思想下,提出一类附加位移形函数———指数型间断函数,来模拟由于非连续结构,如裂纹和节理,所导致的位移不连续规律,该附加函数是以到间断处的垂直距离为自变量,且随距离的增大而呈指数衰减的函数.指数型间断函数具有在数学上的便于积分和求导的优点,且比阶梯间断函数更能反映实际破裂后的变形情况.本文用弱解形式推导了嵌入非连续有限元格式,编制了二维4节点和三维8节点的嵌入非连续等参有限元程序,并分别给出了算例.算例表明在模拟裂纹追踪时,指数型间断函数的嵌入非连续等参有限元法可行且有效.     

集中力拉伸楔体大变形理论分析及数值计算

对任意向集中力拉伸用下的橡胶类材料楔体尖端应力应变场进行了渐近分析,并利用有限元与无限元耦合作了数值计算,结果表明大应变情况下,楔体尖端场处于单向拉伸状态,应力主奇异项为ｒ＾－λ,ｒ为变形后至顶点距离,λ依赖于材料本构常数,数值计算与理论解吻合很好。