剪切型断裂是岩土工程中常见的破坏模式,了解剪切破坏机理并准确预测剪切型裂纹的萌生、扩展过程对保障工程结构的安全性与稳定性具有重要意义.文章建立了基于比例边界有限元法(scaled boundary finite element methods,SBFEM)和非局部...剪切型断裂是岩土工程中常见的破坏模式,了解剪切破坏机理并准确预测剪切型裂纹的萌生、扩展过程对保障工程结构的安全性与稳定性具有重要意义.文章建立了基于比例边界有限元法(scaled boundary finite element methods,SBFEM)和非局部宏-微观损伤模型的剪切型裂纹动态开裂模拟方法,定义了基于偏应变概念的物质点对的正伸长量,可作为预测剪切型裂纹扩展行为的动态开裂准则,一点的损伤定义为该点影响域范围内连接的物质键损伤的加权平均值,而物质键的损伤则与基于偏应变概念的物质点对的正伸长量相关联,并引入能量退化函数建立结构域几何拓扑损伤与能量损失之间的关系,将拓扑损伤与应力应变联系起来,通过能量退化函数修正了SBFEM的刚度系数矩阵,得到了子域在损伤状态下的刚度矩阵,推导了考虑结构损伤的SBFEM动力控制方程,采用Newmark隐式算法对控制方程进行时间离散.最后,通过3个典型算例验证了建议的模型可较好地模拟剪切型断裂问题,能够很好地捕捉剪切型裂纹的扩展路径,并得到较为准确的载荷-位移曲线.展开更多
针对拱坝裂纹扩展问题,以某拱坝为例,建立了大坝-地基-库水系统的三维有限元模型.在此基础上,基于全耦合的拱坝-地基-库水模型,利用扩展有限元法(extended finite element methods,XFEM)对地震作用下的底缝开裂进行了模拟分析.研究中,...针对拱坝裂纹扩展问题,以某拱坝为例,建立了大坝-地基-库水系统的三维有限元模型.在此基础上,基于全耦合的拱坝-地基-库水模型,利用扩展有限元法(extended finite element methods,XFEM)对地震作用下的底缝开裂进行了模拟分析.研究中,在坝体上游底部设置了不同位置的人工短缝,以探讨拱坝在强震条件下的底缝开裂响应.结果表明:横缝削弱了坝体的整体性,增大了坝体的位移响应,但增设横缝可有效减小坝体的应力响应;在坝体底部设置人工短缝显著降低了坝踵的应力响应;拱坝的横缝对底缝开裂影响显著,能限制底缝的横向扩展,减少坝体的开裂损伤.展开更多
大体积混凝土结构被广泛应用于土木、水利等领域的重大工程中,而混凝土抗拉强度低的力学特性决定了其易产生裂纹,因此,发展高效的检测方法,识别大体积混凝土结构中的裂纹信息十分必要.论文提出了一种新的方法,通过提取响应信号频谱中特...大体积混凝土结构被广泛应用于土木、水利等领域的重大工程中,而混凝土抗拉强度低的力学特性决定了其易产生裂纹,因此,发展高效的检测方法,识别大体积混凝土结构中的裂纹信息十分必要.论文提出了一种新的方法,通过提取响应信号频谱中特定频率的幅值特征,基于BP人工神经网络建立幅值特征与裂纹信息间的映射关系,从而有效识别出裂纹信息.首先采用扩展有限元法(eXtended Finite Element Methods, XFEM)和人工吸收边界模型,分别模拟了单裂纹和双裂纹情形下,大量不同裂纹信息下特定位置传感器的响应,分析其频谱曲线并提取特征,建立频谱特征—裂尖位置数据集,以训练人工神经网络,测试集的反演效果显示,该方法具有较好的准确度,可有效识别出裂纹信息.展开更多
论文建立了基于比例边界有限元法(scaled boundary finite element methods,SBFEM)框架的非局部宏微观损伤模型,考虑材料细观物理参数的空间变异性,探讨了材料参数的空间变异性对结构开裂过程的影响。结果表明:考虑材料参数空间变异性后...论文建立了基于比例边界有限元法(scaled boundary finite element methods,SBFEM)框架的非局部宏微观损伤模型,考虑材料细观物理参数的空间变异性,探讨了材料参数的空间变异性对结构开裂过程的影响。结果表明:考虑材料参数空间变异性后,裂纹扩展路径具有不确定性,建议的模型能够很好地反应材料内在的随机性;随着结构受力情况的复杂化和结构本体缺陷的增多,裂纹开裂模式的变异性也会增大。自相关长度和参数变异系数对结构开裂分析结果有重要影响。展开更多
结构内部缺陷的识别是结构健康监测的重要研究内容,而当前以无损检测为主的结构安全检测多以定性分析为主,定量识别缺陷的尺度较困难.本文将比例边界有限元法(scaled boundary finite element methods,SBFEM)和深度学习相结合,提出了基...结构内部缺陷的识别是结构健康监测的重要研究内容,而当前以无损检测为主的结构安全检测多以定性分析为主,定量识别缺陷的尺度较困难.本文将比例边界有限元法(scaled boundary finite element methods,SBFEM)和深度学习相结合,提出了基于Lamb波在结构中传播时的反馈信号定量识别结构内部裂纹状缺陷的反演模型.通过随机生成缺陷信息(位置、大小),采用SBFEM模拟Lamb波在含不同缺陷信息的结构中的信号传播过程,SBFEM仅需对结构边界离散可最小化网格重划分过程,大大提高了计算效率.Lamb波在含裂纹状缺陷结构中传播时观测点的反馈信号包含大量的裂纹信息,基于这一特性可为深度学习模型提供足够多的反映问题特性的训练数据.建议的缺陷反演模型规避了传统反分析问题的目标函数极小化迭代过程,在保证计算精度的前提下大大减少了计算成本.对含单裂纹和多裂纹板的数值算例进行分析,结果表明:建立的缺陷识别模型能够准确地量化结构内部的缺陷,对浅表裂纹亦有很好的识别效果,且对于含噪信号模型仍具有较好的鲁棒性.展开更多
主要研究了扩展有限元法(extended finite element method,XFEM)在处理弱不连续问题时不同改进函数形式对XFEM数值求解精度的影响,阐述了各种改进函数影响XFEM求解精度的关键因素,指出校正的扩展有限元法(corrected-XFEM)能够提高数值...主要研究了扩展有限元法(extended finite element method,XFEM)在处理弱不连续问题时不同改进函数形式对XFEM数值求解精度的影响,阐述了各种改进函数影响XFEM求解精度的关键因素,指出校正的扩展有限元法(corrected-XFEM)能够提高数值求解精度的实质在于它拓展了改进结点域,即将常规扩展有限元法(standard-XFEM)的改进结点域增加一层作为corrected-XFEM的改进结点域,文中建议延拓corrected-XFEM的改进结点域,即在corrected-XFEM的改进结点域基础上再增加一层改进结点.利用水平集函数表征材料内部的不连续界面,推导了XFEM求解的支配方程,给出了一种改进单元的数值积分方案以及改进单元处高精度应力的求解方法.含夹杂问题的数值计算结果表明:建议的延拓corrected-XFEM改进结点域的方法能够明显提高XFEM的数值求解精度.展开更多
文摘剪切型断裂是岩土工程中常见的破坏模式,了解剪切破坏机理并准确预测剪切型裂纹的萌生、扩展过程对保障工程结构的安全性与稳定性具有重要意义.文章建立了基于比例边界有限元法(scaled boundary finite element methods,SBFEM)和非局部宏-微观损伤模型的剪切型裂纹动态开裂模拟方法,定义了基于偏应变概念的物质点对的正伸长量,可作为预测剪切型裂纹扩展行为的动态开裂准则,一点的损伤定义为该点影响域范围内连接的物质键损伤的加权平均值,而物质键的损伤则与基于偏应变概念的物质点对的正伸长量相关联,并引入能量退化函数建立结构域几何拓扑损伤与能量损失之间的关系,将拓扑损伤与应力应变联系起来,通过能量退化函数修正了SBFEM的刚度系数矩阵,得到了子域在损伤状态下的刚度矩阵,推导了考虑结构损伤的SBFEM动力控制方程,采用Newmark隐式算法对控制方程进行时间离散.最后,通过3个典型算例验证了建议的模型可较好地模拟剪切型断裂问题,能够很好地捕捉剪切型裂纹的扩展路径,并得到较为准确的载荷-位移曲线.
文摘针对拱坝裂纹扩展问题,以某拱坝为例,建立了大坝-地基-库水系统的三维有限元模型.在此基础上,基于全耦合的拱坝-地基-库水模型,利用扩展有限元法(extended finite element methods,XFEM)对地震作用下的底缝开裂进行了模拟分析.研究中,在坝体上游底部设置了不同位置的人工短缝,以探讨拱坝在强震条件下的底缝开裂响应.结果表明:横缝削弱了坝体的整体性,增大了坝体的位移响应,但增设横缝可有效减小坝体的应力响应;在坝体底部设置人工短缝显著降低了坝踵的应力响应;拱坝的横缝对底缝开裂影响显著,能限制底缝的横向扩展,减少坝体的开裂损伤.
文摘大体积混凝土结构被广泛应用于土木、水利等领域的重大工程中,而混凝土抗拉强度低的力学特性决定了其易产生裂纹,因此,发展高效的检测方法,识别大体积混凝土结构中的裂纹信息十分必要.论文提出了一种新的方法,通过提取响应信号频谱中特定频率的幅值特征,基于BP人工神经网络建立幅值特征与裂纹信息间的映射关系,从而有效识别出裂纹信息.首先采用扩展有限元法(eXtended Finite Element Methods, XFEM)和人工吸收边界模型,分别模拟了单裂纹和双裂纹情形下,大量不同裂纹信息下特定位置传感器的响应,分析其频谱曲线并提取特征,建立频谱特征—裂尖位置数据集,以训练人工神经网络,测试集的反演效果显示,该方法具有较好的准确度,可有效识别出裂纹信息.
文摘论文建立了基于比例边界有限元法(scaled boundary finite element methods,SBFEM)框架的非局部宏微观损伤模型,考虑材料细观物理参数的空间变异性,探讨了材料参数的空间变异性对结构开裂过程的影响。结果表明:考虑材料参数空间变异性后,裂纹扩展路径具有不确定性,建议的模型能够很好地反应材料内在的随机性;随着结构受力情况的复杂化和结构本体缺陷的增多,裂纹开裂模式的变异性也会增大。自相关长度和参数变异系数对结构开裂分析结果有重要影响。
文摘结构内部缺陷的识别是结构健康监测的重要研究内容,而当前以无损检测为主的结构安全检测多以定性分析为主,定量识别缺陷的尺度较困难.本文将比例边界有限元法(scaled boundary finite element methods,SBFEM)和深度学习相结合,提出了基于Lamb波在结构中传播时的反馈信号定量识别结构内部裂纹状缺陷的反演模型.通过随机生成缺陷信息(位置、大小),采用SBFEM模拟Lamb波在含不同缺陷信息的结构中的信号传播过程,SBFEM仅需对结构边界离散可最小化网格重划分过程,大大提高了计算效率.Lamb波在含裂纹状缺陷结构中传播时观测点的反馈信号包含大量的裂纹信息,基于这一特性可为深度学习模型提供足够多的反映问题特性的训练数据.建议的缺陷反演模型规避了传统反分析问题的目标函数极小化迭代过程,在保证计算精度的前提下大大减少了计算成本.对含单裂纹和多裂纹板的数值算例进行分析,结果表明:建立的缺陷识别模型能够准确地量化结构内部的缺陷,对浅表裂纹亦有很好的识别效果,且对于含噪信号模型仍具有较好的鲁棒性.
文摘主要研究了扩展有限元法(extended finite element method,XFEM)在处理弱不连续问题时不同改进函数形式对XFEM数值求解精度的影响,阐述了各种改进函数影响XFEM求解精度的关键因素,指出校正的扩展有限元法(corrected-XFEM)能够提高数值求解精度的实质在于它拓展了改进结点域,即将常规扩展有限元法(standard-XFEM)的改进结点域增加一层作为corrected-XFEM的改进结点域,文中建议延拓corrected-XFEM的改进结点域,即在corrected-XFEM的改进结点域基础上再增加一层改进结点.利用水平集函数表征材料内部的不连续界面,推导了XFEM求解的支配方程,给出了一种改进单元的数值积分方案以及改进单元处高精度应力的求解方法.含夹杂问题的数值计算结果表明:建议的延拓corrected-XFEM改进结点域的方法能够明显提高XFEM的数值求解精度.
