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混凝土细观刚体弹簧元法在劈裂试验中的应用 被引量:4
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作者 邢立坤 王立成 侯宇星 《建筑科学与工程学报》 CAS 2011年第1期83-90,共8页
系统总结了细观刚体弹簧元法的理论框架,即随机骨料的生成过程、细观刚体单元的划分原理、刚体弹簧元模型的确定方法、本构关系的建立过程等,并评述了各国细观刚体弹簧元法的最新研究进展及成果;在模拟混凝土劈裂试验时,考虑劈裂试验的... 系统总结了细观刚体弹簧元法的理论框架,即随机骨料的生成过程、细观刚体单元的划分原理、刚体弹簧元模型的确定方法、本构关系的建立过程等,并评述了各国细观刚体弹簧元法的最新研究进展及成果;在模拟混凝土劈裂试验时,考虑劈裂试验的加载特点,对劈裂试件刚体单元的划分方法进行了局部调整。结果表明:细观刚体弹簧元法能够应用于混凝土劈裂试验的数值模拟。 展开更多
关键词 细观层次 刚体弹簧元模型 本构关系 劈裂试验 数值模拟
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有限弹簧元在桥梁结构分析中的应用研究 被引量:2
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作者 刘玉擎 《桥梁建设》 EI CSCD 北大核心 2005年第6期19-22,共4页
有限弹簧元以任意形状单元的任意点的平动与转动位移作为基本未知量,用单元间虚拟弹簧网的作用功评价其内部变形能,在模拟非均质、非连续性的材料或结构的受力过程时具有较好的应用前景。叙述了有限弹簧元基本原理以及在桥梁结构数值分... 有限弹簧元以任意形状单元的任意点的平动与转动位移作为基本未知量,用单元间虚拟弹簧网的作用功评价其内部变形能,在模拟非均质、非连续性的材料或结构的受力过程时具有较好的应用前景。叙述了有限弹簧元基本原理以及在桥梁结构数值分析中的应用研究成果。 展开更多
关键词 桥梁结构 有限弹簧元 数值分析 计算方法 应用
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层合板界面层的弹簧界面元等效刚度计算模型 被引量:3
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作者 赵鹏 石广玉 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第B04期131-135,146,共6页
弹簧界面元是一种最常用的层合结构界面脱层数值模拟的计算模型。但目前对应于给定的复合材料层合板界面层,弹簧界面元的长度和等效刚度的确定却没有严格的方法,所以时常因为弹簧元刚度定义的不当而导致脱层数值模拟结果的不稳定甚至计... 弹簧界面元是一种最常用的层合结构界面脱层数值模拟的计算模型。但目前对应于给定的复合材料层合板界面层,弹簧界面元的长度和等效刚度的确定却没有严格的方法,所以时常因为弹簧元刚度定义的不当而导致脱层数值模拟结果的不稳定甚至计算困难。本文给出了一种基于层合板粘接层的实际厚度和材料特性确定弹簧界面元的长度和等效刚度的计算模型。通过把所给弹簧界面元等效刚度计算模型用于ANSYS中的非线性弹簧单元COMBIN39和COMBIN14,本文对复合材料双悬臂梁(DCB)和端边切口弯曲(ENF)梁的脱层扩展试验进行了有限元数值模拟;所得数值脱层预测结果与试验数据吻合良好。算例也表明,文中所给弹簧界面元长度和等效刚度的计算模型不仅计算简单和准确,并且所给脱层扩展的数值模拟也稳定。 展开更多
关键词 复合材料层合板 界面损伤 脱层 数值模拟 弹簧界面 弹簧元刚度
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分区界面元-有限元-无限元混合模型 被引量:6
4
作者 章青 周资斌 卓家寿 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第1期8-12,共5页
利用界面元良好的相容性,引入过渡界面元的概念,实现了界面元与有限元二种数值计算方法的结合,并提出了一种界面元-有限元-无限元混合模型。这种混合模型既可以发挥界面元计算精度高、适用于不连续变形等优点,又能够充分利用有限元的计... 利用界面元良好的相容性,引入过渡界面元的概念,实现了界面元与有限元二种数值计算方法的结合,并提出了一种界面元-有限元-无限元混合模型。这种混合模型既可以发挥界面元计算精度高、适用于不连续变形等优点,又能够充分利用有限元的计算效率和无限元方便处理无限域介质的特点,较为和谐地解决了计算精度和计算效率的矛盾。数值算例表明,本文所建立的混合模型的有效性,揭示此类混合模型具有广阔的工程应用前景。 展开更多
关键词 刚体-弹簧元 界面应力 有限 无限 混合模型 不连续介质力学
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定向井杆管接触状态的有限元仿真模型 被引量:4
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作者 姚春东 董世民 +2 位作者 吴长杰 张万胜 谢巍 《石油机械》 北大核心 2010年第11期28-32,6,共5页
将定向井抽油杆柱离散为空间梁单元,通过在所有节点构造双向弹簧元模拟抽油杆柱与油管的接触状态,考虑双向弹簧元弹簧刚度系数对单元刚度矩阵与总刚度矩阵的影响,建立了抽油杆柱与油管接触状态的有限元仿真分析模型。仿真结果表明,弹簧... 将定向井抽油杆柱离散为空间梁单元,通过在所有节点构造双向弹簧元模拟抽油杆柱与油管的接触状态,考虑双向弹簧元弹簧刚度系数对单元刚度矩阵与总刚度矩阵的影响,建立了抽油杆柱与油管接触状态的有限元仿真分析模型。仿真结果表明,弹簧元能够准确模拟杆管接触状态,确定杆柱与油管内壁接触状态、杆管接触压力以及扶正器与油管接触压力;抽油杆柱与油管柱接触受实际井眼轨道的影响,井眼造斜段、局部狗腿度较大的井段,杆管接触压力较大;在定向井抽油杆柱安装扶正器可以明显减小或消除杆体与油管的接触压力以及接箍与油管的接触压力。 展开更多
关键词 定向井 油管柱 梁单 双向弹簧元 杆管接触状态 仿真分析
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地下连续墙的有限元数值计算简化模型 被引量:4
6
作者 姜忻良 徐炳伟 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第S1期16-20,共5页
选取地下连续墙槽段的宽度作为其计算宽度,结合施工过程,通过分析地下连续墙的接头方式以及所在位置来确定其边界条件,并且考虑土的分层分布,基于ANSYS软件及其二次开发,采用双曲线非线性弹簧元模拟土的弹塑性,建立了地下连续墙的有限... 选取地下连续墙槽段的宽度作为其计算宽度,结合施工过程,通过分析地下连续墙的接头方式以及所在位置来确定其边界条件,并且考虑土的分层分布,基于ANSYS软件及其二次开发,采用双曲线非线性弹簧元模拟土的弹塑性,建立了地下连续墙的有限元数值计算简化模型。通过计算得到开挖过程中地下连续墙变形、内力、支撑内力、墙侧土压力变化及分布情况。工程实例表明,该模型计算结果与工程实际吻合较好,可以有效模拟基坑开挖整个过程,指导地下连续墙设计和施工。 展开更多
关键词 地下连续墙 双曲线非线性弹簧元 有限 数值计算
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CFRP加固钢梁的有限元分析 被引量:39
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作者 彭福明 郝际平 +3 位作者 杨勇新 岳清瑞 刘立杰 李文岭 《西安建筑科技大学学报(自然科学版)》 CSCD 北大核心 2006年第1期18-22,68,共6页
工程结构中的受弯钢梁由于腐蚀或疲劳损伤需要进行加固和修复.与传统的钢结构加固方法相比,粘贴CFRP加固钢结构具有很大的优势和应用前景,如不会导致严重的应力集中、不会产生残余应力、施工方便、维护费用低等.但是目前仅对CFRP加固钢... 工程结构中的受弯钢梁由于腐蚀或疲劳损伤需要进行加固和修复.与传统的钢结构加固方法相比,粘贴CFRP加固钢结构具有很大的优势和应用前景,如不会导致严重的应力集中、不会产生残余应力、施工方便、维护费用低等.但是目前仅对CFRP加固钢梁和组合梁进行了部分试验研究,缺乏相关的有限元分析.对CFRP加固钢梁和组合梁有限元分析的几个关键问题进行了论述,并采用笔者提出的“三维实体-弹簧-壳元”有限元模型对钢梁和组合梁粘贴CFRP加固前、后的性能进行了分析.分析结果表明,损伤钢梁和组合梁粘贴CFRP布和CFRP板加固后其性能恢复非常显著,而且粘贴CFRP板的加固效果更加明显. 展开更多
关键词 碳纤维增强复合材料 三维实体-弹簧-壳 弹簧 约束方程
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低速冲击下复合材料层合板分层损伤的数值模拟 被引量:6
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作者 程起有 童小燕 +2 位作者 姚磊江 吕胜利 吕国志 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2009年第2期321-324,共4页
为了分析冲击载荷作用时层合板的损伤情况,建立"子板—弹簧元"的三维有限元分析模型。在该模型中将连续铺层相同的单层作为一层合子板,相邻子板间采用弹簧单元连接。采用该模型对一层合板的冲击过程进行分析,分析过程中结合... 为了分析冲击载荷作用时层合板的损伤情况,建立"子板—弹簧元"的三维有限元分析模型。在该模型中将连续铺层相同的单层作为一层合子板,相邻子板间采用弹簧单元连接。采用该模型对一层合板的冲击过程进行分析,分析过程中结合失效准则预测失效模式,然后定义对应的弹簧单元失效来实现材料性能参数的衰减。计算结果和试验结果吻合较好,同时得出一些有用的结论。 展开更多
关键词 层合板 冲击损伤 弹簧元 有限
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钢筋混凝土梁受弯破坏过程的细观数值模拟研究 被引量:8
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作者 王立成 邢立坤 宋玉普 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第6期934-939,共6页
在细观层次上将混凝土视为由粗骨料、硬化水泥砂浆及界面粘结带组成的三相非均质复合材料,能够较好地模拟混凝土加载时的裂缝扩展过程和分布规律。本文采用细观刚体弹簧元法模拟了钢筋混凝土梁的弯曲受力性能和破坏过程,加载方式采用两... 在细观层次上将混凝土视为由粗骨料、硬化水泥砂浆及界面粘结带组成的三相非均质复合材料,能够较好地模拟混凝土加载时的裂缝扩展过程和分布规律。本文采用细观刚体弹簧元法模拟了钢筋混凝土梁的弯曲受力性能和破坏过程,加载方式采用两点对称加载。数值计算得到了钢筋混凝土梁的破坏形态和荷载-变形曲线,并分析了受力过程中纵向钢筋的应力变化。与试验结果对比表明,细观刚体弹簧元法可以有效模拟钢筋混凝土梁的裂缝开展过程、破坏形态和荷载-变形响应。 展开更多
关键词 细观 刚体弹簧元 数值模拟 钢筋混凝土梁
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轻骨料混凝土应力-应变全曲线的数值模拟 被引量:4
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作者 陈桂斌 王立成 《建筑材料学报》 EI CAS CSCD 2008年第2期138-143,共6页
基于二维刚体弹簧元数值模拟法,计算得出了峰值应力为16.49~34.97MPa的4个强度等级轻骨料混凝土的单轴受压应力-应变全曲线,并与2种试验拟舍曲线进行了对比,结果表明:二维刚体弹簧元数值模拟法能很好地预测不同强度等级轻骨料混... 基于二维刚体弹簧元数值模拟法,计算得出了峰值应力为16.49~34.97MPa的4个强度等级轻骨料混凝土的单轴受压应力-应变全曲线,并与2种试验拟舍曲线进行了对比,结果表明:二维刚体弹簧元数值模拟法能很好地预测不同强度等级轻骨料混凝土的峰值应力、峰值应变,且计算得出的应力-应变全曲线与试验结果吻合很好,因此该法可应用到轻骨料混凝土的结构分析中,根据二维刚体弹簧元数值模拟法计算结果,建议了一个较为简单的有理分式作为轻骨料混凝土单轴受压应力-应变全曲线的解析表达式. 展开更多
关键词 轻骨料混凝土 二维刚体弹簧元 应力-应变全曲线
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横向荷载作用下插入式大直径圆柱壳结构的优化数学模型 被引量:1
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作者 王乐芹 余健星 +2 位作者 周锡礽 王晖 徐炳伟 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第1期17-21,共5页
基于非线性弹簧元数值分析模型,建立了横向荷载作用下原状软粘土中插入式大圆柱壳结构的最优化设计数学模型,从中可以求得多工况荷载组合作用下,结构最佳受力的圆柱壳最佳尺度匹配。采用Monte Carlo方向探索随机行走法作为最优化方法,... 基于非线性弹簧元数值分析模型,建立了横向荷载作用下原状软粘土中插入式大圆柱壳结构的最优化设计数学模型,从中可以求得多工况荷载组合作用下,结构最佳受力的圆柱壳最佳尺度匹配。采用Monte Carlo方向探索随机行走法作为最优化方法,对通用有限元软件ANSYS进行了优化技术的再开发,基于FORTRAN与ANSYS软件平台联合构建适合薄壁圆柱壳结构自身特殊问题分析的优化过程。算例表明此优化技术是可行有效的,结构经优化设计后相对于原设计,受力条件更优,材料用量有所节省。 展开更多
关键词 插入式大直径圆柱壳结构 非线性弹簧元数值分析 结构优化设计 方向探索随机行走法
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潜艇长圆型舱门密封间隙研究
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作者 吴梵 黄晓明 胡伟 《润滑与密封》 CAS CSCD 北大核心 2012年第1期67-72,共6页
对潜艇内部平面耐压舱壁上的长圆门在一舱进水条件下的密封间隙进行研究,使用弹簧元模拟卡箍的力学行为,采用有限元方法考察设计状态下,门盖与围栏之间的间隙分布,并分析门盖板厚度以及结构形式对密封间隙的影响规律。研究表明:在计算... 对潜艇内部平面耐压舱壁上的长圆门在一舱进水条件下的密封间隙进行研究,使用弹簧元模拟卡箍的力学行为,采用有限元方法考察设计状态下,门盖与围栏之间的间隙分布,并分析门盖板厚度以及结构形式对密封间隙的影响规律。研究表明:在计算工况下,卡箍处因总力平衡需要产生基础间隙,该间隙主要受载荷大小和卡箍弹簧刚度的影响;门盖在静水压力载荷作用下因自身变形产生了间隙的另一部分,该部分间隙的分布主要受门盖厚度和结构形式的影响。门盖板的厚度和结构形式影响门盖应力分布和间隙分布,厚度越大,周向边缘壳板的应力水平越小,间隙的最大值也越小。 展开更多
关键词 耐压舱壁 长圆门 密封间隙 弹簧元 ABAQUS
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混凝土楔入劈拉和三点弯曲断裂过程的细观数值模拟 被引量:8
13
作者 王思莹 王立成 王文斌 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第3期321-327,342,共8页
基于离散元思想和Voronoi单元划分技术,利用混凝土细观刚体弹簧元模型,开展了混凝土楔入劈拉试件和三点弯曲切口梁的断裂过程数值仿真分析。从裂缝开展过程、试件破坏形态、荷载-张口位移曲线(P-CMOD)和断裂能等方面,将数值分析结果与... 基于离散元思想和Voronoi单元划分技术,利用混凝土细观刚体弹簧元模型,开展了混凝土楔入劈拉试件和三点弯曲切口梁的断裂过程数值仿真分析。从裂缝开展过程、试件破坏形态、荷载-张口位移曲线(P-CMOD)和断裂能等方面,将数值分析结果与已有的试验结果进行了对比。结果表明,细观刚体弹簧元法较准确地模拟了混凝土楔入劈拉试件和三点弯曲切口梁断裂过程。最后,分析了缝高比和骨料体积含量对混凝土断裂过程的影响规律,发现断裂能随骨料体积含量呈单调递增趋势。 展开更多
关键词 细观刚体弹簧元 楔入劈拉 三点弯曲切口梁 断裂能 骨料体积含量
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动力设备荷载模拟及设备-桩基体系非线性动力分析 被引量:5
14
作者 魏文晖 虞薇芳 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2009年第11期126-129,208,共5页
采用人工模拟设备动力荷载对桩基和上部设备协同工作体系进行了非线性振动时程分析。在分析过程中,针对设备振动荷载不易确定的特点,根据实测的荷载时程曲线,以及设备的极限荷载,按平稳高斯过程三角级数模型构造人工荷载时程曲线,将其... 采用人工模拟设备动力荷载对桩基和上部设备协同工作体系进行了非线性振动时程分析。在分析过程中,针对设备振动荷载不易确定的特点,根据实测的荷载时程曲线,以及设备的极限荷载,按平稳高斯过程三角级数模型构造人工荷载时程曲线,将其作为设备的外部施加动荷载。在设备-桩基体系协同工作有限元模型中,采用粘滞边界模拟承台周边的地基土,地基弹簧弹性系数采用粘-弹性半空间法计算,使得整个体系的计算规模得到简化。利用模态叠加法对该体系进行动力时程分析。将上述方法应用到常州盘固水泥厂水泥立磨设备基础分析,并与实测结果进行对比,验证了该方法的计算精度。 展开更多
关键词 人工荷载时程 动力机器基础 粘-弹性边界 等效弹簧实体
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混凝土受拉动态破坏过程的细观数值方法研究
15
作者 尹相振 王立成 鲍玖文 《防灾减灾工程学报》 CSCD 北大核心 2015年第3期365-372,共8页
混凝土在宏观层次上属于各向同性材料,但在细观层次上可视为由粗骨料、砂浆以及二者界面组成的三相非均质复合材料。混凝土是一种典型的率敏感材料,不同应变率水平下存在不同的强度增长机制。从混凝土细观结构出发,提出了混凝土动态受... 混凝土在宏观层次上属于各向同性材料,但在细观层次上可视为由粗骨料、砂浆以及二者界面组成的三相非均质复合材料。混凝土是一种典型的率敏感材料,不同应变率水平下存在不同的强度增长机制。从混凝土细观结构出发,提出了混凝土动态受力分析的刚体弹簧元(Rigid Body Spring Model,RBSM)方法,通过建立混凝土细观各相组成材料的粘弹塑性损伤本构模型,充分考虑Stefan效应在中低应变率水平下对混凝土力学性能的影响,模拟了混凝土的强度增长规律。对砂浆、混凝土试件的单轴受拉动态破坏分析表明,本文建立的动态弹簧元模型能较好地模拟混凝土强度随应变率增长而提高的规律,而且能够跟踪加载过程中混凝土内部的裂缝开展过程和最终破坏形态。 展开更多
关键词 动态破坏 Stefan效应 细观刚体弹簧元 粘弹性 粘塑性
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