土体-结构非线性耦合系统动力响应并行计算方法研究 被引量：2

1

作者 王小庆 金先龙 王建炜 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2016年第24期19-26,共8页

针对土体-结构非线性耦合(Soil-Structure Interaction,SSI)系统动力响应数值模拟带来的大规模计算量问题,提出基于SSI负载均衡及对偶图理论两种区域分解算法的并行计算方法。结合传统的贪婪法及递归坐标对分方法,对这四种方法的并行性... 针对土体-结构非线性耦合(Soil-Structure Interaction,SSI)系统动力响应数值模拟带来的大规模计算量问题,提出基于SSI负载均衡及对偶图理论两种区域分解算法的并行计算方法。结合传统的贪婪法及递归坐标对分方法,对这四种方法的并行性能进行研究。SSI采用基于对称罚函数的方法处理,系统方程采用显式中心差分有限元方法求解。对典型的SSI工程问题动力响应进行并行数值模拟,并对这四种方法的可扩展性进行分析。结果表明:基于SSI负载均衡的并行计算方法,充分考虑土体和结构耦合负载的均衡,并行效率最优,基于对偶图理论区域分解的方法和递归坐标对分方法效率次之,贪婪法并行效率最低;随核数增加,并行效率下降,需根据实际模型规模合理选择并行计算核数,获得最优的并行计算效益;基于罚函数的显式有限元方法能够较好的解决SSI动力响应问题。 展开更多

关键词 结构-土体非线性耦合 区域分解 并行计算 动力响应 显式有限元 对称罚函数法

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随机复合材料结构非线性热-力耦合模拟的统计高阶多尺度方法

2

作者 董灏 崔俊芝 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期153-166,共14页

对于具有复杂随机细观构造的复合材料结构的非线性热-力耦合问题的随机多尺度建模和计算仍是一个具有挑战性的问题。本文发展了一个新的统计高阶多尺度方法,克服了随机多尺度问题直接模拟时巨大的计算量,实现了具有随机复合材料结构非... 对于具有复杂随机细观构造的复合材料结构的非线性热-力耦合问题的随机多尺度建模和计算仍是一个具有挑战性的问题。本文发展了一个新的统计高阶多尺度方法,克服了随机多尺度问题直接模拟时巨大的计算量,实现了具有随机复合材料结构非线性热-力耦合问题的数值模拟。借助统计多尺度渐近分析和泰勒级数方法,本文严格推导了可以精确分析随机复合材料结构宏-细观尺度非线性热-力耦合响应的统计高阶多尺度计算模型。然后,通过局部误差分析证明了统计高阶多尺度计算模型中高阶校正项在保持计算模型局部能量和动量守恒的重要意义。进一步,建立了可以高效模拟随机复合材料结构非线性热-力耦合行为的具有离线和在线两阶段的时空多尺度算法。最后,通过数值实验验证了统计高阶多尺度方法的计算高效率和高精度。 展开更多

关键词 随机复合材料结构 非线性热-力耦合模拟 统计高阶多尺度计算模型 时空多尺度算法 局部误差分析

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火灾下钢框架结构的热-结构耦合非线性分析

3

作者 唐兰 张系斌 《吉林建筑工程学院学报》 CAS 2008年第3期39-42,共4页

在ANSYS有限元分析软件中建立1榀2跨框架模型,采用SOLID70和SOLID45单元进行热-结构耦合分析,研究火灾下钢框架结构的非线性反应.研究结果表明,火灾下钢框架的非线性反应可以划分为4个阶段,火灾中梁的截面温度为非线性分布,节点部位是... 在ANSYS有限元分析软件中建立1榀2跨框架模型,采用SOLID70和SOLID45单元进行热-结构耦合分析,研究火灾下钢框架结构的非线性反应.研究结果表明,火灾下钢框架的非线性反应可以划分为4个阶段,火灾中梁的截面温度为非线性分布,节点部位是钢框架抗火的薄弱环节. 展开更多

关键词 非线性分析 热-结构耦合分析 钢框架 抗火

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内外共振联合作用下索-梁组合结构非线性振动分析 被引量：21

4

作者 魏明海 肖仪清 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2012年第7期79-84,共6页

研究内共振和外共振联合作用下的索-梁组合结构非线性振动问题。利用Hamilton原理推导索-梁组合结构非线性动力学方程,同时考虑索的垂度以及由梁和索之间模态耦合引起的非线性影响。利用Galerkin方法将索-梁组合结构非线性运动偏微分方... 研究内共振和外共振联合作用下的索-梁组合结构非线性振动问题。利用Hamilton原理推导索-梁组合结构非线性动力学方程,同时考虑索的垂度以及由梁和索之间模态耦合引起的非线性影响。利用Galerkin方法将索-梁组合结构非线性运动偏微分方程离散为一组常微分方程。最后对数学模型进行数值计算,得到了不同内外共振联合作用下梁和索的模态时程曲线。研究表明,梁的稳态运动呈现周期性振荡,而索在不同的内外共振联合作用下,分别呈现出混沌或周期性振荡,并且索和梁之间持续的模态交替现象只能在特定的内外共振下出现。 展开更多

关键词 索-梁组合结构 内共振 外共振 模态耦合 非线性振动

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索-梁组合结构耦合非线性振动的数值研究方法

5

作者 陈晓建 《黑龙江交通科技》 2011年第8期194-194,196,共2页

介绍了索-梁组合结构耦合非线性振动的数值研究的方法。

关键词 索-梁组合结构耦合非线性振动 数值 研究方法

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车辆-轨道空间非线性耦合系统交叉迭代算法及应用 被引量：3

6

作者 雷晓燕 王海 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2023年第10期136-143,共8页

基于有限元法建立了车辆-轨道空间非线性耦合系统动力学模型,提出了将迹线法融入交叉迭代法求解车辆-轨道空间非线性耦合系统动力学的方法。车辆-轨道空间非线性耦合模型包含车辆子系统和轨道子系统,其中车辆子系统为31自由度的整车模型... 基于有限元法建立了车辆-轨道空间非线性耦合系统动力学模型,提出了将迹线法融入交叉迭代法求解车辆-轨道空间非线性耦合系统动力学的方法。车辆-轨道空间非线性耦合模型包含车辆子系统和轨道子系统,其中车辆子系统为31自由度的整车模型,轨道子系统采用空间梁单元、黏弹性弹簧阻尼元件和三维块体单元模拟,两子系统通过轮轨相互作用实现耦合。轮轨接触几何关系采用“迹线法”与“最小距离法”计算,运用Newmark数值积分交叉求解车辆子系统动力学方程和轨道子系统动力学方程。为验证算法的可行性,进行了算例对比计算。作为应用实例,分析了CRH2高速动车通过CRTSⅡ无砟轨道时引起车辆和轨道结构的动力响应,并选择列车速度和轨道不平顺对车辆-轨道耦合系统动力响应的影响进行了参数分析。计算结果表明,将迹线法融入交叉迭代法求解车辆-轨道空间非线性耦合系统动力问题的算法具有计算精度高、收敛速度快和程序编制容易的特点。 展开更多

关键词 车辆-轨道空间非线性耦合 轨道结构三维模型 交叉迭代算法 轮轨非线性接触 轮轨关系

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设备-高层结构-地基土体系交互计算方法 被引量：1

7

作者 姜忻良 张崇祥 +1 位作者 姜南 罗兰芳 《河海大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2019年第5期433-439,共7页

提出了模拟设备-高层结构-地基土体系振动台实时子结构试验的数值交互计算方法,并且结合地基土在强震作用下并非全部进入非线性的特点,认为可尝试将具有局部非线性特点的地基土模型作为数值子结构、设备-高层结构体系作为试验子结构,从... 提出了模拟设备-高层结构-地基土体系振动台实时子结构试验的数值交互计算方法,并且结合地基土在强震作用下并非全部进入非线性的特点,认为可尝试将具有局部非线性特点的地基土模型作为数值子结构、设备-高层结构体系作为试验子结构,从而在振动台实时子结构试验中考虑地基土非线性特性影响。采用分支模态子结构法与线性-非线性混合约束模态子结构法推导了设备-高层结构-局部非线性地基土体系的运动方程。选用一幢13层钢框架设备-高层结构-地基土体系模型作为分析实例,采用MATLAB与ANSYS分别建立设备-高层结构体系与局部非线性地基土计算模型,两者之间进行数值交互计算,发现土-结构相互作用与设备的频率变化对设备与结构的地震反应有重要的影响。 展开更多

关键词 分支模态子结构 约束模态子结构 线性-非线性 设备-高层结构-地基土体系 数值交互计算

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平面波输入下海水-海床-结构动力相互作用分析 被引量：8

8

作者 陈少林 孙杰 柯小飞 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第2期578-590,共13页

海洋工程结构的地震反应分析是保证海洋工程结构地震安全的重要环节.由于其所处的复杂环境,该问题涉及到流固耦合和土-结相互作用.本文基于海水、饱和海床、基岩流固耦合统一计算框架,采用Davidenkov模型和修正的Masing准则考虑饱和海... 海洋工程结构的地震反应分析是保证海洋工程结构地震安全的重要环节.由于其所处的复杂环境,该问题涉及到流固耦合和土-结相互作用.本文基于海水、饱和海床、基岩流固耦合统一计算框架,采用Davidenkov模型和修正的Masing准则考虑饱和海床的非线性,在脉冲SV波垂直入射下,进行了海域场地和海洋工程结构的动力响应分析.首先,对比分析了线性自由场和非线性自由场输入情形的海域场地非线性反应,结果表明线性自由场输入时反应不合理,自由场分析和场地分析应该采用相一致的本构模型.然后,对比分析了海床分别为线性和非线性情形时,海域场地以及海水-海床-结构体系的反应特征.与线性海床情形相比,非线性对海床反应的影响主要由如下两方面因素控制:一方面,非线性导致饱和海床模量减小,饱和海床与基岩间的波阻抗比减小,由基岩到饱和海床间的反射系数和透射系数增加,导致反应增大;另一方面,非线性导致阻尼加大,使海床反应减小.对于本文算例而言,阻尼对非线性海床结果的影响占主导作用. 展开更多

关键词 海水-海床-结构相互作用 土体非线性 自由场分析 饱和多孔介质 人工边界

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复杂工况下土-结构体系的混合约束模态法 被引量：2

9

作者 姜忻良 张海顺 《河海大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2016年第4期283-290,共8页

基于动态子结构法的原理,提出了线性-非线性混合约束模态综合法,对复杂工况下的二维地基土-箱型基础-上部剪力墙结构相互作用的非线性动力问题进行分析研究。复杂工况包含了一致黏弹性边界问题和基础与周边土体的高度非线性接触问题。... 基于动态子结构法的原理,提出了线性-非线性混合约束模态综合法,对复杂工况下的二维地基土-箱型基础-上部剪力墙结构相互作用的非线性动力问题进行分析研究。复杂工况包含了一致黏弹性边界问题和基础与周边土体的高度非线性接触问题。依据土-结构相互作用体系存在局部非线性的特性,将体系划分为若干个线性和非线性子结构。在动力时程分析中对所有非线性子结构利用自编二次开发程序逐步提取等效特性矩阵,再与经势能判据截断准则减缩过的其他线性子结构组合后进行模态综合处理,推导出含有接触关系的子结构方程与含有一致黏弹性边界的子结构方程,最后形成复杂工况下含有各个子结构的模态综合方程。分析结果表明,混合约束模态综合法与ANSYS直接计算法求得的位移、速度、加速度、水平剪力、弯矩、层间位移角动态响应时程曲线吻合良好,证明线性-非线性混合约束模态综合法是求解复杂工况下的土-结构动力相互作用问题的有效可行方法。 展开更多

关键词 土-结构相互作用 混合约束模态综合法 一致黏弹性边界 局部非线性 弹塑性刚度矩阵 基础与周边土体接触问题

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土-桩基-钢结构振动台试验数值模拟分析 被引量：1

10

作者 上官云翔 《山西建筑》 2023年第21期6-9,17,共5页

采用与商用有限元软件ANSYS对比验证后计算更为高效的土-结相互作用分区分析方法(PASSI,Partitioned Analysis of Soil-Structure Interaction),对土-桩基-钢结构模型的振动台试验进行了考虑土体材料非线性的数值模拟,对比分析了振动台... 采用与商用有限元软件ANSYS对比验证后计算更为高效的土-结相互作用分区分析方法(PASSI,Partitioned Analysis of Soil-Structure Interaction),对土-桩基-钢结构模型的振动台试验进行了考虑土体材料非线性的数值模拟,对比分析了振动台试验结果与数值模拟结果,并进行了相应的分析与总结。输入三种调幅(0.05g, 0.10g以及0.20g)下的RG160,Chichi与Landers地震波,对比分析了振动台试验与数值模拟试验所得土体与结构加速度放大系数、桩身应变以及桩身弯矩,结果表明:该数值模拟方法定性上准确地反映了振动台试验中的试验结果,可为土-桩基-钢结构的抗震设计提供参考依据,但由于数值模拟中未考虑试验中存在的桩土接触非线性以及桩基破坏等问题,试验结果在定量上仍存在一定的差异。 展开更多

关键词 桩基础 钢结构 土-结相互作用 土体非线性 数值模拟

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虚拟仿真APP开发在土体孔隙细观两相渗流研究中的应用

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作者 蔡沛辰 阙云 李显 《水资源与水工程学报》 CSCD 北大核心 2021年第6期207-214,共8页

为揭示土体孔隙结构对细观渗流机理的影响,并探寻一种简便、高效的研究方法,选取福建省福州市某地原状花岗岩残积土作为研究对象,以水-气两相耦合问题为例,基于计算机断层扫描(CT)和虚拟仿真APP开发技术研究土体孔隙中细观渗流规律。结... 为揭示土体孔隙结构对细观渗流机理的影响,并探寻一种简便、高效的研究方法,选取福建省福州市某地原状花岗岩残积土作为研究对象,以水-气两相耦合问题为例,基于计算机断层扫描(CT)和虚拟仿真APP开发技术研究土体孔隙中细观渗流规律。结果表明:水-气两相渗流过程存在大孔隙优先流特征,且“绕流”现象一般易于出现在孔隙成圆度较高部位。受水、气相参数的限制,部分死角孔隙形成了只含气相的封闭空间。两相渗流速度主要受孔道迂回程度控制,孔径大、弯曲程度低的孔隙中渗流速度相对较大,且存在明显的“优势通道”。发生“绕流”现象部位的流速远小于其周围的渗流流速。土体孔隙两相渗流压力场分布存在不均匀性。仿真APP可将复杂的理论和物理场封装起来,使科研工作者面对友好的自定义界面,可极大提高科研效率。 展开更多

关键词 土体孔隙结构 细观渗流 水-气两相耦合 计算机断层扫描切片 APP开发

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阿尔及利亚某项目结构设计综述

12

作者 孙素文 谭伟 +4 位作者 喻歆 李文斌 邵麟捷 郑浩漫 孙营杰 《广东土木与建筑》 2020年第10期10-14,共5页

随着“一带一路”的推进,中国建筑企业已在海外承接及实施了较多的EPC项目。对于国内的结构设计师,掌握国际通用标准及当地标准已是时势所趋。某项目结构设计时,对阿尔及利亚的结构设计标准、我国标准及欧洲标准做了详细的对比和总结,... 随着“一带一路”的推进,中国建筑企业已在海外承接及实施了较多的EPC项目。对于国内的结构设计师,掌握国际通用标准及当地标准已是时势所趋。某项目结构设计时,对阿尔及利亚的结构设计标准、我国标准及欧洲标准做了详细的对比和总结,对项目技术难点均做了详细的分析。为我国建筑结构设计师提供参考、总结经验、了解异同,参与全球化的建筑结构设计。 展开更多

关键词 一带一路 结构设计 土体应力泡 土体-基础及上部结构共同作用 承载力包络线 土体非线性 欧洲标准

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地震、列车竖向荷载共同作用下大跨桥梁的动力响应分析 被引量：5

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作者 郜新军 赵成刚 +1 位作者 郭院成 郭孝坤 《防灾减灾工程学报》 CSCD 北大核心 2015年第4期543-548,共6页

以地震、列车荷载共同作用下的大跨桥梁为研究对象,基于有限元分析软件,建立了地震波斜入射下包括地基土体在内的车-桥耦合动力数值分析模型。通过改变地震波的入射角度及车速,对桥梁的动力响应进行了计算分析。结果表明,地震波入射角... 以地震、列车荷载共同作用下的大跨桥梁为研究对象,基于有限元分析软件,建立了地震波斜入射下包括地基土体在内的车-桥耦合动力数值分析模型。通过改变地震波的入射角度及车速,对桥梁的动力响应进行了计算分析。结果表明,地震波入射角度对桥梁的动力响应有显著的影响,随着入射角度的增大,跨中竖向位移、速度都不断地增大;在地震作用下,列车速度对桥梁动力响应的影响相对较小,桥梁结构的动力响应并不总是随着列车运行速度的增加而增加,而是在某一速度达到最大;考虑土-结构动力相互作用(SSI)时,桥梁参考点处的竖向位移显著增大,而跨中弯矩有所减小。 展开更多

关键词 地震波斜入射 车-桥耦合 地基土体 动力分析 土-结构动力相互作用

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轨道动力学层状梁模型与算法中的几个问题

14

作者 雷晓燕 王海 尹学军 《铁道工程学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第11期23-28,63,共7页

研究目的:轨道结构层状梁模型由于模型简单,被广泛应用于轨道动力学及车辆-轨道耦合系统动力学分析中。简化的轨道结构层状梁模型能否反映半无限空间上实际轨道结构的变形规律和动态特性,运用轨道结构层状梁模型得到的车辆和轨道结构动... 研究目的:轨道结构层状梁模型由于模型简单,被广泛应用于轨道动力学及车辆-轨道耦合系统动力学分析中。简化的轨道结构层状梁模型能否反映半无限空间上实际轨道结构的变形规律和动态特性,运用轨道结构层状梁模型得到的车辆和轨道结构动力响应精度如何,这些问题还未见系统研究。本文通过建立车辆-轨道结构层状梁非线性耦合系统动力学模型,构建运用交叉迭代法分别独立求解车辆和轨道结构动力学方程的显示算法,对比分析轨道结构层状梁模型与轨道结构三维块体单元模型的计算结果,以及轨道结构层状梁模型与轨道结构半无限空间模型计算结果的差异,分析轨道结构层状梁模型在车辆-轨道耦合系统动力学分析中的适应性。同时,还对比分析交叉迭代法与传统的耦合方程算法在求解车辆-轨道耦合系统动力响应时的计算效率、计算精度和算法特点。研究结论:(1)采用层状梁轨道模型模拟轨道结构是可行的,计算结果具有良好的精度,能够满足工程问题的分析要求;(2)交叉迭代法相对于传统的耦合方程算法计算效率更高,精度更好,用时更省,程序设计更容易,不仅适用轮轨线性接触分析,而且适用轮轨非线性接触分析;(3)通过引入松弛因子对轮轨接触力进行修正,可加快交叉迭代算法的收敛速度;(4)验证了轨道结构层状梁模型的可行性和交叉迭代算法求解的优越性,可为高速铁路轨道动力学高效建模和精确分析提供参考。 展开更多

关键词 轨道结构层状梁模型 轨道结构三维模型 交叉迭代法 耦合方程算法 车辆-轨道非线性耦合系统

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