在三维结构分析问题中合适的离散-连续有限元法(续)(英文)

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作者 Alexander B. ZOLOTOV Pavel A. AKIMOV Vladimir N. SIDOROV 《北京建筑工程学院学报》 2009年第3期42-47,共6页

对结构分析中的离散-连续有限元法(DCFEM)进行了研究。给出了该方法的运算及变分公式。对于在一个方向物理及几何参数为常量的结构,其离散-连续设计模型是建立在所谓的离散-连续有限元的基础上的。研究了单元坐标的建立、结点未知量的... 对结构分析中的离散-连续有限元法(DCFEM)进行了研究。给出了该方法的运算及变分公式。对于在一个方向物理及几何参数为常量的结构,其离散-连续设计模型是建立在所谓的离散-连续有限元的基础上的。研究了单元坐标的建立、结点未知量的近似表达及单元结点荷载矢量的建立问题。单元的微分方程组是借助于离散-连续有限元特殊广义的块结构刚度矩阵来建立的。建立了局部坐标中的微分关系,形成了常微分方程组多点边值问题的提法,也给出了结构分析中多点边值问题的解析方法。这一方法的主要特点包括其普适性、算法的计算机适应性、计算的稳定性、最终方程组的条件优化特性、系数矩阵的部分Jordan分解特性、计算根矢量必要性的解除。给出了在离散-连续有限元法框架内具有单向约束的结构分析中特殊的迭代法。 展开更多

关键词 离散-连续有限元法 离散-连续设计模型 多点边值问题 单向约束

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在三维结构分析问题中合适的离散-连续有限元法(英文)

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作者 Alexander B.ZOLOTOV Pavel A.AKIMOV Vladimir N.SIDOROV 《北京建筑工程学院学报》 2009年第2期43-48,共6页

对结构分析中的离散-连续有限元法(DCFEM)进行了研究。给出了该方法的运算及变分公式。对于在一个方向物理及几何参数为常量的结构,其离散-连续设计模型是建立在所谓的离散-连续有限元的基础上的。研究了单元坐标的建立、结点未知量的... 对结构分析中的离散-连续有限元法(DCFEM)进行了研究。给出了该方法的运算及变分公式。对于在一个方向物理及几何参数为常量的结构,其离散-连续设计模型是建立在所谓的离散-连续有限元的基础上的。研究了单元坐标的建立、结点未知量的近似表达及单元结点荷载矢量的建立问题。单元的微分方程组是借助于离散-连续有限元特殊广义的块结构刚度矩阵来建立的。建立了局部坐标中的微分关系,形成了常微分方程组多点边值问题的提法,也给出了结构分析中多点边值问题的解析方法。这一方法的主要特点包括其普适性、算法的计算机适应性、计算的稳定性、最终方程组的条件优化特性、系数矩阵的部分Jordan分解特性、计算根矢量必要性的解除。给出了在离散-连续有限元法框架内具有单向约束的结构分析中特殊的迭代法。 展开更多

关键词 离散-连续有限元法 离散-连续设计模型 多点边值问题 单向约束

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基于OpenMP的二维有限元-离散元并行分析方法 被引量：8

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作者 严成增 郑宏 +1 位作者 孙冠华 葛修润 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第9期2717-2724,共8页

Munjiza提出的有限元-离散元耦合分析方法(FEDM)是分析岩石破裂过程的一种十分有效的方法。然而,为了克服网格依赖性,需要将岩体剖分成非常细小的三角形单元,且三角形单元之间不共用节点,导致问题的变量数目巨大,计算非常耗时。为了提... Munjiza提出的有限元-离散元耦合分析方法(FEDM)是分析岩石破裂过程的一种十分有效的方法。然而,为了克服网格依赖性,需要将岩体剖分成非常细小的三角形单元,且三角形单元之间不共用节点,导致问题的变量数目巨大,计算非常耗时。为了提高计算效率,基于OpenMP(open multi-processing)多核并行技术实现了有限元-离散元法的并行化,克服了并行化过程中存在的数据竞争,实现了并行程序的负载平衡。提出了一套将串行程序并行化的策略,即首先确定串行程序的热点区域,然后尽可能地将热点区域并行化,尽量使用私有变量来规避数据竞争;若各线程间仍存在数据竞争,可采用动态链表数据结构,先将数据存于动态链表中,最后在并行区域外,将存于各个动态链表中的数据进行合并,这样可以规避数据竞争,同时避免了使用临界区或锁,从而提高了程序的并行化效果。开发了并行版本FDEM程序,将所提出的方法用于大规模工程问题的求解,最后通过陡崖塌落的算例说明该方法的有效性。 展开更多

关键词 有限元-离散元法 并行计算 负载均衡

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水污染问题特征有限元方法的数值计算及理论分析 被引量：2

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作者 王焕 《应用数学》 CSCD 北大核心 2003年第2期42-49,共8页

本文研究了水污染二维对流占优数学模型特征有限元方法的计算问题 ,导出的计算格式对时间变量用特征线方法离散 ,对空间变量用Galerkin有限元方法离散 ,得到的H1 模和L2

关键词 水污染 特征有限元方法 数值计算 H^1-模误差估计 L^2-模误差估计 离散Galerkin引理 特征线法 GALERKIN有限元法

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随机轮轨力作用下基于2.5维离散支撑模型的轨道垂向振动分析 被引量：6

5

作者 朱志辉 王凡 +2 位作者 罗思慧 李奇 蒋丽忠 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期104-111,共8页

针对轨道随机不平顺引起的钢轨高频振动响应问题,建立2.5维有限元离散支撑轨道动力学实体模型。首先结合高速车辆模型建立耦合系统垂向振动模型,进而基于虚拟激励法得到由轨道不平顺引起的动态轮轨力功率谱;然后基于2.5维离散支撑轨道... 针对轨道随机不平顺引起的钢轨高频振动响应问题,建立2.5维有限元离散支撑轨道动力学实体模型。首先结合高速车辆模型建立耦合系统垂向振动模型,进而基于虚拟激励法得到由轨道不平顺引起的动态轮轨力功率谱;然后基于2.5维离散支撑轨道数值模型,将动态轮轨力功率谱作为激励,得到轨道系统的随机振动响应。通过与格林函数结果对比,验证了本文模型的正确性。结果表明:采用2.5维有限元法及荷载等效法可快速实现无限长离散支撑实体轨道模型全频域计算,可模型钢轨的横截面变形特征;以CRH3型高速动车为例,高于2800 Hz时轨道结构的横截面开始明显变形;低于50 Hz时四个轮对处的振动加速度功率谱密度差别显著;170~3000 Hz内垫板刚度对轨道结构振动加速度影响较大。 展开更多

关键词 离散支撑轨道 2.5维有限元法 随机振动 车辆-轨道耦合系统 虚拟激励法

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林用小型轮式移动平台轮胎尺寸参数对其行驶性能的影响

6

作者 姚黎阳 朱阅 +1 位作者 王亚宁 庞帅 《林业科学》 北大核心 2025年第2期180-189,共10页

【目的】提出南方林区不饱和红壤环境轮-壤耦合作用数值模型,基于该模型分析林用小型轮式移动平台轮胎尺寸参数对其行驶性能的影响,为具有高通过性能的林用小型轮式移动平台轮胎尺寸参数设计提供理论依据。【方法】以林用小型轮式移动... 【目的】提出南方林区不饱和红壤环境轮-壤耦合作用数值模型,基于该模型分析林用小型轮式移动平台轮胎尺寸参数对其行驶性能的影响,为具有高通过性能的林用小型轮式移动平台轮胎尺寸参数设计提供理论依据。【方法】以林用小型轮式移动平台车轮常用的橡胶轮胎为研究对象,通过单轴拉伸试验获得橡胶轮胎物理参数,使用有限元软件Abaqus准确建立轮胎模型;采集南方林区不饱和红壤,通过测量和三轴压缩试验获得不饱和红壤物理参数和力学特性,使用离散元软件PFC3D精确建立南方林区不饱和红壤模型。结合有限元和离散元法,创新性地提出南方林区不饱和红壤环境轮-壤耦合作用数值模型,解决单独采用有限元或离散元法分析轮胎与土壤交互作用存在的局限性问题。基于南方林区不饱和红壤环境轮-壤耦合作用数值模型,仿真分析轮胎直径(D=65、75、85 mm)、宽度(W=20、25、34 mm)和轮胎径宽比(D/W=2.2、2.6、3.0、3.4、3.8)对林用小型轮式移动平台挂钩牵引力和轮胎下陷量的影响。建立与仿真分析一致的轮-壤交互土槽试验,进一步验证南方林区不饱和红壤环境轮-壤耦合作用数值模型的有效性和轮胎尺寸参数对林用小型轮式移动平台行驶性能影响分析的准确性。【结果】1)挂钩牵引力随轮胎直径和宽度增加表现增大趋势;2)轮胎下陷量随轮胎直径和宽度增加表现减小趋势,但达到一定范围后,轮胎直径和宽度对下陷量影响变小;3)轮胎直径和宽度综合指标径宽比(D/W)对林用小型轮式移动平台挂钩牵引力和轮胎下陷量影响显著,其中相较仿真和试验数据而言,D/W=2.2时产生的挂钩牵引力最大、轮胎下陷量最小,行驶性能表现最优。【结论】本研究准确建立南方林区不饱和红壤环境轮-壤耦合作用数值模型,可用于分析轮胎尺寸参数对林用小型轮式移动平台行驶性能的影响,同时也可为林用小型轮式移动平台的设计、优化和通过性能研究提供科学依据。 展开更多

关键词 林用小型轮式移动平台 轮胎 有限元和离散元法 轮-壤交互作用 数值模拟 土槽试验 行驶性能

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基于FDEM-Flow研究地应力对水力压裂的影响 被引量：31

7

作者 严成增 郑宏 +1 位作者 孙冠华 葛修润 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第1期237-246,共10页

用提出的FDEM-Flow(考虑流固耦合的离散元-有限元耦合方法)方法作为工具,研究了地应力对水力压裂的影响。通过一个注水圆孔的算例,研究不同地应力状态对压裂裂隙的走向和形态的影响。研究结果表明,起裂压力的大小和压裂裂隙的方位均与... 用提出的FDEM-Flow(考虑流固耦合的离散元-有限元耦合方法)方法作为工具,研究了地应力对水力压裂的影响。通过一个注水圆孔的算例,研究不同地应力状态对压裂裂隙的走向和形态的影响。研究结果表明,起裂压力的大小和压裂裂隙的方位均与地应力有密切关系。在竖向地应力v?保持不变的情况下,且侧压力系数?>1时,随着?的增大,起裂压力和失稳压力均减小;?>1时且取值较小时,主要产生水平向的裂隙,并有斜向裂隙产生;?>1时且取值较大时,裂隙严格按照最大主压应力的方向扩展,不再出现斜向裂隙;?<1时,主要产生竖向的裂隙;?=1时,水平地应力和竖向地应力相等,裂隙的扩展不存在优势方向。不同侧压力系数条件下,裂隙的扩展方向与最大主应力的方向一致,水力压裂裂隙的起裂和扩展主要由最大主拉应力控制,裂隙在拉应力集中的区域起裂。这些结果与已有的试验及理论认识是相符的,进一步验证了FDEM-Flow方法用于模拟水力压裂问题的有效性。 展开更多

关键词 有限元-离散元法 FDEM-Flow 水力压裂 地应力

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基于局部单元劈裂的FEM/DEM自适应分析方法 被引量：16

8

作者 严成增 孙冠华 +1 位作者 郑宏 葛修润 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第7期2064-2070,共7页

为了模拟岩体中裂纹的萌生、扩展,Munjiza提出了有限元法/离散元法(FEM/DEM)耦合分析方法。因为裂纹是沿单元边界进行扩展的,亦即裂纹扩展具有网格依赖性,为获得较好的裂纹扩展形态,需要划分密集的初始网格。为解决上述难题,基于FEM/DE... 为了模拟岩体中裂纹的萌生、扩展,Munjiza提出了有限元法/离散元法(FEM/DEM)耦合分析方法。因为裂纹是沿单元边界进行扩展的,亦即裂纹扩展具有网格依赖性,为获得较好的裂纹扩展形态,需要划分密集的初始网格。为解决上述难题,基于FEM/DEM耦合分析方法,提出了基于局部单元动态劈裂的FEM/DEM自适应分析方法,以克服裂纹扩展形态对网格的依赖性。该方法在最初建模时无需划分很密的初始网格,随着荷载的施加,对裂纹尖端附近的局部单元进行动态劈裂,为裂纹的后续扩展提供了更多可能的扩展方向,使得裂纹扩展不必沿着初始网格的单元边界扩展,即可以沿着单元内部进行扩展,裂纹扩展形态更为平滑,与实际情况更为接近。同时相对原FEM/DEM耦合分析方法一开始就划分很密的网格而言,新方法可以划分较为稀疏的初始网格,计算成本降低。最后,通过巴西劈裂算例与原FEM/DEM耦合分析方法对比,分析表明,新方法在一定程度上克服了裂纹扩展形态对初始网格的依赖性。 展开更多

关键词 有限元法 离散元法(FEM DEM) 单元劈裂法 自适应技术 裂纹扩展

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多级水力压裂应力阴影效应的数值分析 被引量：1

9

作者 宋进鑫 郁航 +2 位作者 王雅亭 陈佳亮 鞠杨 《矿业科学学报》 CSCD 北大核心 2024年第3期475-482,共8页

多级水力压裂作为储层改造的主要技术手段,广泛用于提高致密油气藏的气体产量。裂缝在扩展过程中的应力阴影效应对于有效连通储层的天然裂缝并形成有利于油、气体流动的复杂裂缝网络至关重要。本研究采用了自适应的有限元-离散元方法,... 多级水力压裂作为储层改造的主要技术手段,广泛用于提高致密油气藏的气体产量。裂缝在扩展过程中的应力阴影效应对于有效连通储层的天然裂缝并形成有利于油、气体流动的复杂裂缝网络至关重要。本研究采用了自适应的有限元-离散元方法,通过改进网格自动细化和识别多个裂缝扩展模拟含天然裂缝储层的多级水力压裂。数值模型中考虑了水力裂缝、天然裂缝和微观孔隙结构的相互作用,整合了非线性的Carter滤失模型来描述多级压裂过程中压裂液的滤失效应。引入了理想平行板流的支撑剂运输方程,并采用了达西定律来分析裂缝网络中的流体渗透效应。通过比较无裂缝均质模型和天然裂缝模型的裂缝网络和流体流动,评估了天然裂缝对多级压裂裂缝行为和气体产量的影响。研究为确定和优化致密气藏中压裂簇间距提供了一种新的方法。 展开更多

关键词 自适应有限元-离散元法 应力阴影效应 流体力学耦合 压裂液滤失效应

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基于统一标定的势接触力计算 被引量：7

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作者 严成增 郑宏 葛修润 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第1期249-256,共8页

传统的离散元类数值方法存在处理角-角接触时接触力方向不确定、三维情形时接触计算极其复杂等问题。Munjiza提出的基于势的接触力计算方法很好地解决了这一问题,但同时存在势的物理意义不明确,计算出的接触力与物理直观不符、相同嵌入... 传统的离散元类数值方法存在处理角-角接触时接触力方向不确定、三维情形时接触计算极其复杂等问题。Munjiza提出的基于势的接触力计算方法很好地解决了这一问题,但同时存在势的物理意义不明确,计算出的接触力与物理直观不符、相同嵌入量计算的接触力大小不一致等问题。在已有研究的基础上,提出了一种基于统一标定的势接触力计算方法,该方法重新定义了势函数,即三角形单元内一点的势与该点到3条边的最短距离成正比。采用这种势函数定义可以对嵌入量进行统一表征。在相同的嵌入量下,计算的接触力大小是一致的,同时保留基于势的接触力计算方法所有优点。新定义的势函数,解决了原有势函数所存在的重大缺陷,只要重叠区域不变,计算的总接触力是不变的,接触力计算具有局部特性,而与划分的三角形单元的整体形状和大小无关,即新的接触力计算方法,具有更好的网格鲁棒性。该方法使得基于势的接触力计算方法建立在坚实的物理基础之上,意义重大。 展开更多

关键词 有限元-离散元法 势接触力 统一标定 离散元

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非线性转子系统周期响应的分析

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作者 王立国 胡超 黄文虎 《力学与实践》 CSCD 北大核心 2001年第6期16-18,共3页

基于时域的时间有限元法，将描述转子系统动力学特征的非线性微分方程组离散成一组非线性代数方程，然后应用吴消去法的特征列思想对所得到的非线性代数方程组进行降维求解，进而得到待求节点位移响应的解析解形式，并据此对一具有非线... 基于时域的时间有限元法，将描述转子系统动力学特征的非线性微分方程组离散成一组非线性代数方程，然后应用吴消去法的特征列思想对所得到的非线性代数方程组进行降维求解，进而得到待求节点位移响应的解析解形式，并据此对一具有非线性支撑的柔性Ｊｅｆｆｃｏｔｔ转子模型响应的性质进行了分析． 展开更多

关键词 转子-轴承系统 时间有限元法 吴消去法 周期响应 非线性微分方程组 降维 节点位移响应 离散 非线性代数方程组

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