传统有限元法对大坝-不规则地基-库水系统进行建模时存在一定的局限性。基于ABAQUS二次开发接口,实现了比例边界有限元方法(scaled boundary finite element method,SBFEM)与八叉树网格的结合,建立了一种考虑真实地形的高拱坝-不规则地...传统有限元法对大坝-不规则地基-库水系统进行建模时存在一定的局限性。基于ABAQUS二次开发接口,实现了比例边界有限元方法(scaled boundary finite element method,SBFEM)与八叉树网格的结合,建立了一种考虑真实地形的高拱坝-不规则地基-库水系统自动建模方法。利用构建的八叉树比例边界有限元法对某重力坝地震响应进行了数值验证。随后对NG5拱坝系统分别基于平整地基和不规则地基进行线弹性和非线性动力响应分析。结果表明:在地震作用下,相较于简化的平整地基拱坝系统,不规则地基拱坝系统坝顶与坝底横河向相对位移以及第一主应力峰值变化较大,分别增加了73.5%和103.6%;考虑拱坝横缝以及材料非线性的情况下,坝顶与坝底横河向相对位移以及顺河向相对位移和相对速度分别增加了43.9%、32.0%和56.6%,同时边缝的法向开度增加尤为显著,增加了388.9%和381.8%,开度峰值增加了105%,在应力和损伤方面,第一主应力峰值增加了81.6%,损伤较大的区域也沿着坝体底部进行了扩展。展开更多
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
应力强度因子是预测荷载作用下结构中裂纹产生和扩展的重要参数。半解析的比例边界有限元法结合了有限元和边界元法的优势,在裂纹尖端或存在奇异应力的区域不需要局部网格细化,可以直接提取应力强度因子。在比例边界有限元法计算应力强...应力强度因子是预测荷载作用下结构中裂纹产生和扩展的重要参数。半解析的比例边界有限元法结合了有限元和边界元法的优势,在裂纹尖端或存在奇异应力的区域不需要局部网格细化,可以直接提取应力强度因子。在比例边界有限元法计算应力强度因子的框架下,引入随机参数进行蒙特卡罗模拟(Monte Carlo simulation, MCS),并提出一种新颖的基于MCS的不确定量化分析。与直接的MCS不同,采用奇异值分解构造低阶的子空间,降低系统的自由度,并使用径向基函数对子空间进行近似,通过子空间的线性组合获得新的结构响应,实现基于MCS的快速不确定量化分析。考虑不同荷载状况下,结构形状参数和材料属性参数对应力强度因子的影响,使用改进的MCS计算应力强度因子的统计特征,量化不确定参数对结构的影响。最后通过若干算例验证了该算法的准确性和有效性。展开更多
文摘传统有限元法对大坝-不规则地基-库水系统进行建模时存在一定的局限性。基于ABAQUS二次开发接口,实现了比例边界有限元方法(scaled boundary finite element method,SBFEM)与八叉树网格的结合,建立了一种考虑真实地形的高拱坝-不规则地基-库水系统自动建模方法。利用构建的八叉树比例边界有限元法对某重力坝地震响应进行了数值验证。随后对NG5拱坝系统分别基于平整地基和不规则地基进行线弹性和非线性动力响应分析。结果表明:在地震作用下,相较于简化的平整地基拱坝系统,不规则地基拱坝系统坝顶与坝底横河向相对位移以及第一主应力峰值变化较大,分别增加了73.5%和103.6%;考虑拱坝横缝以及材料非线性的情况下,坝顶与坝底横河向相对位移以及顺河向相对位移和相对速度分别增加了43.9%、32.0%和56.6%,同时边缝的法向开度增加尤为显著,增加了388.9%和381.8%,开度峰值增加了105%,在应力和损伤方面,第一主应力峰值增加了81.6%,损伤较大的区域也沿着坝体底部进行了扩展。
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.
文摘应力强度因子是预测荷载作用下结构中裂纹产生和扩展的重要参数。半解析的比例边界有限元法结合了有限元和边界元法的优势,在裂纹尖端或存在奇异应力的区域不需要局部网格细化,可以直接提取应力强度因子。在比例边界有限元法计算应力强度因子的框架下,引入随机参数进行蒙特卡罗模拟(Monte Carlo simulation, MCS),并提出一种新颖的基于MCS的不确定量化分析。与直接的MCS不同,采用奇异值分解构造低阶的子空间,降低系统的自由度,并使用径向基函数对子空间进行近似,通过子空间的线性组合获得新的结构响应,实现基于MCS的快速不确定量化分析。考虑不同荷载状况下,结构形状参数和材料属性参数对应力强度因子的影响,使用改进的MCS计算应力强度因子的统计特征,量化不确定参数对结构的影响。最后通过若干算例验证了该算法的准确性和有效性。
