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Nonlinear finite element analysis of effect of seismic waves on dynamic response of Shiziping dam 被引量:7
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作者 DING Xuan-ming LIU Han-long +1 位作者 YU Tao KONG Gang-qiang 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2013年第8期2323-2332,共10页
Many high earth-rockfill dams are constructed in the west of China. The seismic intensity at the dam site is usually very high, thus it is of great importance to ensure the safety of the dam in meizoseismal area. A 3D... Many high earth-rockfill dams are constructed in the west of China. The seismic intensity at the dam site is usually very high, thus it is of great importance to ensure the safety of the dam in meizoseismal area. A 3D FEM model is established to analyze the seismic responses of Shiziping earth-rockfill dam. The nonlinear elastic Duncan-Chang constitutive model and the equivalent viscoelastic constitutive model are used to simulate the static and dynamic stress strain relationships of the dam materials, respectively. Four groups of seismic waves are inputted from the top of the bedrock to analyze the dynamic responses of the dam. The numerical results show that the calculated dynamic magnification factors display a good consistency with the specification values. The site spectrum results in larger acceleration response than the specification spectrum. The analysis of relative dynamic displacement indicates that the displacement at the downstream side of the dam is larger than that at the upstream side. The displacement response reduces from the center of river valley to two banks. The displacement responses corresponding to the specification spectrum are a little smaller than those corresponding to the site spectrum. The analysis of shear stress indicates that a large shear stress area appears in the upstream overburden layer, where the shear stress caused by site waves is larger than that caused by specification waves. The analysis of dynamic principal stress indicates that the minimum dynamic stresses in corridor caused by specification and site waves have little difference. The maximum and minimum dynamic stresses are relatively large at two sides. The largest tensile stress occurs at two sides of the floor of grouting corridor, which may result in the crack near the corridor side. The numerical results present good consistency with the observation data of the grouting corridor in Wenchuan earthquake. 展开更多
关键词 finite element method earth-rockfill dam dynamic response acceleration response seismic wave
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Simulation of isothermal precision extrusion of NiTi shape memory alloy pipe coupling by combining finite element method with cellular automaton 被引量:3
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作者 ZHANG Yan-qiu JIANG Shu-yong +1 位作者 ZHAO Ya-nan ZHU Xiao-ming 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2017年第3期506-514,共9页
In order to present the microstructures of dynamic recrystallization(DRX) in different deformation zones of hot extruded NiTi shape memory alloy(SMA) pipe coupling,a simulation approach combining finite element method... In order to present the microstructures of dynamic recrystallization(DRX) in different deformation zones of hot extruded NiTi shape memory alloy(SMA) pipe coupling,a simulation approach combining finite element method(FEM) with cellular automaton(CA) was developed and the relationship between the macroscopic field variables and the microscopic internal variables was established.The results show that there exists a great distinction among the microstructures in different zones of pipe coupling because deformation histories of these regions are diverse.Large plastic deformation may result in fine recrystallized grains,whereas the recrystallized grains may grow very substantially if there is a rigid translation during the deformation,even if the final plastic strain is very large.As a consequence,the deformation history has a significant influence on the evolution path of the DRX as well as the final microstructures of the DRX,including the morphology,the mean grain size and the recrystallization fraction. 展开更多
关键词 shape memory alloy dynamic recrystallization cellular automaton finite element method EXTRUSION
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基于SPH-DEM-FEM方法的高位滑坡冲击框架建筑群损毁机制研究
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作者 樊晓一 邓鑫 +3 位作者 刘欢 夏贵平 宋嘉麒 杨居颐 《振动与冲击》 北大核心 2025年第15期235-248,288,共15页
高位滑坡对建筑集群的冲击破坏时常导致严重的人员伤亡,基于光滑粒子流体动力学-离散元法-有限元法(smoothed particle hydrodynamics-discrete element method-finite element method,SPH-DEM-FEM)耦合的数值模型,开展了高位滑坡对框... 高位滑坡对建筑集群的冲击破坏时常导致严重的人员伤亡,基于光滑粒子流体动力学-离散元法-有限元法(smoothed particle hydrodynamics-discrete element method-finite element method,SPH-DEM-FEM)耦合的数值模型,开展了高位滑坡对框架结构建筑群的冲击过程、建筑结构破坏机理、冲击力时程与框架柱关键点应力和弯矩等动力机制研究。研究结果表明:SPH-DEM-FEM耦合数值方法能够有效地模拟碎石土滑坡中土(SPH)石(DEM)混合物的抛射弹跳、爬高绕流冲击运动过程。考虑了常规建筑垂直、平行于滑坡流向的三排建筑组合布局,位于滑坡近端的纵向排列建筑表现为连续性倾倒破坏,横向排列的建筑则呈现整体倾倒破坏;因前排建筑群对滑坡冲击能量的耗散及滑坡自身摩擦耗能,位于滑坡后端建筑表现为引流面墙体和前排柱发生局部破坏,结构保持稳定,损毁程度依次为上游无建筑缓冲耗能的建筑>有横向排列的建筑>有纵向排列的建筑;纵向、横向排列的建筑冲击力衰减幅度分别31%、21%。横向框架建筑整体倾倒的损毁机制表现为框架柱的直接剪断或节点塑形铰链失效;纵向框架建筑连续性倾倒的损毁机制表现为前排框架柱的失效引起后排框架柱轴向压力和极限弯矩增加,持续冲击荷载超过其极限弯矩致使后排框架柱发生弯曲破坏,最终结构倾倒。系统能量在动能、内能和摩擦耗能间转化,其中摩擦耗能占65.5%,结构耗能占23.6%,动能快速下降与内能急剧增加是建筑破坏的关键特征。 展开更多
关键词 光滑粒子流体动力学-离散元法-有限元法-(SPH-DEM-fem) 高位滑坡 框架结构建筑群 损毁机制 动力机制
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Determination of penetration depth at high velocity impact using finite element method and artificial neural network tools 被引量:4
4
作者 Nam?k KILI? Blent EKICI Selim HARTOMACIOG LU 《Defence Technology(防务技术)》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第2期110-122,共13页
Determination of ballistic performance of an armor solution is a complicated task and evolved significantly with the application of finite element methods(FEM) in this research field.The traditional armor design studi... Determination of ballistic performance of an armor solution is a complicated task and evolved significantly with the application of finite element methods(FEM) in this research field.The traditional armor design studies performed with FEM requires sophisticated procedures and intensive computational effort,therefore simpler and accurate numerical approaches are always worthwhile to decrease armor development time.This study aims to apply a hybrid method using FEM simulation and artificial neural network(ANN) analysis to approximate ballistic limit thickness for armor steels.To achieve this objective,a predictive model based on the artificial neural networks is developed to determine ballistic resistance of high hardness armor steels against 7.62 mm armor piercing ammunition.In this methodology,the FEM simulations are used to create training cases for Multilayer Perceptron(MLP) three layer networks.In order to validate FE simulation methodology,ballistic shot tests on 20 mm thickness target were performed according to standard Stanag 4569.Afterwards,the successfully trained ANN(s) is used to predict the ballistic limit thickness of 500 HB high hardness steel armor.Results show that even with limited number of data,FEM-ANN approach can be used to predict ballistic penetration depth with adequate accuracy. 展开更多
关键词 人工神经网络 有限元法 穿透深度 性能测定 高速冲击 有限元模拟 fem模拟 工具
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基于CFD-FEM耦合方法的冰柱碰撞响应研究
5
作者 宋英龙 杨博睿 +3 位作者 赵禹 杨碧野 郑瑜娜 张桂勇 《振动与冲击》 北大核心 2025年第15期67-74,共8页
碰撞冰载荷是影响极地海洋结构物作业安全的重要因素。基于CFD(computational fluid dynamics)软件STAR-CCM+和FEM软件Abaqus协同仿真,构建了计算结构物-浮冰-水相互作用的数值模型,开展了圆柱形结构物与方形浮冰的碰撞响应研究并分析... 碰撞冰载荷是影响极地海洋结构物作业安全的重要因素。基于CFD(computational fluid dynamics)软件STAR-CCM+和FEM软件Abaqus协同仿真,构建了计算结构物-浮冰-水相互作用的数值模型,开展了圆柱形结构物与方形浮冰的碰撞响应研究并分析了不同因素对碰撞响应的影响。进一步从能量转换的角度,提出了一种考虑浮冰初始旋转的碰撞力修正模型。分析了碰撞前、碰撞中和碰撞后阶段对碰撞力峰值的影响,实现了对带有初始旋转的浮冰碰撞载荷的快速估算。研究发现,碰撞前浮冰速度衰减、碰撞持续时间和碰撞后浮冰的转动对碰撞力均有较大影响,碰撞力随浮冰旋转角度增大呈现出先增大后减小的变化趋势。 展开更多
关键词 CFD-fem耦合 协同仿真 浮冰 结构物 碰撞响应
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Three Dimension Rigid-plastic Finite Element Simulation for Two-Roll Cross-wedge Rolling Process 被引量:7
6
作者 FANG Gang, LEI Li-ping, ZENG Pan (Dept. of Mechanical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China) 《厦门大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2002年第S1期165-,共1页
Cross-wedge rolling (CWR) is a metal process of ro ta ry forming. To produce a part, one cylindrical billet should be placed between t wo counterrotating and wedge-shape dies, which move tangentially relative each oth... Cross-wedge rolling (CWR) is a metal process of ro ta ry forming. To produce a part, one cylindrical billet should be placed between t wo counterrotating and wedge-shape dies, which move tangentially relative each other. The billet suffers plastic deformation (essentially, localized compressio n) during its rotation between the rotating dies. Compared to other numerical si mulation methods, the finite element method (FEM) has advantages in solving gene ral problems with complex shapes of the formed parts. In cross-wedge rolling, t here are four stages in the workpiece deformation process, namely knifing, guidi ng, stretching and sizing stage. It is time-consuming and expensive to design t he CWR process by trial and error method. The application of numerical simul ation for the CWR process will help engineers to efficiently improve the process development. Tselikov, Hayama, Jain and Kobayashi, and Higashimo applied the sl ip-line theory in study of CWR process analysis. Zb.pater studied CWR process i ncluding upsetting by upper-bound method. The above numerical simulation were b ased on the two-dimensional plain-strain assumption ignored the metal flow in workpiece axial direction. Therefore, the complex three-dimensional stress and deformation involved in CWR processes were not presented. Compared to other nume rical simulation methods, the finite element method (FEM) has advantages in solv ing general problems with complex shapes of the formed parts. As yet, a few 3-D finite element simulation studies on CWR process have been reported in literatu res. In this paper, the process of cross wedge rolling (CWR) has been simulated and analyzed by 3D rigid-plastic finite element method. Considering the charact eristic of CWR, the static implicit FEM program is selected. The models proposed in this study uses the commercial code DEFORM 3D to simulate the CWR process. T his is an implicit Lagrangian finite element code, which includes many new enhan cements functions. A new method of utilizing multiple processors using the MPI s tandard has been implemented. Automatic switching between the two different defo rmation solvers (Sparse Solver and Conjugate Gradient Solver) has also been impl emented in order to increase the speed of simulations. In this paper, all stages in CWR process are simulated to be able to closely understand and analyze the a ctual CWR process. For simulating all forming stages in CWR process, the dynam ic adaptive remeshing technology for tetrahedral solid elements was applied. T he stress distributions in cross section of forming workpiece are analyzed to in terpret fracture or rarefaction in the center of workpiece. Authors also analyze d the time-torque curve and the laws of load changing. 展开更多
关键词 cross wedge rolling (CWR) plastic forming finit e element method (fem)
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Numerical simulation of tire/soil interaction using a verified 3D finite element model 被引量:6
7
作者 Namjoo Moslem Golbakhshi Hossein 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2014年第2期817-821,共5页
The compaction and stress generation on terrain were always investigated based on empirical approaches or testing methods for tire/soil interaction.However,the analysis should be performed for various tires and at dif... The compaction and stress generation on terrain were always investigated based on empirical approaches or testing methods for tire/soil interaction.However,the analysis should be performed for various tires and at different soil strengths.With the increasing capacity of numerical computers and simulation software,finite element modeling of tire/terrain interaction seems a good approach for predicting the effect of change on the parameters.In this work,an elaborated 3D model fully complianning with the geometry of radial tire 115/60R13 was established,using commercial code Solidwork Simulation.The hyper-elastic and incompressible rubber as tire main material was analyzed by Moony-Rivlin model.The Drucker-Prager yield criterion was used to model the soil compaction.Results show that the model realistically predicts the laboratory tests outputs of the modeled tire on the soft soil. 展开更多
关键词 tire/soil interaction finite element methodfem soil compaction stress distribution inflation pressure
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FEM modeling for 3D dynamic analysis of deep-ocean mining pipeline and its experimental verification 被引量:6
8
作者 王刚 刘少军 李力 《Journal of Central South University of Technology》 EI 2007年第6期808-813,共6页
3D dynamic analysis models of 1000 m deep-ocean mining pipeline, including steel lift pipe, pump, buffer and flexible hose, were established by finite element method (FEM). The coupling effect of steel lift pipe and f... 3D dynamic analysis models of 1000 m deep-ocean mining pipeline, including steel lift pipe, pump, buffer and flexible hose, were established by finite element method (FEM). The coupling effect of steel lift pipe and flexible hose, and main external loads of pipeline were considered in the models, such as gravity, buoyancy, hydrodynamic forces, internal and external fluid pressures, concentrated suspension buoyancy on the flexible hose, torsional moment and axial force induced by pump working. Some relevant FEM models and solution techniques were developed, according to various 3D transient behaviors of integrated deep-ocean mining pipeline, including towing motions of track-keeping operation and launch process of pipeline. Meanwhile, an experimental verification system in towing water tank that had similar characteristics of designed mining pipeline was developed to verify the accuracy of the FEM models and dynamic simulation. The experiment results show that the experimental records and simulation results of stress of pipe are coincided. Based on the further simulations of 1 000 m deep-ocean mining pipeline, the simulation results show that, to form configuration of a saddle shape, the total concentrated suspension buoyancy of flexible hose should be 95%?105% of the gravity of flexible hose in water, the first suspension point occupies 1/3 of the total buoyancy, and the second suspension point occupies 2/3 of the total buoyancy. When towing velocity of mining system is less than 0.5 m/s, the towing track of buffer is coincided with the setting route of ship on the whole and the configuration of flexible hose is also kept well. 展开更多
关键词 deep-ocean mining pipeline modeling dynamic analysis finite element method
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基于FEM-MEI和正余弦算法的二维电磁成像方法
9
作者 贾瀚钦 高红伟 +1 位作者 郝凯子 贾祖朋 《南京邮电大学学报(自然科学版)》 北大核心 2024年第4期68-76,共9页
针对二维介质目标的电磁成像问题,将正余弦算法(Sine Cosine Algorithm,SCA)与有限元方法(Finite Element Method,FEM)和不变性测试方程(Measured Equation of Invariance,MEI)进行结合提出一种新的成像方法。将FEM与MEI进行结合求解二... 针对二维介质目标的电磁成像问题,将正余弦算法(Sine Cosine Algorithm,SCA)与有限元方法(Finite Element Method,FEM)和不变性测试方程(Measured Equation of Invariance,MEI)进行结合提出一种新的成像方法。将FEM与MEI进行结合求解二维介质目标的电磁散射正问题,即求解Helmholtz方程。其中,MEI保证边界截断的精度,FEM适用于复杂介质目标的准确模拟。对于电磁散射逆问题,引入SCA并加以改进提出一种新的重构方法。该方法采用等效原理与格林函数的渐近式求得远区散射场,以测量的散射场和计算的散射场最大偏差为目标函数,采用改进的SCA优化介质参数,使目标函数达到最小值,以此重构散射体。为提高计算效率,采用MPI算法进行并行计算。文中采用基准函数展示了改进的SCA算法的快速收敛性,并采用非规则的均匀介质柱目标验证了成像方法的正确性。 展开更多
关键词 正余弦算法 有限元方法 MEI方法 电磁散射 二维成像
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荸荠冲击损伤有限元仿真分析及试验 被引量:2
10
作者 张国忠 李子涵 +4 位作者 刘婉茹 张清洪 陈立明 裴蕾 刘浩蓬 《农业工程学报》 北大核心 2025年第4期40-49,共10页
荸荠机械采收及采后加工过程中常面临采收机械与荸荠间冲击而产生碰撞损伤等问题,为此采用Ansys软件开展荸荠冲击损伤的有限元仿真分析,以期获取提高荸荠机械采收与采后处理质量的途径与方法。根据试验测量荸荠本征参数,以线性弹塑性和... 荸荠机械采收及采后加工过程中常面临采收机械与荸荠间冲击而产生碰撞损伤等问题,为此采用Ansys软件开展荸荠冲击损伤的有限元仿真分析,以期获取提高荸荠机械采收与采后处理质量的途径与方法。根据试验测量荸荠本征参数,以线性弹塑性和主应变失效耦合模型建立荸荠材料模型,通过跌落试验标定并验证了模型参数,开展三因素三水平全因子杆条碰撞仿真试验探究跌落高度、碰撞接触面直径、碰撞材料对荸荠损伤的影响,并以考虑淤伤软化和破裂的损伤易感性评价标准建立了损伤易感性经验公式。测量得到荸荠果肉弹性模量、屈服强度、切线模量分别为7.916、0.586、4.554 MPa,主应变失效值为0.098,以失效网格体积和超过0.60 MPa应力区间体积对其冲击损伤分布进行模拟,淤伤体积、破裂体积及耗散能量与试验相对误差分别为7.18%、8.98%、6.62%,表明模型可用于描述荸荠在冲击载荷下的力学特性、破裂现象和能量耗散;杆条冲击试验结果表明,荸荠跌落高度与损伤易感性呈现线性增加关系,碰撞接触材料弹性模量对其损伤有显著影响,接触直径对损伤影响与接触材料有关,与结构钢碰撞时,损伤随直径增加出现先增大后减小现象,与PVC和橡胶碰撞时,损伤随接触直径增大而减小。研究结果可为荸荠机械化收获质量和采后处理技术与装备研究提供参考。 展开更多
关键词 荸荠 机械损伤 损伤模型 有限元 杆条
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高速列车作用下40 m和32 m简支箱梁动力性能研究 被引量:2
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作者 罗锟 王凯新 +1 位作者 甄慧杰 帅蔚晨 《桥梁建设》 北大核心 2025年第1期49-55,共7页
为研究不同跨度高速铁路简支箱梁在列车作用下的动力性能,以郑济高铁40 m简支箱梁和京沪高铁32 m简支箱梁为背景,研究40 m和32 m简支箱梁共振条件;采用多体动力学和有限元相结合的方法建立车-轨-桥耦合振动模型,对比分析列车以不同运行... 为研究不同跨度高速铁路简支箱梁在列车作用下的动力性能,以郑济高铁40 m简支箱梁和京沪高铁32 m简支箱梁为背景,研究40 m和32 m简支箱梁共振条件;采用多体动力学和有限元相结合的方法建立车-轨-桥耦合振动模型,对比分析列车以不同运行速度通过40 m和32 m简支箱梁时的动力系数、竖向和横向加速度、竖向位移等振动响应。结果表明:40 m和32 m简支箱梁的共振速度分别为428.5 km/h和517.8 km/h,在我国目前高速铁路的列车运行速度下,箱梁不会发生一阶共振响应,但会出现二阶与三阶超谐共振以及三阶消振现象;2种箱梁的挠度动力系数均小于运营动力系数,且挠度动力系数与列车运行速度成正相关;在相同工况下,40 m简支箱梁上的竖向振动和跨中竖向位移幅值大于32 m简支箱梁,但横向振动更小;在不产生共振消振情况下,列车通过速度越快,箱梁竖向位移越大,但由于2种箱梁的截面尺寸、跨径不同,使得2种箱梁的挠跨比差值很小。在现有列车运行速度条件下,可推广使用40 m简支箱梁。 展开更多
关键词 铁路桥 简支箱梁 列车运行速度 共振 动力系数 加速度 位移 有限元法
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二次内爆作用下钢筋混凝土结构累积毁伤研究
12
作者 邓鹏 杨文汐 +3 位作者 胡世君 张舵 张超 陈仁朋 《湖南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期119-128,共10页
钢筋混凝土结构是常见的建筑结构形式,其内部爆炸的毁伤效应研究具有十分重要的现实意义.本研究通过与试验数据对比,验证了钢筋混凝土结构有限元建模方法的准确性.基于此方法,建立了2/3缩比的钢筋混凝土剪力墙结构有限元模型,分析不同... 钢筋混凝土结构是常见的建筑结构形式,其内部爆炸的毁伤效应研究具有十分重要的现实意义.本研究通过与试验数据对比,验证了钢筋混凝土结构有限元建模方法的准确性.基于此方法,建立了2/3缩比的钢筋混凝土剪力墙结构有限元模型,分析不同房间单独爆炸作用下顶板和剪力墙构件的破坏模式和动力响应,以及两个房间连续爆炸后的累积毁伤发展规律.研究表明:采用1 kg TNT单独爆炸时,毁伤主要发生在沿顶板的塑性铰线方向和墙板构件的连接支座处,顶板的破坏程度、位移和加速度响应均显著高于剪力墙,房间二和房间三顶板中心峰值位移分别达到41.5 mm和63.1 mm,残余位移分别为32.2 mm和46.1mm;两个房间连续爆炸工况下,对于强度较低、初始毁伤较大的板构件,二次连续内爆作用下的累积毁伤明显高于单独爆炸的毁伤线性叠加,房间二和房间三的顶板中心峰值位移分别高出133.6%和24.9%,残余位移分别高出144.6%和29.4%,因此必须考虑累积毁伤效应;但是,对于强度较高、初始毁伤较弱的墙构件,二次连续爆炸作用下的累积毁伤略微高于单独爆炸的毁伤线性叠加,可认为二者近似相等,此情况下可不考虑累积毁伤效应的影响. 展开更多
关键词 钢筋混凝土 有限元法 连续爆炸 累积毁伤 动态响应
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基于Pasternak地基模型的H(t)-T受荷桩受力变形分析
13
作者 江杰 陈丽君 +3 位作者 柴文成 艾永林 欧孝夺 龚健 《上海交通大学学报》 北大核心 2025年第1期60-69,共10页
水平动荷载H(t)与扭矩T联合作用下的桩基受力变形较为复杂.为了更加准确地分析H(t)-T联合受荷桩的内力与位移,基于Pasternak地基模型考虑桩侧土体剪切效应;引入H(t)-T耦合因子,揭示多向荷载对桩身响应的影响机理;继而利用虚功原理推导... 水平动荷载H(t)与扭矩T联合作用下的桩基受力变形较为复杂.为了更加准确地分析H(t)-T联合受荷桩的内力与位移,基于Pasternak地基模型考虑桩侧土体剪切效应;引入H(t)-T耦合因子,揭示多向荷载对桩身响应的影响机理;继而利用虚功原理推导桩身单元综合刚度矩阵;最后采用改进的有限杆单元法获得H(t)-T联合受荷桩内力与位移数值解;并与已有理论解和有限元模拟结果进行对比验证.参数分析表明:土体剪切效应可约束桩身水平位移,但对扭转变形影响较小;水平动荷载增强了桩身抗扭承载力,水平动荷载幅值从0.2Q_(u)增大到1.0Q_(u)时,桩顶扭转角减小了22.6%;增大动荷载无量纲频率会减小桩顶位移和桩身最大弯矩,外荷载动力效应随桩埋深增加而减弱;杆单元模型减少了单元划分数量和计算时间,可有效提高计算效率. 展开更多
关键词 Pasternak地基模型 联合受荷桩 有限单元法 水平动荷载 扭矩
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高速铁路单洞双线盾构隧道的振动和传播规律分析
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作者 肖明清 薛光桥 +3 位作者 何应道 徐晨 徐巍 王春晖 《铁道标准设计》 北大核心 2025年第5期1-8,42,共9页
针对高速铁路单洞双线盾构隧道的振动传播问题,建立轨道-隧道-场地的2.5维有限元-基本解耦合模型,采用有限元模拟轨道与盾构隧道结构,结合弹性空间格林函数表征围岩介质。通过计算移动轮轨力作用下的动力响应,结合弹性波理论分析振动传... 针对高速铁路单洞双线盾构隧道的振动传播问题,建立轨道-隧道-场地的2.5维有限元-基本解耦合模型,采用有限元模拟轨道与盾构隧道结构,结合弹性空间格林函数表征围岩介质。通过计算移动轮轨力作用下的动力响应,结合弹性波理论分析振动传播规律。结果表明:隧道上方场地的竖向振动由顶部纵波主导,两侧竖向振动由横波控制;当土层波阻抗从隧道围岩向地表递减时,隧道顶部扩散的柱面纵波经土层界面后趋近平面波特性,侧方横波经界面透射后竖向位移分量显著降低。单洞双线隧道振动分布呈现显著频率相关性:低频振动(0~20 Hz)在隧道正上方地表响应最大,高频振动(40~80 Hz)在偏离隧道中心线一定距离处达到峰值。隧道结构对20 Hz以上振动产生遮挡效应,导致下方围岩振动向上绕射衰减。地表竖向位移分布由频率相关的隧道辐射模式控制,分层土中的波阻抗变化使纵波成为地表振动主导成分。研究揭示了单洞双线盾构隧道振动传播的三维空间特性,明确了低频振动集中传播与高频振动侧向辐射的差异化规律,为城市高铁隧道减振设计提供理论依据。 展开更多
关键词 盾构隧道 环境振动 2.5维有限元-基本解 弹性波 单洞双线隧道 高速铁路
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盾构隧道施工诱发邻近单桩的振动响应规律
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作者 赵广资 李克金 +3 位作者 李春林 仇晖 马悦 汪优 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2025年第2期295-303,共9页
为了探究盾构施工引起的不同桩-隧间距下的单桩动力响应规律,依托济南地铁4号线某工区,采用离散元与有限差分耦合法(DEM-FDM),结合现场实测数据,建立隧道结构-土体-桩二维动力耦合模型。利用DEM模拟岩土材料的特性,结合FDM对混凝土结构... 为了探究盾构施工引起的不同桩-隧间距下的单桩动力响应规律,依托济南地铁4号线某工区,采用离散元与有限差分耦合法(DEM-FDM),结合现场实测数据,建立隧道结构-土体-桩二维动力耦合模型。利用DEM模拟岩土材料的特性,结合FDM对混凝土结构的高效动力计算,模拟距隧道18 m范围内不同桩-隧间距下的单桩动力响应工况,并对盾构施工振动时程数据和频谱特征进行监测与分析。研究结果表明:1)盾构隧道施工引起的邻近桩振动响应随桩-隧间距的增加呈现出幂函数或指数型衰减规律,其中,桩顶的衰减较不显著,桩底及与隧道同埋深的部位衰减较为显著;2)基于桩-隧间距的不同,影响范围可分为强影响范围(<3 m)、中强影响范围(3~9 m)、中弱影响范围(9~12 m)、弱影响范围(>12 m)4部分;3)随着桩-隧距离的增加,振动信号中的高频成分逐渐消失,而低频成分则能够传播较远距离,仍会引起桩的伴随振动;4)盾构施工振动产生的能量90%以上集中在0~64 Hz,低频段振动对结构的影响更加显著。 展开更多
关键词 硬岩地层 盾构隧道 施工振动 离散元与有限差分耦合 桩-隧间距 动力响应
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某轻型无人平台火箭弹发射动力学仿真分析
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作者 张鑫 《火炮发射与控制学报》 北大核心 2025年第3期82-88,共7页
以某轻型无人平台为研究对象,应用有限元数值仿真技术建立全炮有限元动力学模型,对单兵火箭发射载荷模块进行了动力学仿真计算,获得了发射装置动力学响应。基于Lanczos迭代法得到了车架模态分析结果,确定了系统火箭弹发射间隔。基于全... 以某轻型无人平台为研究对象,应用有限元数值仿真技术建立全炮有限元动力学模型,对单兵火箭发射载荷模块进行了动力学仿真计算,获得了发射装置动力学响应。基于Lanczos迭代法得到了车架模态分析结果,确定了系统火箭弹发射间隔。基于全因子试验设计方法,以射序为优化变量,以炮口扰动最小为优化目标构建目标函数,通过数值仿真计算对比得出最优射序,优化结果表明:优化后的火箭弹起始扰动降低了19%。通过实弹射击对优化结果进行了验证,结果表明:在有效射程附近,满管齐射后落点高低散布为0.32 m,方位散布为0.28 m。分析结果为轻型无人平台单兵火箭弹发射装置结构设计及优化提供了重要理论依据。 展开更多
关键词 无人平台 火箭武器 有限元法 发射动力学 射弹散布
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基于传输线法的交流接触器动态特性有限元并行计算方法研究
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作者 杨文英 潘宇航 鲍家璇 《中国电机工程学报》 北大核心 2025年第18期7348-7358,I0027,共12页
动态特性评估对于交流接触器的可靠性和优化设计至关重要,数字样机模型与实验测量相结合的方法为评估动态特性提供了新方案。然而,现有商用有限元软件在求解数字样机模型时存在耗时长、收敛性差等诸多问题。对此,该文提出一种基于传输... 动态特性评估对于交流接触器的可靠性和优化设计至关重要,数字样机模型与实验测量相结合的方法为评估动态特性提供了新方案。然而,现有商用有限元软件在求解数字样机模型时存在耗时长、收敛性差等诸多问题。对此,该文提出一种基于传输线法的交流接触器动态特性有限元并行计算方法,可实现交流接触器动态特性的加速求解。首先,利用有限元法和场路耦合建立交流接触器电磁-力耦合的数字样机模型。然后,基于传输线法将有限元模型的三角形单元等效成电路模型和传输线模型,从而将非线性问题解耦为线性网络和非线性网络。非线性网络等效成多个独立的电路,可以进行单元的大规模并行计算。通过与商用有限元软件COMSOL Multiphysics?以及实验测量结果进行对比,验证了传输线法在交流接触器动态特性计算方面的准确性。与COMSOL Multiphysics?求解动态特性的时间相比,传输线法的计算速度比COMSOL Multiphysics?提升了2.46倍。 展开更多
关键词 交流接触器 有限元分析 传输线法 并行计算 动态特性
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钨合金弹丸侵彻钢靶的数值模拟方法 被引量:1
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作者 位国旭 崔浩 +2 位作者 周昊 杨贵涛 郭锐 《爆炸与冲击》 北大核心 2025年第8期157-173,共17页
为了更好地量化表征钨合金弹丸侵彻靶板过程,分别采用FEM(finite element method)、SPG(smoothed particle Galerkin)、SPH(smoothed particle hydrodynamics)、FE-SPH(finite element-smoothed particle hydrodynamics)自适应数值模拟... 为了更好地量化表征钨合金弹丸侵彻靶板过程,分别采用FEM(finite element method)、SPG(smoothed particle Galerkin)、SPH(smoothed particle hydrodynamics)、FE-SPH(finite element-smoothed particle hydrodynamics)自适应数值模拟方法,对钨合金弹丸侵彻Q235A钢靶开展了数值模拟计算,对比了4种数值模拟方法在描述弹丸侵彻穿靶后,弹丸剩余速度、靶板穿孔孔径以及弹丸穿靶后二次破片生成及其分布方面的优势和不足。结果表明:在描述弹丸剩余速度方面,由于FEM方法在处理材料失效问题时是基于单元侵蚀算法,因此FEM方法以及FE-SPH自适应方法严格依赖于失效准则以及失效参数的选择,而SPG方法在键失效模式下无需调整失效参数就可以得到相对准确的结果;在描述靶板穿孔孔径上,FEM以及FE-SPH自适应方法具有精确的物质边界,可以精确刻画穿孔形貌特征,但不同失效准则下的靶板穿孔直径相差较大;SPG方法对失效参数不敏感,可以准确预测靶板的穿孔直径;在弹丸穿靶后二次破片的生成及其分布方面,FE-SPH自适应以及SPH方法均能对二次破片进行表征,FE-SPH自适应方法可以直接获取大质量破片信息,但比SPH方法的求解效率低。 展开更多
关键词 有限元方法 SPG SPH 二次破片 侵彻
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基于响应面法的轮胎动平衡机主轴多目标优化 被引量:1
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作者 刘立富 冯显英 +2 位作者 李沛刚 宋文飞 孙晓萍 《制造技术与机床》 北大核心 2025年第2期171-176,193,共7页
为提高轮胎动平衡机的检测精度,以某轮胎动平衡机主轴系为对象,采用响应面法和多目标遗传算法进行优化。首先,对主轴系模型进行静力学分析和模态分析,以主轴的各尺寸参数为变量参数,以优化主轴系的变形量、质量和固有频率为目标。其次,... 为提高轮胎动平衡机的检测精度,以某轮胎动平衡机主轴系为对象,采用响应面法和多目标遗传算法进行优化。首先,对主轴系模型进行静力学分析和模态分析,以主轴的各尺寸参数为变量参数,以优化主轴系的变形量、质量和固有频率为目标。其次,通过参数相关性分析确定与优化目标相关性最大的设计变量。最后,建立响应面模型并进行多目标参数优化。优化结果表明,最大变形量降低了3.9%,一阶固有频率提高了16.2%,主轴质量降低了23.0%,主轴系质量降低了5.5%,优化效果显著,提高了主轴系的静态和动态性能,通过试验验证,主轴优化提高了轮胎动平衡机的检测精度。 展开更多
关键词 动平衡机主轴 有限元分析 参数相关性分析 响应面法 多目标参数优化
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背靠背Ω定子横向磁通永磁直线电机温度场分析 被引量:1
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作者 贾周 刘心怡 +3 位作者 聂阳光 贺伟 曹永娟 彭思洋 《南京信息工程大学学报》 北大核心 2025年第1期117-124,共8页
针对背靠背Ω定子横向磁通永磁直线电机(BBΩ-TFPMLM)独特的拓扑结构,运用“磁-热耦合法”对其温度场进行深入研究.首先采用三维有限元法(3D-FEM)对BBΩ-TFPMLM进行建模分析以得到稳态电磁参数.然后利用Workbench将电磁场耦合至温度场,... 针对背靠背Ω定子横向磁通永磁直线电机(BBΩ-TFPMLM)独特的拓扑结构,运用“磁-热耦合法”对其温度场进行深入研究.首先采用三维有限元法(3D-FEM)对BBΩ-TFPMLM进行建模分析以得到稳态电磁参数.然后利用Workbench将电磁场耦合至温度场,采用磁-热耦合法分析电机各部分的温升,得出电机运行不同时间的温度云图并总结损耗模型的实时温升规律.最后,搭建实验平台进行实验验证,实测额定电流下定子铁心稳态温升为29.21℃、动子铁心稳态温升为11.12℃,温升在合理范围内且样机运行750 s后温度分布的热成像仪测量结果与仿真一致,验证了所提理论的正确性. 展开更多
关键词 直线电机 横向磁通 有限元法 磁热耦合 温度场
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