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Three-dimensional forward modeling for magnetotelluric sounding by finite element method 被引量:3
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作者 童孝忠 柳建新 +3 位作者 谢维 徐凌华 郭荣文 程云涛 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2009年第1期136-142,共7页
A finite element algorithm combined with divergence condition was presented for computing three-dimensional(3D) magnetotelluric forward modeling. The finite element equation of three-dimensional magnetotelluric forwar... A finite element algorithm combined with divergence condition was presented for computing three-dimensional(3D) magnetotelluric forward modeling. The finite element equation of three-dimensional magnetotelluric forward modeling was derived from Maxwell's equations using general variation principle. The divergence condition was added forcedly to the electric field boundary value problem, which made the solution correct. The system of equation of the finite element algorithm was a large sparse, banded, symmetric, ill-conditioned, non-Hermitian complex matrix equation, which can be solved using the Bi-CGSTAB method. In order to prove correctness of the three-dimensional magnetotelluric forward algorithm, the computed results and analytic results of one-dimensional geo-electrical model were compared. In addition, the three-dimensional magnetotelluric forward algorithm is given a further evaluation by computing COMMEMI model. The forward modeling results show that the algorithm is very efficient, and it has a lot of advantages, such as the high precision, the canonical process of solving problem, meeting the internal boundary condition automatically and adapting to all kinds of distribution of multi-substances. 展开更多
关键词 magnetotelluric sounding three-dimensional forward modeling finite element method general variation principle divergence condition
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Simulation of three-dimensional tension-induced cracks based on cracking potential function-incorporated extended finite element method 被引量:1
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作者 WANG Xiang-nan YU Peng +4 位作者 ZHANG Xiang-tao YU Jia-lin HAO Qing-shuo LI Quan-ming YU Yu-zhen 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第1期235-246,共12页
In the finite element method,the numerical simulation of three-dimensional crack propagation is relatively rare,and it is often realized by commercial programs.In addition to the geometric complexity,the determination... In the finite element method,the numerical simulation of three-dimensional crack propagation is relatively rare,and it is often realized by commercial programs.In addition to the geometric complexity,the determination of the cracking direction constitutes a great challenge.In most cases,the local stress state provides the fundamental criterion to judge the presence of cracks and the direction of crack propagation.However,in the case of three-dimensional analysis,the coordination relationship between grid elements due to occurrence of cracks becomes a difficult problem for this method.In this paper,based on the extended finite element method,the stress-related function field is introduced into the calculation domain,and then the boundary value problem of the function is solved.Subsequently,the envelope surface of all propagation directions can be obtained at one time.At last,the possible surface can be selected as the direction of crack development.Based on the aforementioned procedure,such method greatly reduces the programming complexity of tracking the crack propagation.As a suitable method for simulating tension-induced failure,it can simulate multiple cracks simultaneously. 展开更多
关键词 extended finite element method CRACK three-dimensional calculation cracking potential function tensile failure
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Nonlinear finite-element-based structural system failure probability analysis methodology for gravity dams considering correlated failure modes 被引量:5
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作者 胡江 马福恒 吴素华 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2017年第1期178-189,共12页
The structural system failure probability(SFP) is a valuable tool for evaluating the global safety level of concrete gravity dams.Traditional methods for estimating the failure probabilities are based on defined mathe... The structural system failure probability(SFP) is a valuable tool for evaluating the global safety level of concrete gravity dams.Traditional methods for estimating the failure probabilities are based on defined mathematical descriptions,namely,limit state functions of failure modes.Several problems are to be solved in the use of traditional methods for gravity dams.One is how to define the limit state function really reflecting the mechanical mechanism of the failure mode;another is how to understand the relationship among failure modes and enable the probability of the whole structure to be determined.Performing SFP analysis for a gravity dam system is a challenging task.This work proposes a novel nonlinear finite-element-based SFP analysis method for gravity dams.Firstly,reasonable nonlinear constitutive modes for dam concrete,concrete/rock interface and rock foundation are respectively introduced according to corresponding mechanical mechanisms.Meanwhile the response surface(RS) method is used to model limit state functions of main failure modes through the Monte Carlo(MC) simulation results of the dam-interface-foundation interaction finite element(FE) analysis.Secondly,a numerical SFP method is studied to compute the probabilities of several failure modes efficiently by simple matrix integration operations.Then,the nonlinear FE-based SFP analysis methodology for gravity dams considering correlated failure modes with the additional sensitivity analysis is proposed.Finally,a comprehensive computational platform for interfacing the proposed method with the open source FE code Code Aster is developed via a freely available MATLAB software tool(FERUM).This methodology is demonstrated by a case study of an existing gravity dam analysis,in which the dominant failure modes are identified,and the corresponding performance functions are established.Then,the dam failure probability of the structural system is obtained by the proposed method considering the correlation relationship of main failure modes on the basis of the mechanical mechanism analysis with the MC-FE simulations. 展开更多
关键词 gravity dam structural system failure probability nonlinear finite element response surface method computational platform
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船冰多次碰撞下极地航行船舶舷侧结构动态响应研究 被引量:1
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作者 姜河蓉 姜金辉 +1 位作者 杨泽文 袁昱超 《舰船科学技术》 北大核心 2025年第1期8-13,共6页
近年来全球变暖的加剧使得北极航道的开放更具可行性,为分析极地船舶航行过程中的冰载荷及船体结构响应特性,本文针对船体舷侧结构与浮冰场多次碰撞的场景开展数值仿真研究。参考现阶段浮冰观测统计经验,建立船体舷侧结构-浮冰场相互作... 近年来全球变暖的加剧使得北极航道的开放更具可行性,为分析极地船舶航行过程中的冰载荷及船体结构响应特性,本文针对船体舷侧结构与浮冰场多次碰撞的场景开展数值仿真研究。参考现阶段浮冰观测统计经验,建立船体舷侧结构-浮冰场相互作用有限元数值模型,在不同碰撞角度与不同浮冰密集度下开展仿真计算,分析船冰连续多次碰撞过程中碰撞力、能量及响应数据,研究碰撞角度和浮冰场密集度对浮冰载荷及船体舷侧结构响应特性的影响规律。结果表明,船冰多次相互作用下的结构响应规律与船冰单次作用存在一定差异,碰撞角度与浮冰场密集度参数对船冰碰撞力与船体舷侧结构响应特征影响呈现出一定的规律。本文研究内容对极地航行船舶舷侧结构的安全性设计具有参考价值。 展开更多
关键词 船-冰多次碰撞 舷侧结构 结构响应 非线性有限元方法
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基于八叉树比例边界有限元法的高拱坝-不规则地基-库水系统非线性地震响应分析 被引量:1
5
作者 陈灯红 张心瀚 +3 位作者 刘云辉 胡昊文 刘云龙 梁羽翔 《岩土力学》 北大核心 2025年第8期2586-2599,2638,共15页
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
关键词 比例边界有限元法 高拱坝 八叉树网格 非线性响应 不规则地形
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基于半隐式法的超短半径水平井井筒内管柱非线性屈曲分析
6
作者 罗敏 崔文磊 +1 位作者 徐亭亭 李巧珍 《计算力学学报》 北大核心 2025年第3期471-477,共7页
井筒内管柱受轴向载荷作用容易发生螺旋屈曲,导致管柱下入困难,螺旋屈曲严重时可发生自锁,甚至对管柱自身造成破坏。在静力学求解管柱屈曲时,容易出现计算不收敛和结果不稳定问题,而用动力学求解时,则会导致计算时间长和计算效率低的问... 井筒内管柱受轴向载荷作用容易发生螺旋屈曲,导致管柱下入困难,螺旋屈曲严重时可发生自锁,甚至对管柱自身造成破坏。在静力学求解管柱屈曲时,容易出现计算不收敛和结果不稳定问题,而用动力学求解时,则会导致计算时间长和计算效率低的问题。为此,将隐式求解和显式求解的优点相结合,提出井筒内管柱非线性屈曲分析的半隐式法,在保证计算效率的同时,解决了管柱屈曲分析的收敛和稳定性问题。通过算例验证了半隐式方法的有效性。基于半隐式法建立了超短半径水平井井筒内管柱屈曲的有限元分析模型,分析了管柱在井筒内的屈曲形态、横向位移和接触压力等。研究结果表明,管柱发生螺旋屈曲之前先发生三维横向屈曲,且发生三维横向屈曲的临界载荷大于发生螺旋屈曲的载荷,在发生三维横向屈曲后,很容易演变为螺旋屈曲。管柱等效应力最大值为359 MPa,塑性应变最大值为0.234,管柱屈曲程度越严重,管柱轴向载荷传递效率越小。 展开更多
关键词 半隐式法 管柱 非线性 屈曲 有限元法 超短半径水平井
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结构断裂损伤高效分析的隔离扩展有限元法
7
作者 李钢 韩春宏 余丁浩 《力学学报》 北大核心 2025年第10期2388-2398,共11页
疲劳与灾害载荷作用下,工程结构内部裂纹的萌生与扩展引起的断裂损伤是威胁其安全性的关键因素.然而,由于断裂损伤问题的非线性特征和微观尺度特征,其分析效率通常较低.本研究结合隔离非线性理论与扩展有限元法(XFEM),提出结构断裂损伤... 疲劳与灾害载荷作用下,工程结构内部裂纹的萌生与扩展引起的断裂损伤是威胁其安全性的关键因素.然而,由于断裂损伤问题的非线性特征和微观尺度特征,其分析效率通常较低.本研究结合隔离非线性理论与扩展有限元法(XFEM),提出结构断裂损伤高效分析的隔离扩展有限元法.本研究首先基于XFEM方法基本原理建立断裂区单元模型,并引入广义协调原理、自由度凝聚、矩阵广义逆等对该方法进行改进,将其中用于模拟断裂损伤的单元间共享附加扩展自由度转换为单元内部自由度,避免传统XFEM方法中结构整体刚度的维数增加,随后,通过将断裂区各单元刚度改写为无损单元刚度的摄动展开形式,进一步考虑断裂损伤的局部化特征,提出了断裂损伤结构的隔离非线性控制方程,该方程避免了结构整体刚度中的元素时变,断裂损伤效应通过对初始无损结构刚度的低秩摄动进行描述,引入Woodbury公式进行控制方程求解,在每个计算步中仅需对代表局部断裂损伤的小规模矩阵进行更新,在保证计算精度的同时显著提升效率.典型算例验证表明,该方法在确保裂纹计算准确性的同时,大幅降低了计算成本. 展开更多
关键词 扩展有限元 广义协调元 隔离非线性 裂纹 局部非线性
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钢筋混凝土塔筒局部预应力损失影响分析
8
作者 林政 黄昊 +3 位作者 郝巨涛 胡良明 杨嘉祥 刘洋 《水电能源科学》 北大核心 2025年第7期223-226,147,共5页
为分析预应力分布不均匀现象对结构安全的影响,采用有限元数值模拟方法,探讨钢筋混凝土塔筒在局部预应力损失情况下的力学响应,并研究临界屈曲荷载变化规律。结果表明,对比局部预应力损失工况和整体预应力损失工况下塔筒的力学响应,局... 为分析预应力分布不均匀现象对结构安全的影响,采用有限元数值模拟方法,探讨钢筋混凝土塔筒在局部预应力损失情况下的力学响应,并研究临界屈曲荷载变化规律。结果表明,对比局部预应力损失工况和整体预应力损失工况下塔筒的力学响应,局部预应力损失幅度增大会导致塔筒接缝处的损伤程度和塔顶位移显著增加(最大45%),局部预应力损失产生的偏心弯矩对结构的负面影响相比于整体预应力损失工况更为显著。当预应力损失幅度从10%增至40%,局部预应力损失工况临界荷载低于整体预应力损失工况,且二者差值从3×10^(4)N增至1.342×10^(7)N,说明在相同预应力损失幅度下,局部预应力损失工况更容易发生屈曲。研究成果可用于指导工程实践。 展开更多
关键词 预应力混凝土 风机 有限元 塑性损伤 非线性屈曲
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基于IB-LBFS和NFE的大变形膜结构流固耦合数值模拟
9
作者 佟莹 牟永飞 +2 位作者 刘钒 肖中云 雷勇强 《力学学报》 北大核心 2025年第5期1216-1232,共17页
在航天航空工程领域,以降落伞、飞艇等为代表的柔性织物飞行器在非定常气动力作用下呈现的非线性动力学响应与复杂流动特征,已成为大变形流固耦合(fluid structure interaction,FSI)研究的前沿挑战.这类超弹性膜结构在气动载荷作用下产... 在航天航空工程领域,以降落伞、飞艇等为代表的柔性织物飞行器在非定常气动力作用下呈现的非线性动力学响应与复杂流动特征,已成为大变形流固耦合(fluid structure interaction,FSI)研究的前沿挑战.这类超弹性膜结构在气动载荷作用下产生的几何非线性、材料非线性和边界非线性耦合现象,给传统数值模拟方法带来了网格畸变、界面追踪和能量守恒等多重技术难题.文章面向此类FSI数值模拟需求,提出将浸入边界-格子玻尔兹曼通量求解(immersed boundary-lattice Boltzmann flux solver,IB-LBFS)方法和膜结构非线性有限元(nonlinear finite elements,NFE)方法结合,建立了双向流固耦合计算框架,实现了四大核心功能:黏性流动动态变形边界识别、流体-结构载荷与物面动态重构、超弹性材料非规则薄膜结构求解和大规模并行计算.以恒压充气囊体为研究对象,对自由来流作用下气囊与黏性流体间的流固耦合效应进行分析.结果表明,该算法预测数据符合流场分布特性及结构响应发展规律.开发的双向强流固耦合计算程序可进一步应用于航空降落伞、飞艇等充气式飞行器的流固耦合效应评估,为未来柔性飞行器结构设计、强度校核及飞行可靠性评估提供理论参考. 展开更多
关键词 流固耦合 IB-LBFS方法 非线性有限元法 织物薄膜
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考虑非线性滞后的大功率超磁致伸缩换能器场路耦合瞬态模型
10
作者 李湖胜 高兵 +2 位作者 赵能桐 何志兴 罗安 《电工技术学报》 北大核心 2025年第19期6180-6191,共12页
大功率超磁致伸缩电声换能器具有能量密度高、输出力大等优越性能,在主动声呐探测、资源探测等领域广泛应用,构建其瞬态模型是装备优化设计的关键。但因超磁致伸缩换能器具有电-磁-机-声多场耦合的特点,其输出呈现复杂的非线性动态滞后... 大功率超磁致伸缩电声换能器具有能量密度高、输出力大等优越性能,在主动声呐探测、资源探测等领域广泛应用,构建其瞬态模型是装备优化设计的关键。但因超磁致伸缩换能器具有电-磁-机-声多场耦合的特点,其输出呈现复杂的非线性动态滞后行为,且现有模型难以描述换能器的非线性瞬态特性。因此,该文在考虑超磁致伸缩材料非线性磁滞的基础上,提出能快速准确表征换能器瞬态特性的“场-路”耦合模型构建方法。基于“模块化”建模思想,构建计及非线性滞后影响的电-磁-机等效电路子模块和机-声瞬态场子模块,以表征换能器的电流-位移动态滞后响应和瞬态声压特性。最后,研制谐振频率为500 Hz、最大声源级大于206 dB的换能器样机,并进行了实验测试,结果表明:模型在400~600 Hz范围内声源级最大误差仅为4.34%,能够有效刻画换能器的瞬态电-声输出特性和发射电流响应等特性。 展开更多
关键词 超磁致伸缩换能器 非线性滞后 瞬态特性 场路耦合 有限元法
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非线性支承裂纹转子动力学特性研究
11
作者 陈林海 王念先 刘明政 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2025年第1期32-36,共5页
对非线性支承磁悬浮裂纹转子系统进行了研究,首先采用呼吸函数模拟裂纹的呼吸效应,建立了Timoshenko梁—轴裂纹转子系统的刚度矩阵,基于有限元法建立了系统的运动方程,考虑了系统的漏磁与磁饱和效应建立了非线性支承力模型,并采用Newma... 对非线性支承磁悬浮裂纹转子系统进行了研究,首先采用呼吸函数模拟裂纹的呼吸效应,建立了Timoshenko梁—轴裂纹转子系统的刚度矩阵,基于有限元法建立了系统的运动方程,考虑了系统的漏磁与磁饱和效应建立了非线性支承力模型,并采用Newmark-β法进行求解,讨论了磁悬浮轴承非线性支承特性对裂纹转子动态响应的影响,分析了非线性程度与系统动态响应存在的关系。结果表明,在非线性支承的情况下,裂纹转子系统的频率响应中会激发出线性支承情况下几乎不存在的高频分量,且非线性特性越强,激发的高频分量越多。 展开更多
关键词 磁悬浮轴承 非线性特性 裂纹 动态响应 有限元法
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三维弹塑性固体大变形分析的无额外自由度广义有限元法
12
作者 马今伟 白铭 段庆林 《计算力学学报》 北大核心 2025年第3期456-461,共6页
无额外自由度广义有限元法在保留标准广义有限元法高阶插值特性的同时,还消除了额外自由度引发的求解规模扩大及线性依赖问题。使其在弹性分析中,相比于传统有限元表现出了计算精度高、收敛性好的优势,同时在平面问题的非线性分析中也... 无额外自由度广义有限元法在保留标准广义有限元法高阶插值特性的同时,还消除了额外自由度引发的求解规模扩大及线性依赖问题。使其在弹性分析中,相比于传统有限元表现出了计算精度高、收敛性好的优势,同时在平面问题的非线性分析中也展现出了良好潜力。将该方法推广和应用至三维弹塑性固体的大变形分析,一方面可以进一步探究其在非线性分析中的表现,另一方面则拓展了广义有限元法在非线性问题领域的应用。在非线性弹性和弹塑性两种材料的大变形分析中,将该方法同传统有限元和商软进行了对比,计算结果表明了该方法在精度方面的优势。 展开更多
关键词 广义有限元 额外自由度 非线性分析 弹塑性 大变形
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考虑筋/板焊趾影响的加筋板极限强度分析
13
作者 李政杰 崔虎威 +2 位作者 汪高飞 孔伟振 冯国庆 《舰船科学技术》 北大核心 2025年第18期18-25,共8页
为了准确预报真实加筋板结构的极限强度,从而为船体加筋板结构极限强度评估提供支撑,本文利用非线性有限元法,采用实体-壳板组合模型对筋/板焊趾进行模拟,初步对比分析了焊趾对加筋板结构极限承载能力的影响,并以扁钢加筋板模型为对象... 为了准确预报真实加筋板结构的极限强度,从而为船体加筋板结构极限强度评估提供支撑,本文利用非线性有限元法,采用实体-壳板组合模型对筋/板焊趾进行模拟,初步对比分析了焊趾对加筋板结构极限承载能力的影响,并以扁钢加筋板模型为对象开展了焊接过程模拟,分析了焊接缺陷对加筋板结构极限强度的影响,可为考虑工艺影响的加筋板结构极限强度预报提供手段。计算结果表明,焊趾主要影响局部位置的应力分布,对整体极限状态下的应力分布影响较小;由于焊趾的尺寸较小,难以改变加筋板的整体失效模式,对加筋板的极限承载特性影响有限;焊趾对加筋板的平均应力-平均应变曲线变化不大,对后屈曲状态稍有影响;焊接缺陷使得扁钢加筋板模型极限强度下降7.64%。 展开更多
关键词 焊趾 加筋板 极限强度 非线性有限元法 焊接初始缺陷
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豪华邮轮偏心立柱支撑结构极限承载力研究
14
作者 葛珅玮 曾骥 +2 位作者 郑红娟 宋科委 贾君瑞 《船海工程》 北大核心 2025年第5期116-122,共7页
为研究邮轮立柱的支撑结构是否具有足够承载力,针对邮轮中常见的偏心立柱开展极限承载力分析。采用非线性有限元方法,开展邮轮典型偏心立柱支撑结构的极限承载力计算,研究偏心度、支撑结构腹板开孔大小、开孔位置及加强形式对于结构极... 为研究邮轮立柱的支撑结构是否具有足够承载力,针对邮轮中常见的偏心立柱开展极限承载力分析。采用非线性有限元方法,开展邮轮典型偏心立柱支撑结构的极限承载力计算,研究偏心度、支撑结构腹板开孔大小、开孔位置及加强形式对于结构极限承载力的影响。结果表明,立柱偏心度对支撑结构极限承载力的负影响最显著,在偏心立柱设计时,偏心度不要超过0.5,尽量控制在0.12以内;支撑结构梁腹板上开孔的距离因子尽可能大于3.08;同时偏心立柱之间应尽量设置连接加强筋,对提高支撑结构的极限承载力有很大作用,在对开孔补强时,可优先采用L2型。在邮轮立柱设计中,必须考虑立柱的支撑结构是否具有足够的承载能力。 展开更多
关键词 邮轮 偏心立柱 极限强度 非线性有限元 敏感性
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缆塔自平衡体系悬索桥桥塔非线性稳定性研究
15
作者 刘高 温佳年 +1 位作者 陈上有 杨怀茂 《桥梁建设》 北大核心 2025年第2期80-85,共6页
为充分了解缆塔自平衡体系悬索桥桥塔的非线性稳定性,以某该类型超大跨悬索桥为背景,采用OpenSees有限元软件建立考虑边界非线性、材料非线性和几何非线性的桥塔稳定性分析模型,分析桥塔在恒载+活载、恒载+活载+运营纵风等5种荷载组合... 为充分了解缆塔自平衡体系悬索桥桥塔的非线性稳定性,以某该类型超大跨悬索桥为背景,采用OpenSees有限元软件建立考虑边界非线性、材料非线性和几何非线性的桥塔稳定性分析模型,分析桥塔在恒载+活载、恒载+活载+运营纵风等5种荷载组合工况下的线性稳定性、边界非线性+几何非线性+材料非线性的多重非线性稳定性。结果表明:所建立的桥塔稳定性模型能够考虑边界非线性+几何非线性+材料非线性影响,计算效率高,适合实际工程应用;考虑边界非线性、几何非线性及材料非线性的稳定性分析中,竖向荷载系数大于屈服荷载系数时,竖向荷载系数~塔顶水平位移曲线逐渐平缓,呈现出强非线性;桥塔失稳模式主要为横向失稳,多重非线性稳定性系数相较于线性稳定性系数减小约75%;缆塔自平衡体系悬索桥桥塔稳定性由恒载+百年横风工况控制,失稳方向为横向,在实际设计中应考虑材料非线性对结构稳定性的影响。 展开更多
关键词 悬索桥 桥塔 缆塔自平衡体系 非线性稳定性 稳定性系数 失稳模态 有限元法
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基于非线性多项式涡激力模型的桥梁涡振响应有限元分析方法
16
作者 朱志昂 孟晓亮 《振动与冲击》 北大核心 2025年第19期202-211,共10页
现有大跨度桥梁涡振响应分析大多针对涡振位移预测,而直接求解涡振内力响应的可靠方法较少。基于此,首先基于应用较多的非线性多项式涡激力模型,推导了大跨度桥梁涡激振动时多自由度运动微分方程的离散化格式,建立了非线性多项式涡激力... 现有大跨度桥梁涡振响应分析大多针对涡振位移预测,而直接求解涡振内力响应的可靠方法较少。基于此,首先基于应用较多的非线性多项式涡激力模型,推导了大跨度桥梁涡激振动时多自由度运动微分方程的离散化格式,建立了非线性多项式涡激力模型作用下,大跨度桥梁的非线性气动刚度、非线性气动阻尼矩阵;其次,在此基础上利用Newmark-β方法求解上述多自由度非线性涡激振动运动微分方程,同步获得了大跨度桥梁桥梁非线性涡激振动的位移和内力响应;最后以我国东南沿海某跨海大桥中的连续钢箱梁引桥作为工程背景,通过风洞试验确定了该桥主梁的非线性多项式涡激力模型和模型参数,利用建立的有限元方法获得了该桥的涡振位移响应,通过将位移计算结果与现有涡振振幅换算方法获得的结果进行对比后发现,两者对于涡振位移响应的预测结果相近,误差约在3%左右,验证了该方法的有效性。研究结果表明,建立的基于非线性多项式的大跨度桥梁涡振响应分析的有限元方法,能够有效预测大跨度桥梁非线性涡振位移响应,显著提高涡振内力与应力响应的求解效率,该方法的建立不仅有助于大跨度桥梁抗风理论的完善,且具有显著的工程实用价值。 展开更多
关键词 涡激振动(VIV) 有限元方法(FEM) 动力响应 非线性多项式涡激力模型
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考虑材料非线性的波形钢腹板工字钢组合梁横向受力性能研究
17
作者 罗东志 张汶金 +2 位作者 朱文兵 夏月仙 邓文琴 《世界桥梁》 北大核心 2025年第5期77-83,共7页
为了解材料非线性对波形钢腹板工字钢组合梁桥面板横向受力性能的影响,以某三跨双工字钢波形钢腹板组合梁桥为背景,建立组合梁节段精细化有限元模型,分析桥面板受力全过程荷载~挠度曲线、有效分布宽度,并给出弯矩修正系数建议值。结果表... 为了解材料非线性对波形钢腹板工字钢组合梁桥面板横向受力性能的影响,以某三跨双工字钢波形钢腹板组合梁桥为背景,建立组合梁节段精细化有限元模型,分析桥面板受力全过程荷载~挠度曲线、有效分布宽度,并给出弯矩修正系数建议值。结果表明:受材料非线性的影响,桥面板不同位置处有效分布宽度在结构不同受力阶段有明显差异,跨中处、支承附近处、支承处有效分布宽度可按弹性阶段(开裂前)分别取3.24、3.03、0.37 m,悬臂处有效分布宽度应分阶段考虑,正常使用阶段(钢筋屈服前)取5.02 m,极限承载力阶段(钢筋屈服后)取4.32 m;荷载作用下,组合梁正、负弯矩修正系数建议按弹性阶段与破坏阶段分别取0.60与0.40。 展开更多
关键词 组合梁桥 工字钢梁 波形钢腹板 材料非线性 横向受力性能 有效分布宽度 弯矩修正系数 有限元法
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Suppression of thermal postbuckling and nonlinear panel flutter motions of variable stiffness composite laminates using piezoelectric actuators 被引量:2
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作者 TAO Ji-xiao YI Sheng-hui +1 位作者 DENG Ya-jie HE Xiao-qiao 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第12期3757-3777,共21页
Variable stiffness composite laminates(VSCLs)are promising in aerospace engineering due to their designable material properties through changing fiber angles and stacking sequences.Aiming to control the thermal postbu... Variable stiffness composite laminates(VSCLs)are promising in aerospace engineering due to their designable material properties through changing fiber angles and stacking sequences.Aiming to control the thermal postbuckling and nonlinear panel flutter motions of VSCLs,a full-order numerical model is developed based on the linear quadratic regulator(LQR)algorithm in control theory,the classical laminate plate theory(CLPT)considering von Kármán geometrical nonlinearity,and the first-order Piston theory.The critical buckling temperature and the critical aerodynamic pressure of VSCLs are parametrically investigated.The location and shape of piezoelectric actuators for optimal control of the dynamic responses of VSCLs are determined through comparing the norms of feedback control gain(NFCG).Numerical simulations show that the temperature field has a great effect on aeroelastic tailoring of VSCLs;the curvilinear fiber path of VSCLs can significantly affect the optimal location and shape of piezoelectric actuator for flutter suppression;the unstable panel flutter and the thermal postbuckling deflection can be suppressed effectively through optimal design of piezoelectric patches. 展开更多
关键词 active control finite element method linear quadratic regulator algorithm nonlinear flutter thermal postbuckling variable stiffness composite laminates
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Nonlinear static response of piezoelectric plates considering electro-mechanical coupling
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作者 B.Behjat M.R.Khoshravan 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2012年第5期1182-1188,共7页
Nonlinear static analysis of piezoelectric plates has been carried out using nonlinear finite element method considering electro-mechanical coupling,The geometrical nonlinearity has been taken into account and electri... Nonlinear static analysis of piezoelectric plates has been carried out using nonlinear finite element method considering electro-mechanical coupling,The geometrical nonlinearity has been taken into account and electric potential is assumed to be quadratic across the plate thickness,The governing equations are obtained using potential energy and Hamilton's principle that includes elastic and piezoelectric effects.The finite element model is derived based on constitutive equation of piezoelectric material accounting for coupling between elasticity and electric effect using higher order plate elements,Results are presented for piezoelectric plate under different mechanical boundary conditions,Numerical results for the plate are given in dimensionless graphical forms.Effects of boundary conditions on linear and nonlinear response of the plate are also studied.The numerical results obtained by the present model are in good agreement with the available solutions reported in the literature. 展开更多
关键词 piezoelectric plate nonlinear finite element method static analysis of plate geometrical nonlinearity
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扣件刚度非线性对波磨区轮轨瞬态滚动接触行为的影响 被引量:4
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作者 徐井芒 梁新缘 +2 位作者 王凯 赵思琪 王平 《西南交通大学学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第2期247-255,共9页
WJ-8型扣件橡胶垫板刚度在长期服役过程中表现出非线性特征,静刚度随荷载增加而降低,为提高三维瞬态滚动接触有限元模型计算精确性,本文以LMA踏面车轮及CHN60型钢轨为基础,基于显式积分算法,将以往研究中线弹性扣件转化为非线性扣件,建... WJ-8型扣件橡胶垫板刚度在长期服役过程中表现出非线性特征,静刚度随荷载增加而降低,为提高三维瞬态滚动接触有限元模型计算精确性,本文以LMA踏面车轮及CHN60型钢轨为基础,基于显式积分算法,将以往研究中线弹性扣件转化为非线性扣件,建立考虑扣件刚度非线性特征的三维轮轨瞬态滚动接触有限元模型,研究刚度非线性对车轮与钢轨波磨间高频动态响应及瞬态接触行为的影响,并重点分析了波磨工况下时频域内轮轨接触力、轴箱加速度的变化信息.结果表明:扣件非线性对轮轨接触力变化影响明显,主要表现为车轮行驶至扣件前端时强振动导致橡胶垫板表现为柔软特性使轮轨接触力减小,车轮行驶至扣件上方时在轴重作用下振动减弱表现为刚硬特性使轮轨接触力增大,轮轨力变化差异最大达到13.1%. 展开更多
关键词 刚度非线性 瞬态滚动接触 波磨 显式有限元法
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