基于向量式有限元的深海采矿立管动力响应分析

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作者 徐靖昌 郑皓 +2 位作者 闫鸿浩 张明 王莹莹 《计算力学学报》 北大核心 2025年第3期369-376,403,共9页

深海采矿立管是金属结核、富钴结壳、硫化物等水下金属矿产采集输送系统的重要组成部分,复杂海洋环境载荷对立管力学特性产生了不利影响。向量式有限元法是基于向量式力学的一种新的动力学分析方法,本文基于向量式有限元法编制Matlab程... 深海采矿立管是金属结核、富钴结壳、硫化物等水下金属矿产采集输送系统的重要组成部分,复杂海洋环境载荷对立管力学特性产生了不利影响。向量式有限元法是基于向量式力学的一种新的动力学分析方法,本文基于向量式有限元法编制Matlab程序对水下5000米级采矿立管进行动力响应分析,计算立管在波浪、海流等条件下的位移构型、轴向内力和弯矩分布,并将结果与Abaqus和Orcaflex结果进行对比验证,同时运用该方法进一步分析了采矿船运动、结构阻尼及内流速度对立管动力响应的影响。结果表明,采矿船运动会增大立管横向偏移及两端轴力幅值,结构阻尼会降低采矿船对立管的影响并使结构更快趋于稳定,内流则会使得立管顶端轴力减小,且减小量与内流速度正相关。同时也表明,向量式有限元法模拟采矿立管动力响应行为具有较高准确性和可行性,为深海采矿立管机理研究提供了一种新的简便的有限元方法。 展开更多

关键词 深海采矿 立管 向量式有限元法 动力响应 波流载荷 内流 采矿船运动

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基于向量式实体单元的深水厚壁管道压溃分析

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作者 李振眠 邵强 +5 位作者 余杨 余建星 马文韬 刘鹏飞 田博文 张志炜 《船舶力学》 北大核心 2025年第3期451-464,共14页

厚壁管道广泛应用于(超)深水油气输送和浅水管道止屈防护,但目前国际权威规范对其极限承载能力存在明显低估,其经济性和安全性受到了业界的高度关注。针对厚壁管道局部压溃的关键力学问题,首先推导向量式有限元(VFIFE)实体单元计算公式... 厚壁管道广泛应用于(超)深水油气输送和浅水管道止屈防护,但目前国际权威规范对其极限承载能力存在明显低估,其经济性和安全性受到了业界的高度关注。针对厚壁管道局部压溃的关键力学问题,首先推导向量式有限元(VFIFE)实体单元计算公式,建立考虑几何、材料和边界非线性的厚壁管道压溃行为分析模型。通过8组缩尺比厚壁管道压溃试验和DNV规范、ABAQUS模拟分析模型的准确性。开展径厚比、初始椭圆度和屈服强度的敏感性分析,量化DNV规范方法的计算误差,并基于VFIFE结果拟合得到更准确的厚壁管道压溃压力计算公式。研究结果表明:VFIFE常应变四面体单元模拟结果符合实际情况,可以为深水厚壁管道压溃行为分析提供一套新的分析策略,但应注意确定结构准静态加载允许的最大加载速率;在较高的外压载荷作用下,管道会发生局部压溃和动态屈曲传播,截面由椭圆形变化为内壁出现一定褶皱的“哑铃”形,应力分布的变化规律符合实体结构屈曲失稳的一般规律;DNV规范对于厚壁管道压溃压力的计算误差分别随径厚比减小、初始椭圆度减小和材料屈服强度增大而增大;厚壁管道压溃压力的修正公式同源数据拟合误差为-2.49%~1.72%,异源数据计算误差为-6.11%~1.70%,能够准确计算径厚比8~18、初始椭圆度为0.5%~3.0%和材料屈服强度为300~550 MPa的深水管道压溃压力。本文结果可用于指导海底厚壁管道设计和校核。 展开更多

关键词 深水厚壁管道 向量式有限元 实体单元 压溃试验 局部压溃 屈曲传播

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基于向量式有限元的网壳结构地震易损性分析 被引量：2

3

作者 曲激婷 宋嘉诚 霍林生 《世界地震工程》 北大核心 2024年第1期96-106,共11页

为解决网壳结构地震易损性研究中,增量动力分析(incremental dynamic analysis,IDA)所面临的结构非线性分析耗时长且求解困难的问题,提出了一种基于向量式有限元的IDA方法。首先,以一个Kiewitt-8型单层球面网壳为例,验证了向量式有限元... 为解决网壳结构地震易损性研究中,增量动力分析(incremental dynamic analysis,IDA)所面临的结构非线性分析耗时长且求解困难的问题,提出了一种基于向量式有限元的IDA方法。首先,以一个Kiewitt-8型单层球面网壳为例,验证了向量式有限元方法求解结构地震响应的准确性,其次选取12个不同参数的Kiewitt-8型单层球面网壳为研究对象,并考虑材料不确定性进行IDA分析,以地震峰值加速度与结构最大节点位移比为参数,绘制了结构在地震作用下的IDA曲线和轻微破坏、严重破坏及倒塌这三种性态下的易损性曲线。结果表明:向量式有限元能高效且准确的求解网壳结构的地震响应,屋面质量和矢跨比的增加均会增加三种性态点的超越概率;对于本文的网壳结构算例,求解时间仅为传统有限元方法的1/15,误差在3%以内,屋面质量和矢跨比的改变导致地震危险性最大增加了75%。 展开更多

关键词 增量动力分析 单层球面网壳 向量式有限元法 非线性分析 地震易损性分析

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内孤立波作用下缓波形立管动力特性研究

4

作者 余杨 刘晓伟 +3 位作者 李振眠 孙若飞 杨政龙 徐立新 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2024年第6期803-817,共15页

我国南海活跃着大量内孤立波,严重威胁海洋工程作业的安全。本文采用向量式有限元方法分析内孤立波作用下深海缓波形钢悬链立管动力特性,建立考虑触地段土反力和内孤立波载荷的缓波形钢悬链立管动力模型,根据mKdV方程求解内孤立波载荷,... 我国南海活跃着大量内孤立波,严重威胁海洋工程作业的安全。本文采用向量式有限元方法分析内孤立波作用下深海缓波形钢悬链立管动力特性,建立考虑触地段土反力和内孤立波载荷的缓波形钢悬链立管动力模型,根据mKdV方程求解内孤立波载荷,基于向量式有限元梁单元编制Fortran计算程序。分析不同入射角内孤立波作用下立管的位移极值、张力及弯矩变化趋势,并比较缓波形立管与简单钢悬链立管在内孤立波作用下的动力特性。结果表明:内孤立波作用下,缓波形钢悬链立管会有较大的位移响应,特别是顶部悬垂段会有较大的水平位移;缓波形立管比简单钢悬链立管有更显著的张力变化幅值,有更加复杂的弯矩变化趋势。 展开更多

关键词 缓波形钢悬链立管 内孤立波 向量式有限元 KdV理论 动力响应

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基于多线性材料硬化的向量式有限元C型薄壁型钢屈曲分析

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作者 孙子涵 陈朝晖 +1 位作者 宋春草 马文亮 《华北水利水电大学学报（自然科学版）》 北大核心 2024年第6期74-80,共7页

C型薄壁型钢在实际工程中较常见,在力的作用下容易发生屈曲失效。传统有限元法预测结构屈曲变形已经有一套较为成熟的方案,但程序较烦琐。基于向量式有限元(VFIFE)方法编制了三角形壳单元的Fortran计算程序。通过Matlab软件编写前处理... C型薄壁型钢在实际工程中较常见,在力的作用下容易发生屈曲失效。传统有限元法预测结构屈曲变形已经有一套较为成熟的方案,但程序较烦琐。基于向量式有限元(VFIFE)方法编制了三角形壳单元的Fortran计算程序。通过Matlab软件编写前处理与后处理程序,将计算结果与经典的双曲壳屈曲计算结果对比,考察其正确性。考虑几何非线性问题与材料非线性问题,引入多线性材料硬化模型,计算了不同尺寸的C型薄壁型钢在轴压荷载下的屈曲特性。根据位移-轴力曲线判断屈曲荷载,通过后处理程序绘制出屈曲发生后的变形,并与现有的试验结果对比。结果表明:引入多线性材料硬化模型的向量式有限元方法能够较好地预测结构屈曲荷载以及屈曲变形,为预测结构的屈曲变形提供一种新的、可靠参考。 展开更多

关键词 向量式有限元 结构屈曲 多线性材料硬化模型 后屈曲

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基于向量式有限元的深水顶张力立管动力响应分析 被引量：8

6

作者 李效民 张林 +2 位作者 牛建杰 韩永庆 郭海燕 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2016年第11期218-223,共6页

向量式有限元法亦称有限质点法是以向量式力学与数值计算为基础的一种结构行为分析的创新性方法。该方法将结构离散为一系列质点的集合,质点间采用单元连接,单元没有质量,只承受内力,质点的运动则直接采用牛顿第二定律来表达,采用中央... 向量式有限元法亦称有限质点法是以向量式力学与数值计算为基础的一种结构行为分析的创新性方法。该方法将结构离散为一系列质点的集合,质点间采用单元连接,单元没有质量,只承受内力,质点的运动则直接采用牛顿第二定律来表达,采用中央差分的显式积分法求解质点群各时刻运动方程。首次将该方法应用于顶张力立管的动力行为分析中,采用平面弯曲杆件元模拟质点间的相互作用力,推导了立管质点运动公式,编制相应Matlab求解程序,计算了立管在海流、波浪作用下的动力响应特性并与基于传统有限元法的结果进行了对比分析,表明该方法在立管行为分析中的正确和有效性,并指出了该方法在处理其它立管形式行为分析中的优势。 展开更多

关键词 向量式有限元(vfife) 有限元法(FEM) 向量式力学 顶张力立管(TTR)

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平面薄膜结构屈曲行为的向量式有限元分析 被引量：8

7

作者 王震 赵阳 杨学林 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第6期1116-1122,共7页

针对平面薄膜结构在外荷载作用下容易出现局部褶皱和褶皱扩展的现象,分析平面薄膜结构的屈曲行为.基于向量式有限元薄膜单元基本理论,引入面内应力刚化和面外初始缺陷,实现初始预应力平衡状态和触发面外褶皱屈曲变形.推导向量式有限元... 针对平面薄膜结构在外荷载作用下容易出现局部褶皱和褶皱扩展的现象,分析平面薄膜结构的屈曲行为.基于向量式有限元薄膜单元基本理论,引入面内应力刚化和面外初始缺陷,实现初始预应力平衡状态和触发面外褶皱屈曲变形.推导向量式有限元的力控制和位移控制处理方法,进而跟踪平面薄膜结构的局部褶皱(屈曲)和褶皱扩展(后屈曲)变形全过程.在此基础上,编制平面薄膜结构的屈曲计算分析程序,并通过矩形薄膜剪切屈曲和圆环薄膜扭转屈曲的算例分析,验证理论推导和所编制程序的有效性和正确性.位移控制法可以越过薄膜结构屈曲的极值点(或分支点),有效跟踪屈曲和后屈曲变形的全过程,并获得屈曲临界极限荷载和屈曲下降段. 展开更多

关键词 向量式有限元(vfife) 平面薄膜 三角形薄膜单元 屈曲 初始缺陷 位移控制

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基于向量式有限元的大跨度钢结构施工力学分析方法 被引量：15

8

作者 朱明亮 郭正兴 《湖南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第3期48-54,共7页

针对大跨度钢结构施工容易产生刚体位移等强烈非线性过程的特点,采用向量式有限元分析方法进行施工过程模拟.基于向量式有限元的基本理论,引入张拉索单元,通过控制张拉索单元的原长,实现大跨度预应力钢结构张拉全过程模拟;引入千斤顶单... 针对大跨度钢结构施工容易产生刚体位移等强烈非线性过程的特点,采用向量式有限元分析方法进行施工过程模拟.基于向量式有限元的基本理论,引入张拉索单元,通过控制张拉索单元的原长,实现大跨度预应力钢结构张拉全过程模拟;引入千斤顶单元,实现大跨度钢结构的脱架模拟.在此基础上,利用MATLAB语言编制了基于向量式有限元理论的施工过程分析程序,并通过悬臂梁拼装、索桁架张拉成形以及大跨度张弦桁架的张拉施工过程模拟分析,与传统分析方法进行比较,验证理论推导和自编程序的正确性与有效性.结果表明,采用基于向量式有限元的施工力学分析方法能够准确模拟结构拼装、预应力张拉成形和结构脱架等施工过程. 展开更多

关键词 大跨度钢结构 施工过程 向量式有限元 张拉索单元 千斤顶单元

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多浮筒段缓波型立管向量有限元分析 被引量：2

9

作者 余杨 赵宇 +4 位作者 张振兴 吴晗 李振眠 张阳 傅一钦 《天津大学学报（自然科学与工程技术版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期561-574,共14页

单浮筒段的缓波型柔性立管存在着局部张力或者弯矩过大的情况,并且有着位型拱起过高等问题.针对单浮筒段的缓波型柔性立管存在的这些问题,对多浮筒段的缓波型柔性立管进行研究,基于Fortran通过向量式有限元(VFIFE)法建立了缓波型柔性立... 单浮筒段的缓波型柔性立管存在着局部张力或者弯矩过大的情况,并且有着位型拱起过高等问题.针对单浮筒段的缓波型柔性立管存在的这些问题,对多浮筒段的缓波型柔性立管进行研究,基于Fortran通过向量式有限元(VFIFE)法建立了缓波型柔性立管的数学模型,并且通过改变浮筒段的数量、浮筒段的间距、浮筒段的单位浮力、部分浮筒段的浮力损失、海流的速度、浮筒段的位置对多浮筒段的缓波型立管进行静力计算,分析上述条件的改变对静力平衡状态下的缓波型立管的影响;并在实际海况下模拟出悬挂点垂荡激振,对悬挂点垂荡激振下的多浮筒段缓波型立管开展响应特性研究,分析了管段中部的最大弯矩、悬挂点处的最大有效张力以及速度分量的整体动态分布变化.发现在不改变浮筒段单位浮力的情况下,仅通过调整浮筒段数量、间距或者位置是无法同时降低立管顶部的最大有效张力与立管中部的最大弯矩的.除此之外,立管的整体构型也需要进行考虑.只有兼顾浮筒段数量、间距以及位置这三者对立管中部的最大弯矩、悬挂点处的最大有效张力以及立管的整体构型的影响才能获得缓波型立管的最优布局;同时还发现,随着浮筒段数量的增加,多浮筒段缓波型立管能够更好地限制立管的纵向运动,这对限制立管的疲劳损伤有一定的现实意义. 展开更多

关键词 缓波型柔性立管 多浮筒段 向量式有限元 静力分析 动力分析

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基于向量式有限元的索杆张力结构施工成形分析 被引量：8

10

作者 赵阳 彭涛 王震 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第5期13-21,共9页

索杆张力结构的施工张拉过程同时存在刚体位移和弹性变形,可归结为结构和机构耦合的复杂力学问题。将向量式有限元基本理论引入索杆结构的施工成形分析,推导了索杆单元的向量式有限元基本公式,给出力控制和位移控制的求解方程,可在给定... 索杆张力结构的施工张拉过程同时存在刚体位移和弹性变形,可归结为结构和机构耦合的复杂力学问题。将向量式有限元基本理论引入索杆结构的施工成形分析,推导了索杆单元的向量式有限元基本公式,给出力控制和位移控制的求解方程,可在给定外力或位移增量的条件下对结构进行求解。对索杆结构施工成形的正分析法和反分析法进行阐述,提出向量式有限元中实现正分析和反分析的方法,编制了相应的程序并进行算例验证。对索杆张力结构的大型实际工程——深圳宝安体育场车辐式屋盖结构进行了施工成形分析,模拟跟踪其从无应力零状态到最终张拉成形的全过程,得到各施工阶段的构件内力和空间位置等施工状态参数。研究表明向量式有限元在索杆张力结构施工成形分析中具有独特的优势。 展开更多

关键词 索杆张力结构 施工成形分析 向量式有限元 正分析 反分析

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新型环箍穹顶全张力结构局部断索抗连续倒塌性能分析 被引量：8

11

作者 朱明亮 陆金钰 郭正兴 《东南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第5期1057-1062,共6页

为了探究一种由周边环形张拉整体和中部索穹顶组成的新型环箍穹顶全张力结构局部断索的抗连续倒塌性能,在分析其静力及动力特性的基础上,利用自编向量式有限元程序建立了环箍穹顶索杆张力结构的数值模型.考虑结构初始状态,采用等效荷载... 为了探究一种由周边环形张拉整体和中部索穹顶组成的新型环箍穹顶全张力结构局部断索的抗连续倒塌性能,在分析其静力及动力特性的基础上,利用自编向量式有限元程序建立了环箍穹顶索杆张力结构的数值模型.考虑结构初始状态,采用等效荷载卸载法分析得到了该结构不同类型拉索破断后剩余结构的动力响应,包括结构位形、节点位移及构件内力等.分析结果表明,利用向量式有限元法能够有效地进行结构局部断索后的动力响应分析;张拉整体单元的拉索破断主要影响所在单元附近的拉索,不会形成连续倒塌;索穹顶内部的拉索破断对周边张拉整体结构影响较小,新型环箍穹顶索杆张力结构具有较好的抗连续倒塌性能. 展开更多

关键词 环箍穹顶全张力结构 断索 连续倒塌 向量式有限元 动力放大系数

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薄壳结构的向量式有限元屈曲行为分析 被引量：6

12

作者 王震 赵阳 杨学林 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第6期2058-2064,共7页

基于向量式有限元三角形薄壳单元的基本理论,推导力控制法和位移控制法的基本原理及在向量式有限元中的处理方式,以实现薄壳结构的屈曲和后屈曲行为分析。在此基础上编制薄壳结构的屈曲计算分析程序,并通过算例验证。研究结果表明:所编... 基于向量式有限元三角形薄壳单元的基本理论,推导力控制法和位移控制法的基本原理及在向量式有限元中的处理方式,以实现薄壳结构的屈曲和后屈曲行为分析。在此基础上编制薄壳结构的屈曲计算分析程序,并通过算例验证。研究结果表明:所编制的向量式有限元薄壳单元程序可以用于薄壳结构的静、动力屈曲和后屈曲分析,验证了理论推导和所编制程序的有效性和正确性。无需进行特殊处理,采用位移控制法可有效越过屈曲极值点,跟踪获得薄壳结构大位移大转动、屈曲及后屈曲运动变形的全过程。 展开更多

关键词 薄壳结构 向量式有限元 三角形薄壳单元 屈曲和后屈曲 位移控制 力控制

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基于六面体网格的向量式有限元分析及应用 被引量：5

13

作者 王震 赵阳 杨学林 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第4期480-486,共7页

基于向量式有限元基本原理,给出了八节点六面体等参实体单元的基本公式,通过投影方式将空间曲面六面体转换为投影六面体,采用参考面的逆向运动求解节点纯变形,通过单元形函的虚功方程计算节点内力;针对坐标模式和内力积分模式等关键问... 基于向量式有限元基本原理,给出了八节点六面体等参实体单元的基本公式,通过投影方式将空间曲面六面体转换为投影六面体,采用参考面的逆向运动求解节点纯变形,通过单元形函的虚功方程计算节点内力;针对坐标模式和内力积分模式等关键问题提出了有效的处理方案。编制了六面体实体单元的数值计算程序,并进行工程结构算例分析。结果表明,所编制程序可有效模拟实体结构的静力、动力及大变形大位移行为分析,验证了本文理论和程序的正确性和实用性。 展开更多

关键词 实体结构 向量式有限元 六面体网格 质点运动 动力分析 大变形大位移

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段塞流作用下海底悬跨管道涡激振动特性分析 被引量：5

14

作者 李效民 李胜 +1 位作者 顾洪禄 郭海燕 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2022年第6期37-43,146,共8页

对海底悬跨管道在段塞流和涡激振动(VIV)耦合作用下的动力响应进行了数值模拟。基于向量式有限元(VFIFE)法考虑内部段塞流动,结合尾流振子模型建立了海底悬跨管道涡激振动分析模型,研究了不同Taylor气泡或液塞平移速度(v_(T)=3~5 m/s)... 对海底悬跨管道在段塞流和涡激振动(VIV)耦合作用下的动力响应进行了数值模拟。基于向量式有限元(VFIFE)法考虑内部段塞流动,结合尾流振子模型建立了海底悬跨管道涡激振动分析模型,研究了不同Taylor气泡或液塞平移速度(v_(T)=3~5 m/s)、不同液塞长度(L_(S)=15 D~45D)下悬跨管道的横向振动特性。结果表明:海底悬跨管道涡激振动的锁振区间受段塞流作用的影响有向后延展的趋势;Taylor气泡平移速度的增加、液塞长度的减小会显著增加锁振区间;液塞长度的增长将会增大管道振动响应幅值。 展开更多

关键词 悬跨管道 段塞流 涡激振动(VIV) 向量式有限元(vfife)法

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薄膜断裂和穿透的向量式有限元分析及应用 被引量：3

15

作者 王震 赵阳 杨学林 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第3期315-320,共6页

向量式有限元基于牛顿运动定律,通过质点描述和向量分析来求解整体结构的动力响应。首先,给出了向量式有限元三角形薄膜单元的基本理论,进而针对薄膜结构的断裂和穿透破坏过程,提出相应解决方案。对于薄膜断裂问题,采用Mises应力状态变... 向量式有限元基于牛顿运动定律,通过质点描述和向量分析来求解整体结构的动力响应。首先,给出了向量式有限元三角形薄膜单元的基本理论,进而针对薄膜结构的断裂和穿透破坏过程,提出相应解决方案。对于薄膜断裂问题,采用Mises应力状态变量达到失效应力限值作为断裂判据,通过质点分裂方式将相连单元的对应节点断开,并对分裂后的新质点进行状态更新来模拟其断裂过程;对于薄膜穿透问题,则同时结合碰撞和断裂过程模拟来实现。在此基础上,编制了薄膜结构的断裂和穿透求解计算程序,算例分析表明,程序可很好地完成薄膜结构的大变形大转动、断裂和穿透等不连续行为的模拟,验证了理论及程序的可靠性和有效性,体现了本文方法进行薄膜结构复杂不连续行为分析的优势。 展开更多

关键词 薄膜结构 向量式有限元 断裂 质点分裂 碰撞 穿透

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膜材碰撞接触分析的向量式有限元法 被引量：5

16

作者 王震 赵阳 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第3期378-383,共6页

向量式有限元是以向量力学理论为分析基础并基于点值描述来获得结构体系行为的新型分析方法。在简要介绍向量式有限元三角形膜单元基本理论的基础上,针对膜材与刚体、膜材与膜材两类碰撞接触问题,提出了碰撞检测和碰撞响应的处理方法。... 向量式有限元是以向量力学理论为分析基础并基于点值描述来获得结构体系行为的新型分析方法。在简要介绍向量式有限元三角形膜单元基本理论的基础上,针对膜材与刚体、膜材与膜材两类碰撞接触问题,提出了碰撞检测和碰撞响应的处理方法。通过膜材质点与三角形网格面之间的单向碰撞检测方法来处理膜结构的碰撞检测问题;结合罚函数法和中央差分位移式,提出基于中央差分式的罚接触力响应方法,同时赋予罚参数的选取规则,以处理膜结构的碰撞响应问题。在此基础上编制了向量式有限元膜单元的碰撞接触分析程序,并通过算例分析验证了理论推导和编制程序的可靠性和计算稳定性,体现出向量式有限元方法进行膜材碰撞接触分析的优势。 展开更多

关键词 膜材 向量式有限元 膜单元 碰撞接触 罚函数法 碰撞检测 碰撞响应

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基于有限元-向量式有限元的斜拉桥非线性振动计算方法 被引量：9

17

作者 王涛 胡宇鹏 +1 位作者 张兴标 刘德贵 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2022年第3期129-138,215,共11页

向量式有限元(VFFE)法本质上是考虑几何非线性的有限元(FE)显式动力时程积分方法。阐述了向量式有限元的基本原理,对比了向量式有限元与基于单元随动坐标系的非线性有限元动力计算方法的相同点与差别,开发了使用杆、梁单元的有限元-向... 向量式有限元(VFFE)法本质上是考虑几何非线性的有限元(FE)显式动力时程积分方法。阐述了向量式有限元的基本原理,对比了向量式有限元与基于单元随动坐标系的非线性有限元动力计算方法的相同点与差别,开发了使用杆、梁单元的有限元-向量式有限元统一算法框架的计算程序。使用该程序建立了大跨度斜拉桥计算模型,首先,使用非线性有限元法计算了斜拉桥的静力状态与动力特性,计算了列车-桥梁耦合动力作用下桥梁的振动;然后,使用向量式有限元法计算了斜拉桥在拉索突然断裂状态下的非线性振动;最后,计算了在列车-桥梁耦合动力作用下,拉索发生断裂时,桥梁与列车的振动状态。结果表明:使用向量式有限元可以简单可靠地直接模拟斜拉桥在破坏状态下的非线性振动状态;列车运行至跨中附近时,若斜拉桥跨中最长拉索突然发生断裂,对其他拉索的安全性影响不大,离断裂拉索越远的拉索受到的影响越小,但拉索突然断裂会对桥上行驶中列车的安全性造成威胁。该研究为大跨度斜拉桥在破坏状态下的非线性振动分析提供了新的解决方案。 展开更多

关键词 桥梁工程 斜拉桥 向量式有限元(VFFE)法 非线性振动 拉索断裂

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大规模向量式有限元行为数据压缩模型及算法 被引量：2

18

作者 杜庆峰 周晓玮 +1 位作者 谢涛 周雪非 《同济大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第11期1711-1717,共7页

针对向量式有限元程式计算所产生的结果数据体积庞大,上传云端和读取处理的速度瓶颈,必须对其进行有效的压缩.通过对向量式有限元行为数据进行分析,依据数据本身的冗余度高、无效信息多、数据格式较长等特点,进而提出一种适用的压缩算法... 针对向量式有限元程式计算所产生的结果数据体积庞大,上传云端和读取处理的速度瓶颈,必须对其进行有效的压缩.通过对向量式有限元行为数据进行分析,依据数据本身的冗余度高、无效信息多、数据格式较长等特点,进而提出一种适用的压缩算法,对行为数据进行时间帧合并、删减冗余数据、舍去过长精度、线元素增量表示等压缩方法.经过验证,本算法压缩后的数据体积明显减小,而程序读取数据的速度则有显著提高,大幅改善了向量式有限元行为分析软件的使用效率. 展开更多

关键词 向量式有限元 数据压缩算法 行为数据

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钢悬链线立管初始位形及内力分析 被引量：3

19

作者 李效民 马芳俊 郭海燕 《中国海洋大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2018年第10期116-122,共7页

基于向量式有限元法对钢悬链线立管初始几何位形及内力进行了建模和求解。向量式有限元是以向量式力学与数值计算为基础的一种结构行为分析的创新性方法。本文提出了一种初始位形建模新方案,将立管离散成一系列质点的集合,质点间用只承... 基于向量式有限元法对钢悬链线立管初始几何位形及内力进行了建模和求解。向量式有限元是以向量式力学与数值计算为基础的一种结构行为分析的创新性方法。本文提出了一种初始位形建模新方案,将立管离散成一系列质点的集合,质点间用只承受内力而无质量的弯曲杆件元连接,采用牛顿第二定律来表达质点的运动行为,并用中央差分的显式积分法求解质点各时刻的控制方程,编制相应Matlab求解程序。与他人研究对比分析了三种立管形式,结果表明基于向量式有限元的位形求解方案是可行和正确的,分析了该方法所具备的优势,为悬链线立管初始位形和内力计算提供了一种高效的数学模型及可靠稳定的数值模拟方法。 展开更多

关键词 向量式有限元 简单钢悬链线立管 缓波形钢悬链线立管 几何位形

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下击暴流作用下单层球面网壳倒塌破坏研究 被引量：4

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作者 霍林生 赵伟 陈超豪 《防灾减灾工程学报》 CSCD 北大核心 2022年第2期354-361,382,共9页

针对大跨空间结构在下击暴流作用下破坏规律尚不明确的问题,本研究分析了下击暴流作用下K8型单层球面网壳结构的破坏模式与失效规律。基于确定性-随机性混合模型模拟了下击暴流风场,其中平均风的模拟采用Wood竖向风剖面模型和Holmes经... 针对大跨空间结构在下击暴流作用下破坏规律尚不明确的问题,本研究分析了下击暴流作用下K8型单层球面网壳结构的破坏模式与失效规律。基于确定性-随机性混合模型模拟了下击暴流风场,其中平均风的模拟采用Wood竖向风剖面模型和Holmes经验模型,脉动风的模拟则采用自回归模型。基于向量式有限元分析方法,考虑结构的几何非线性、材料非线性及构件断裂准则,对下击暴流作用下不同矢跨比的网壳结构进行弹塑性时程分析及连续倒塌过程模拟。通过研究矢跨比分别为1/3、1/5与1/7时,结构节点位移幅值的变化及下击暴流平均风荷载与总风荷载对结构破坏模式的影响,探究单层球面网壳结构在下击暴流作用下的失效规律。研究结果表明:下击暴流作用下单层球面网壳结构的失效主要是由结构杆件屈曲所致,且平均风的影响占主导地位,决定着结构的破坏模式,而脉动风则使得结构响应加剧,破坏时间提前。此外,随着结构矢跨比的增大,结构的体型系数与受风面积随之变化,进而影响结构的破坏模式,使其由局部杆件渐进式屈曲失效的模式向结构整体瞬时失效的模式转变。研究成果可为大跨空间结构的抗下击暴流设计提供参考。 展开更多

关键词 下击暴流 单层球面网壳 向量式有限元 连续倒塌

在线阅读 下载PDF 职称材料