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用三维梁-颗粒模型BPM3D(beam-particlemodelinthreedimensions)对岩石类非均质脆性材料的力学性质和破坏过程进行了数值模拟。梁-颗粒模型是在离散单元法基础上,结合有限单元法中的网格模型提出的用于模拟岩石类材料损伤破坏过程的数值模型。在模型中,材料在细观层次上被离散为颗粒单元集合体,相邻颗粒单元由有限单元法中的弹脆性梁单元联结。梁单元的力学性质均按韦伯(Weibull)分布随机赋值,以模拟岩石类材料力学参数的空间变异性。材料内部裂纹通过断开梁单元来模拟。通过自动生成的非均质材料模型对岩石类材料的破坏机理进行研究。岩石类非均质脆性材料在单轴压缩状态下破坏过程细观数值模拟结果显示,岩石材料宏观破坏是由于其内部细观裂纹产生、扩展、贯通的结果。通过数值模拟结果之间的对比分析,揭示出岩石试样宏观破坏模式随细观层次上韦伯分布参数的变化而不同。与实际矿柱破坏形态的对比分析表明了模型的适用性。根据数值模拟结果对岩石类非均质材料的破坏机理进行了探讨。 相似文献
2.
为分析加筋材料的抗弯刚度对加筋性能的影响,加筋材料采用梁单元形式。基于动态松弛法,通过定义梁单元的刚度矩阵,求解内力矢量,随后定义虚拟质量密度而建立总质量矩阵,将加筋材料的梁单元有限元模型嵌入到已有的动态松弛法求解程序中。通过对简支梁的简单加载模拟验证了该梁单元模型的准确性能。随后,将该有限元模型与已有的动态松弛法计算程序结合（含砂土本构及弱面单元模型）,对加筋砂土地基室内模型试验进行了数值模拟。将梁单元的模拟结果与杆单元（梁单元的特例）模拟结果进行了比较,并分别探讨了抗拉刚度和抗弯刚度对加筋砂土地基承载性能的影响。结果表明：抗拉刚度对承载能力的影响较小;抗弯刚度对承载力的影响程度与加筋材料的布置形式有关,特别是当加筋砂土中出现剪切带以后,其影响逐渐增大。因此,在分析加筋砂土结构的增强机制时,建议采用梁单元（具有一定的抗弯刚度）对加筋材料进行模拟。 相似文献
3.
弹丸侵彻无钢筋混凝土的数值模拟 总被引：1，自引：0，他引：1
采用二维梁-颗粒模型BPM2D（beam-particle model in two dimensions）模拟了刚性弹丸侵彻无钢筋混凝土的过程。离散元法（DEM）和有限元法（FEM）等数值计算方法各有其优势,同时也都存在不足之处：离散元法适于处理由连续介质向非连续介质转化的破坏问题,但对于连续体计算结果精度不高;有限元法适于预测材料破坏的区域,但难以直接用于计算脆性材料破坏过程,因此将两种方法结合可以形成一种较好的混合模型。梁-颗粒模型BPM2D是基于离散元法,结合有限元法开发的二维数值计算模型,采用3种类型梁单元形成混凝土数值试样,每种类型梁单元的力学性质均按韦伯（Weibull）分布随机赋值,以模拟混凝土细观结构的非均匀性,同时梁单元的强度随应变率不同而变化。利用此模型分析了弹丸侵彻下混凝土的破坏过程,并给出侵彻过程弹丸减速度-时间历程曲线。比较计算结果与试验数据表明梁-颗粒模型可有效应用于计算和模拟脆性材料动态破坏问题。 相似文献
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基于AutoCAD和OpenGL有限元可视化建模,利用Fortran语言对模型文件中的单元信息进行改写,提出了一种在地下厂房有限元模型中生成沥青单元网格的方法,显著减少了模型单元数与节点数,提高了建模与计算效率。采用隐式杆单元法模拟涂沥青锚杆,隐式柱单元法模拟普通锚杆,推导了其刚度矩阵及有限元迭代计算公式,并应用于地下厂房岩锚梁锚杆涂沥青段的有限元分析中。结果表明,吊车梁附近围岩破坏区减少,围岩深部锚杆应力增大,说明围岩受力特性得以改善,围岩和吊车梁整体安全度增大,符合工程实践经验。所提出的计算和单元再分方法可操作性和实用性大,可为类似工程有限元分析提供参考。 相似文献
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砂岩类脆性无序介质连续破坏过程的细观模拟 总被引：1，自引：0，他引：1
为了分析砂岩类无序介质在各种荷载作用下的连续破坏过程,本文提出了梁-颗粒细观模型。在此模型中,介质被离散为一系列的颗粒单元,这些颗粒单元均由弹脆性的梁单元联结。颗粒的力学行为由离散单元法和有限单元法确定。当某个梁单元所受应力超过其强度时,就随即将它从计算网络中剔除,以模拟介质的破坏行为。为了验证数值模型的可靠性,分别从破坏模式和荷载-位移曲线两方面与物理模型实验进行了对比,结果表明两者基本一致。此外,探讨了无序性对介质裂纹分布形式的影响,并用分维表述了裂纹分布与荷载强度之间的内在联系。 相似文献
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为研究冻结管对人工冻结构件的加筋作用,通过淤泥质粘土人工冻结梁构件三点弯试验,获得了各级载荷下构件的位移值,并运用MARC软件中的加筋单元进行了对应的有限元计算.根据对冻土梁加筋与否,构件特定力学响应的比较分析,揭示了考虑土层冻结构件中冻结管的加筋作用对于增加冻结构件强度,减小变形量及对提高人工冻结支护工程经济效益的重要作用.同时,通过物理试验和数值模拟试验的对比,验证了应用MARC软件进行类似计算的可靠性. 相似文献
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冻结管对人工冻结构件加筋作用的试验研究及数值模拟 总被引：1，自引：0，他引：1
为研究冻结管对人工冻结构件的加筋作用,通过淤泥质粘土人工冻结梁构件三点弯试验,获得了各级载荷下构件的位移值,并运用MARC软件中的加筋单元进行了对应的有限元计算. 根据对冻土梁加筋与否,构件特定力学响应的比较分析,揭示了考虑土层冻结构件中冻结管的加筋作用对于增加冻结构件强度,减小变形量及对提高人工冻结支护工程经济效益的重要作用. 同时,通过物理试验和数值模拟试验的对比,验证了应用MARC软件进行类似计算的可靠性. 相似文献
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将基于圆化多边形离散单元法与有限元方法结合,提出一种可变形圆化多边形离散单元法。此法对块体离散元进行圆化处理,可较好地表征不规则块体外形,又保留了颗粒离散元计算高效的优势。在求解接触力时,消除了角点处法向奇异等问题,同时增强计算的稳定性和简化接触判断。同时对切向接触力计算模型进行修正,使得接触力计算效率得到提高。此法突破了圆化多边形刚体假设的限制,可以精确计算任意形状不规则离散单元之间的相互作用,对单元的运动和变形进行模拟。通过超静定梁冲击试验、不规则块体单轴压缩试验和料斗流动“卡阻”试验3个数值模拟算例,论证此法可以有效地捕捉单元的碰撞、分离和变形等空间运动和自身特性以及其细观力学表征。 相似文献
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为有效模拟裂缝性页岩储层中水力裂缝随机扩展过程,基于单元节点的拓扑数据结构,利用网格节点分裂方式,建立了一种基于有限元网格嵌入零厚度内聚力单元的水力裂缝随机扩展新方法。利用KGD模型解析解和2种室内试验,验证了新方法的准确性和有效性。同时,通过数值算例研究了水平地应力差和储层非均质性对水力裂缝随机扩展过程的影响。研究表明:(1)该方法弥补了ABAQUS平台内置的内聚力单元无法有效模拟水力裂缝随机扩展的不足;(2)在较高水平地应力差下页岩储层非均质性越强,与水力裂缝相交的高角度天然裂缝越容易开启。所建方法能准确地描述复杂水力裂缝的随机扩展行为,可为裂缝性页岩储层的数值模拟提供新手段。 相似文献
10.
为考虑基坑工程的空间效应,土体分别采用K0固结和正常固结试样固结不排水(CU)试验得到的Duncan-Chang非线性弹性模型和Mohr-Coulomb理想弹塑性模型,运用ABAQUS软件按照三维实体单元、壳单元、梁单元考虑接触相互作用的耦合有限元法,建立了福州市一典型软土基坑工程整体三维有限元分析模型,对基坑施工的各工况下整个体系的响应进行了数值模拟"目标试验",并与实测结果和二维数值模拟结果进行了比较,结果表明,采用K0固结试样CU试验参数的Duncan-Chang模型对该基坑进行的三维非线性数值模拟分析方法是较为可靠的,较之Mohr-Coulomb理想弹塑性模型和二维有限元分析,其结果的优势是明显的,是值得推崇和具有较好应用价值的方法。 相似文献
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Xuecheng Bian Chong Cheng Jianqun Jiang Renpeng Chen Yunmin Chen 《Acta Geotechnica》2016,11(2):281-294
High-speed train induced vibrations of track structure and underlying soils differ from that induced by low-speed train. Determining the critical speed of train operation remains difficult due to the complex properties of the track, embankment and ground. A dynamic analysis model comprising track, embankment and layered ground was presented based on the two-and-half-dimensional (2.5D) finite elements combining with thin-layer elements to predict vibrations generated by train moving loads. The track structure is modeled as an Euler–Bernoulli beam resting on embankment. The train is treated as a series of moving axle loads; the embankment and ground are modeled by the 2.5D finite elements. The dynamic responses of the track structure and the ground under constant and vibrating moving loads at various speeds are presented. The results show that the critical speed of a train moving on an embankment is higher than the Rayleigh wave velocity of the underlying soil, attributed to the presence of the track structure and the embankment. It is found that the dynamic response of ground induced by moving constant loads is mostly dominated by train speed. While for the moving load with vibration frequency, the ground response is mostly affected by the vibration frequency instead of train speed. Mach effect appears when the train speed exceeds the critical speed of the track–embankment–ground system. 相似文献
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随着我国冻土地区铁路运营里程的不断提升,冻土路基在随机列车荷载作用下的动力响应分析成为了急需解决的工程问题。本文以青藏铁路某路基横断面为例,采用时域显式蒙特卡罗模拟法,计算其在随机列车荷载作用下响应的统计特征。首先,提出列车驶过施加在路基顶面荷载的快速计算方法,并引入轨道不平顺及列车行驶速度两类随机参数,以生成随机分析所需的大量荷载样本。然后,采用数值积分方法将运动方程在时域上进行离散,建立任意离散时刻冻土路基动力响应关于列车荷载的显式表达式。基于该显式表达式,可以高效地实施蒙特卡罗模拟,得到在随机列车荷载作用下路基关键响应的均值、标准差和峰值等统计量。采用该方法,分析了路基在夏冬两个季节不同深度处的随机动力响应,发现在夏季路基浅层中的位移和速度响应最为剧烈。数值算例表明,时域显式蒙特卡罗模拟法在冻土路基随机振动分析中具有理想的计算精度和计算效率。 相似文献
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采用精细化和多尺度建模技术,建立了设计速度为350 km/h的双线高速铁路轨道-路基-地基非线性耦合系统的真三维动力分析模型,将地基土和路基填筑材料的非线性纳入分析模型中,采用三维黏弹性静-动力统一人工边界技术对地基无限域进行模拟,采用动接触算法模拟底座板底面和基床表层表面之间的相互作用,考虑移动荷载作用前路基-地基中客观的静应力状态对后续动力计算的影响,依托大规模并行计算技术和单元生死技术,模拟了地基的初始应力场生成、路基结构和轨道系统的施工过程,在此基础上模拟了与8辆编组的某型动车组轮对空间位置相对应的、作用于钢轨顶部的压力荷载的移动过程。基于分析结果,归纳了移动荷载作用下高速铁路轨道-路基-地基系统中振动加速度频谱的衰减特性。 相似文献
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秦－沈铁路列车运行引起的地面振动实测与分析 总被引：9，自引：1，他引：8
秦皇岛－沈阳铁路是国内一条快速客运专线, 2002年由铁道部组织了第2次综合试验,对垂直线路不同距离、不同行车速度下的地面振动进行了现场测试。首先分析了实测地面竖向振动加速度特征,重点讨论列车编组及行车速度对地面振动的影响。将轨道作为弹性地基上的梁,考虑轨枕的离散作用,建立了运行车辆-轨道-地面振动模型。基于薄层法原理,推导了柱坐标系下的二次形函数薄层法,求得分层土体的稳态响应,首次对秦皇岛－沈阳快速客运专线产生的地面振动进行了分析。结果表明：移动轴重作用率对加速度频谱起控制作用;因列车速度远小于地基的瑞利波速,故未出现地面振动放大现象;振动加速度与轮轴荷载呈线性增加趋势。 相似文献
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渗流场随机性的随机有限元分析 总被引：3，自引：0，他引：3
基于一阶Taylor随机有限元法,推导出相应的渗流场随机分析中渗流响应量（水头和水力梯度）的随机响应公式,进而实现三维稳定渗流场随机有限元分析,并编制了相应的程序。在分析中,将渗流区域材料的渗透张量视为三维各向异性随机场,利用三维可分离向量随机场的局部平均法对随机场进行离散,根据参数选取的不同,可以离散出不同数量的随机变量。最后,给出一个算例,对离散出随机变量数量不同的情况分别进行随机分析,将分析结果和仅仅将渗透张量视为三维随机变量得到的结果对比,验证了所提方法的可行性。 相似文献
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The paper presents a three‐dimensional study on the steady‐state response of a track system and layered half‐space soil medium subjected to the load induced by the passages of a moving train with the substructure method. Practically, due to the ground water table being several meters beneath the ground surface, the soil profile can be divided into two layers: the upper layer modeled by an elastic medium and the lower layer by a fully saturated poroelastic medium governed by Biot's theory. In the meanwhile, the rails are regarded as an infinitely long Euler beam, and the sleepers are represented by a continuous mass. The effect of the ballast is accounted for by introducing the Cosserat model for granular medium, and the train is described by a series of moving axle point loads, depending on the geometry of the train. The influences of the thickness, the mass and the rigidity of the elastic layer and the mass of the ballast on rail's displacement responses are carefully investigated. Numerical results show that the influences of these parameters are significant for high train velocity, while vanishes for low velocity. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd. 相似文献
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The uncertain settlement response of pile groups is determined using a ‘hybrid’ formulation and a first-order perturbation technique. The spatially varying soil modulus, which gives rise to the uncertainties in the pile group settlement, is modeled as a homogeneous random field. The random field is assumed to be one-dimensional since the ‘hybrid’ formulation does not account for horizontal variation in the soil properties. Using the proposed method, the coefficient of variation of the pile group settlement is computed. The single-pile solutions obtained compare favorably with the solutions from a conventional stochastic finite element analysis. Pile groups of sizes ranging from two to twenty-five piles are studied. It is observed that the coefficient of variation is not significantly affected by the pile spacing as well as the group size. By defining an appropriate performance function, the reliability index of a pile group system is also found to be approximately the same as that of a single-pile system. These observations suggest that the solutions for a single pile may be used to estimate the uncertainties in the settlement response of pile groups. 相似文献
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Transient seepage analysis in zoned anisotropic soils based on the scaled boundary finite‐element method 
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下载免费PDF全文 The scaled boundary finite‐element method, a semi‐analytical computational scheme primarily developed for dynamic stiffness of unbounded domains, is applied to the analysis of unsteady seepage flow problems. This method is based on the finite‐element technology and gains the advantages of the boundary element method as well. Only boundary of the domain is discretized, no fundamental solution is required and singularity problems can be modeled rigorously. Anisotropic and non‐homogeneous materials satisfying similarity are modeled with no additional efforts. In this study, firstly, formulation of the method for the transient seepage flow problems is derived followed by its solution procedures. The accuracy, simplicity and applicability of the method are demonstrated via four numerical examples of transient seepage flow – three of them are available in the literature. Homogenous, non‐homogenous, isotropic and anisotropic material properties are considered to show the versatility of the technique. Excellent agreement with the finite‐element method is observed. The method out‐performs the finite‐element method in modeling singularity points. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd. 相似文献
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A new method is developed for analysis of flexible foundations (beams) on spatially random elastic soil. The elastic soil underneath the beams is treated as a continuum, characterized by spatially random Young’s modulus and constant Poisson’s ratio. The randomness of the soil Young’s modulus is modeled using a two-dimensional non-Gaussian, homogeneous random field. The beam geometry and Young’s modulus are assumed to be deterministic. The total potential energy of the beam-soil system is minimized, and the governing differential equations and boundary conditions describing the equilibrium configuration of the system are obtained using the variational principles of mechanics. The differential equations are solved using the finite element and finite difference methods to obtain the beam and soil displacements. Four different beam lengths, representing moderately short, moderately long and long beams are analyzed for beam deflection, differential settlement, bending moment and beam shear force. The statistics of the beam responses are investigated using Monte Carlo simulations for different beam-soil modulus ratios and for different variances and scales of fluctuations of the soil Young’s modulus. Suggestions regarding the use of the analysis in design are made. A novelty in the analysis is that the two-dimensional random heterogeneity of soil is taken into account without the use of traditional two-dimensional numerical methods, which makes the new approach computationally efficient. 相似文献
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为解决确定性模型可能为地下水源地划分带来的保护不足或过保护问题,探索采用基于正交拉丁超立方抽样法的地下水模型研究,并结合粒子反向追踪技术,进行地下水流随机模拟和对应保护区的概率统计分析,最终得到具有分布概率的保护区范围。为验证该方法的实用性与可靠性,选取北京市平谷区王都庄应急水源地进行实例应用研究。在考虑渗透系数和降雨补给量随机抽样组合基础上进行地下水流动随机模拟,并完成对应保护区划分和加权统计。与确定性模拟划分结果相对比:一级保护区中,确定性模拟划分结果仅相当于随机模拟结果中统计概率70%以上的范围;对于二级保护区,确定法对应保护面积相当于随机模拟结果中50%概率以上的范围。实例研究表明,基于正交拉丁超立方抽样的随机模拟法可完成多个不确定性输入变量条件下的随机模拟,且在小样本数的基础上获得理想结果,适用于复杂水文地质条件下的地下水源地保护区划分研究。 相似文献