基于LS-DYNA的理想弹塑性材料本构关系模型开发基本方法

LS-DYNA是一款功能强大的有限元分析计算软件,软件自身含有强大的材料库,更允许用户添加自定义的材料本构关系模型,用于得到更准确的仿真结果。基于该平台,介绍了该软件与用户自定义材料子程序之间的数据交互关系,并利用弹塑性力学相关知识,分别建立了理想弹塑性材料的弹性本构关系与塑性本构关系,最后通过算例验证了所构建材料本构关系的正确性,并编写了基于LS-DYNA平台的理想弹塑性材料本构关系,介绍了开发的基本方法,为应用自编写复杂本构关系材料的工程仿真提供了基础。     

地基极限承载力的无网格分析

在无网格伽辽金法的基础上,利用应力应变增量形式表征了基于Drucker-Prager屈服准则的土体弹塑性本构关系;在小变形假设的前提下,实现了基于增量本构关系的弹塑性分析的无网格伽辽金法;采用罚参数修正了能量变分方程式,方便地实现了无网格伽辽金法的本质边界条件;并采用Newton-Raphson增量迭代法计算地基土体的极限荷载,其分析结果与静载试验结果吻合较好,验证了本文方法的合理性,进一步拓展了无网格伽辽金法的应用范围.同时与有限元计算结果作了对比研究,体现了无网格法的优越性.     

混凝土受压性能的非均质细观数值模拟

将混凝土看作是由骨料、砂浆及它们之间的界面组成的三相复合材料,在细观层次上建立了非均质混凝土棱柱体试件的随机骨料模型,分别赋予细观单元弹脆性损伤本构关系或弹塑性本构关系,研究了采用不同本构关系的混凝土棱柱体试件在单轴压缩荷载作用下的细观损伤演化过程,获得了相应的混凝土单轴受压宏观应力-应变曲线,并将计算结果与试验结果做了比较.结果表明:混凝土试件的破坏是由于细观损伤的积累导致的;非均质模型计算所得的宏观应力-应变曲线上升段与试验结果吻合相对较好,弹塑性本构模型计算所得的曲线下降段比弹脆性模型更接近于试验曲线.     

层状岩体各向异性弹塑性本构模型的数值实现

层状岩体具有明显的各向异性变形和强度特性,与均质岩体相比其稳定性及破坏条件表现的极为复杂,因而岩体的各向异性本构关系成为重要的研究课题。在研究层状岩体各向异性等效弹性参数及ABAQUS自带节理材料模型基础上,结合层状岩体弹性参数的各向异性研究,采用FORTRAN语言编制了本构子程序,使层状岩体各向异性弹塑性模型得以数值实现。以某岩质边坡为数值算例,采用多种工况对比分析,验证了层状岩体各向异性弹塑性数值模型的可靠性,从而为实际工程中研究层状岩体的各向异性特征提供数值计算基础。     

断层作用下海底管道应变的改进解析分析方法

活动断层是海底管道的主要地质灾害威胁之一,断层作用下管道会产生过量的轴向变形而失效。提出一种改进的走滑断层作用下海底管道应变解析分析方法:根据线性强化模型考虑了管材的非线性本构关系,通过理想弹塑性本构的非线性土弹簧模型准确计算土壤非线性约束对管道结构响应的影响,由管道受力微分控制方程推导得到管道内轴向应变的解析结果,并给出管道伸长量的显示表达式。最终基于平衡方程和迭代计算,可以精确计算管道应力应变。对比有限元计算结果,改进后的管道应变解析分析方法较现有的推荐方法(Newmark法)计算精度更高。     

含有涡量张量的非线性雷诺应力本构方程

根据Donald]son提出的湍流计算模型应满足的条件,将一个对称的且迹为零的涡量张量二次项加入到雷诺应力和流场时均量的本构关系中,建立了一个新的非线性雷诺应力本构方程.应用该方程对具有方形截面的直管湍流流动和圆管湍流流动进行计算,结果表明:这种新的雷诺应力本构方程可以正确地预示二次流的存在,明显改进对雷诺正应力的大小及各向异性的计算.     

考虑应变率影响的单轴受压岩石动态变形过程模拟

针对岩石的动态变形特征，引进Kelvin模型，采用粘性元件和弹塑性元件模型并联的方法，建立岩石单轴压缩的受力分析模型，以此反映加载速度或应变率对岩石动态变形特性的影响。通过探讨岩石动态变形过程的体积变化影响，引进统计损伤理论，建立弹塑性体损伤统计本构模型。进而建立可反映加载速度或应变率影响的单轴受压岩石统计损伤本构模型，并提出其参数确定方法。实例分析表明：该模型不仅能反映岩石强度和弹性模量或刚度随应变率提高而增加的特性，而且能较好地模拟单轴受压岩石的动态变形过程，具有一定的合理性。     

钢筋混凝土梁弹塑性问题的计算机仿真分析

利用ANSYS对钢筋混凝土结构的弹塑性进行分析,探讨了单元类型的选取及材料的本构关系模型和结构模型的建立。结合作者的经验提出了仿真分析时应该注意的问题;最后通过与试验值的比较,验证了仿真结果的真实、可靠性。     

基于FLAC3D的调压井开挖三维应力应变分析

 采用有限差分法大型商用软件FLAC3D对某水电站调压井井筒的开挖过程进行三维非线性模拟，采用三维弹塑性本构模型，构建了调压井的三维计算数值模型，准确模拟边坡坡体结构、初始地应力、施工开挖过程等，并采用FLAC3D中的锚杆单元模拟调压井开挖时的锚固措施，分析锚杆布置的合理性与安全性，根据计算结果分析调压井所处边坡区域的岩体在开挖施工期及运行期典型工况下的应力和变形状况，对调压井的整体、局部稳定性进行了评价分析。     

基于ANSYS二次开发的三剪统一强度理论的弹塑性刚度矩阵的验证

利用ANSYS二次开发平台用户程序特性（UPFS），通过子程序USERMAT．F，编写出三剪统一强度理论的有限元子程序（SJMAT．F）。通过比较静水压力条件下的圆形隧洞的理论解和ANSYS二次开发计算出的数值解，验证三剪统一强度理论的理想弹塑性本构关系推导和子程序编写的正确性。     

堆载作用下考虑界面接触行为的桩-土相互作用分析

采用三维有限元模型,对在堆载作用下软土与桩的相互作用进行分析,分析中考虑土的非线性和大应变,并在桩土间设置接触单元.重点研究桩土交界面上的接触应力以及土参数对土侧压力的影响.所得到的桩土交界面上的应力分布可以很好地解释离心实验结果,参数研究有助于更深刻地理解软土与桩的相互作用机理.     

曲壳有限变形研究之一：理论及有限元列式

以位移型退化壳理论为基础，提出了精确描述壳体结构几何非线性行为的有限变形完整理论，该理论充分发挥了刚性线段的运动学模型和有发元转动矩阵的作用，精确表达出非线性的位移－应变关系，抛弃了以往的和中简化假设，如小位移，小剪切应变，小转动增量，乃至小加载步长等，采用ＴＬ方法给出了有限变形完整理论的曲壳单元列式。     

基于固有应变的船体板列焊接变形数值预测

采用固有应变有限元法,对船体板列焊接变形进行预测.确定了固有应变加载区域,进行了热弹塑性有限元分析,获得焊接温度场和应变场,提取热弹塑性有限元分析得到的残余应变数据,作为相应加载区域的固有应变值.加载固有应变值,进行结构弹性分析获得板列焊接变形,数值模拟结果可为板列焊接变形预测提供依据.分析了不同的焊接顺序对固有应变加载和结构变形的影响.     

基于有限元的随焊锤击焊接温度场数值模拟

随焊锤击的时机取决于温度场变化,针对此问题,以MZ1-1000型自动埋弧焊机、Φ2 mm的H08A焊丝为例,对平板堆焊进行了模拟,建立了三维有限元计算模型,并编制了实现热源移动的循环子程序;运用表面效应单元,解决了两种不同载荷同时加载的问题,实现了焊接温度场的三维动态模拟,得到了不同时刻焊件的焊接温度场分布。     

预测混凝土T形柱受剪承载力新思路

通过钢筋混凝土T形柱轴心受压承载力试验及Ansys有限元实体模型非线性分析,证实Ansys有限元实体模型能够较准确地模拟、预测异形柱轴心受压承载力-变形全曲线.在此基础上,对异形柱低周往复加载试验中某—T形柱进行有限元实体模型轴心受压承载力分析,并将其轴心受压承载力—变形全曲线转化为Beam189单元的本构模型,进而利...     

干燥和储藏过程中稻谷颗粒内部应力的有限元法分析

以粘弹性材料的积分松弛型本构关系为基础,建立了粘弹性体的有限元分析模型,编制了热一湿应力计算的轴对称有限元程序。应用该程序研究了长粒稻谷在干燥和储藏过程中内部应力分布及其变化规律,并与实验结果进行了比较,分析了谷粒在储藏阶段出现裂纹的直接原因。     

滩海埋地管道变形相似试验与抗漂浮数值计算

研究滩海天然气管道的变形规律和抗漂浮问题,可为该方面设计和计算提供参考依据,对保障管道安全运行有着重要意义。设计了滩海埋地天然气管道变形相似试验,模拟了在预定工况下滩海管道的变形过程,并采用有限元软件ANSYS计算了相同工况下的管道与土体的受力变形结果,与试验结果进行了对比,从而提出了一套关于滩海管道抗漂浮计算的有限元计算方法。采用ANSYS对实际工程管道的抗漂浮计算结果表明：在管道模型两端约束区,局部应力集中现象比较严重;远离约束区的管道各截面变形趋于一致,属于平面应变问题;随着管道埋深的减小,受浮力作用段管道的y向位移加速增大。（图13,表3,参12）     

2维梁有限变形的精确理论和近似理论

提出了用以判别梁的有限变形精确理论与近似理论的3条准则,在李明瑞的2维梁有限变形精确理论的基础上推导出几种合理的简化理论,将Reissuer-Simo理论补充成为完整的近似理论,通过算例对各种理论作了比较。     

大变形有限元法计算水闸地基稳定性(Ⅰ)—基本原理

在水闸地基整体稳定性研究中,选择弹塑性大变形有限元进行计算。采用大变形问题的UpdatedLagrangian描述方法,基于土体失稳过程是弹塑性大变形的问题,建立了土体稳定分析的弹塑性大变形有限元模型,提出了坐标更新和非线性方程组线性化的方法,推导了相应的计算公式。