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关键词： 海上风电   三桩导管架基础   疲劳分析   模态分析   ANSYS  

摘要： 三桩导管桩基础方案为风机基础的代表方案,因此,对三桩导管桩基础的研究拥有很高的工程意义。本文以江苏近海某风电场项目为参照工程实例,结合该海域的环境特点,建立海上风电机组三桩导管架基础的有限元模型,通过ANSYS软件对三桩导管桩基础进行结构计算、模态分析和疲劳分析等工作,给出了相关计算结果,为我国的海上风机基础设计和施工提供了理论指导。

关键词： 键基近场动力学   有限元化   脆性材料   变形破坏   UEL  

摘要： 传统固体力学在处理裂纹萌生、扩展等不连续问题时会遇到麻烦,因为其理论涉及位移的空间微分方程,这种微分型方程在不连续处没有定义,存在奇异性。新兴的近场动力学方法是基于长程非局部作用,以对位移的空间积分方程来描述脆性材料力学行为的理论方法,它不涉及对位移的空间微分,在不连续处仍有定义,不存在奇异性,兼具了分子动力学和无网格法的优点。近场动力学的常规数值解法是动态松弛法,长程非局部作用导致该方法存在计算效率低、计算结果精度不高、边界效应显著以及位移边界施加不便、尤其是应力边界无法直接施加等难题,这些严重制约了近场动力学方法在实际工程中的应用。而将其与传统连续介质力学数值模拟方法结合起来(比如有限元法),可以很大程度上解决这些难题。一种解决方式是对近场动力学的理论方法进行有限元化,并与传统有限元相结合,在统一有限元框架下进行求解,这为近场动力学方法在实际工程中的应用铺平道路,也为脆性材料破坏机理的研究提供强有力的解决手段。本文基于最小势能原理,通过将系统总势能进行泰勒展开,研究了近场动力学有限元化过程,在有限元软件ABAQUS中实现了近场动力学有限元化方法与传统有限元法的结合,使近场动力学更易于应用在不同学科领域以及实际工程破坏问题中。最后,算例验证了这种统一在有限元框架下的求解方法可以较精确模拟一维和二维非断裂问题,并研究了二维平板脆性裂纹扩展问题,取得了如下的研究成果:(1)详细论述了近场动力学方法的表面效应问题和边界条件的施加困难问题,分析了边界效应的成因,讨论了常用边界效应处理方法的优缺点。(2)基于最小势能原理和键基近场动力学的基本理论,根据原子级有限元方法中考虑原子间多体势的思路,给出了近场动力学数值求解的有限元化过程,解析表达出近场动力学的刚度矩阵和不平衡力,这种刚度矩阵和不平衡力适用于各种维度下的静、动力问题。(3)结合具有强大的非线性计算能力的商业有限元软件ABAQUS,编制了用户自定义单元UEL程序,开发了具有近场动力学特性的单元类型,结合ABAQUS已有单元类型,模拟了完好情况下的实例问题,结果表明这种统一在有限元框架下的求解方法提高了近场动力学的计算效率和结果精度、消除了近场动力学的边界效应、解决了位移边界和应力边界的施加问题。(4)近场动力学有限元化方法与传统有限元法的结合时,能直接使用ABAQUS软件生成的非规则形状网格,而不仅仅局限于传统的正方形规则网格。针对非规则网格,提出了两种面积计算方法。当传统有限单元作为边界时,有限元区域的最小宽度取和物质点的邻域半径一样大小时,可得到较精确的结果。(5)在ABAQUS中模拟了脆性材料裂纹的萌生、扩展以及贯通,准确预测了裂纹的开裂位置以及开裂路径,实现了从连续介质的有限元计算无缝地过渡到非连续介质的破坏计算,扩充了 ABAQUS模拟破坏的功能。

关键词： 弹性半空间   土—结构相互作用   动力机器基础   有限元   主动隔振  

摘要： 随着工业的发展,大型动力机器应用越来越多,对其基础的振动限制也更加严格。这就要求我们正确地进行动力机器基础的设计。本文以工程实例颚式破碎机基础为研究对象,对其进行全面分析,包括静力分析、动力分析和以舒适度为衡量标准的振动控制分析。以该工程为背景,研究了影响动力机器基础动力反应的主要因素和适用于动力机器基础隔振方案的隔振效果。本文主要工作如下:(1)对颚式破碎机基础进行了静力计算,采用质—弹—阻和弹性半空间两种计算模式对其进行动力计算,分析两种动力计算模式计算结果产生差异的主要原因有:附加质量、埋深比的限值及地基刚度和阻尼系数的取值方法。(2)针对Lamb问题,对等效一致粘弹性人工边界和固定边界两种情况下的土体模型分别进行数值分析,结果表明添加等效一致粘弹性人工边界的土体模型对Lamb问题的模拟解与其解析解具有较高的吻合度,所以采用该种建模方式可以合理模拟土体的无限域。(3)以颚式破碎机基础为例,运用有限元软件ABAQUS模拟分析影响动力机器基础动力反应的主要因素,结果表明侧填土刚度、地坪刚度、地基刚度对基础动力反应影响较大。(4)本文通过采用主动隔振的方案来减轻动力机器振动对周围环境的影响。对颚式破碎机基础分别施加构造措施隔振方案、地面屏障隔振方案和安装隔振器隔振方案,经过比较分析得出安装隔振器隔振方案最优。本文的研究成果可为动力机器基础的设计与振动控制提供参考。

关键词： 生物力学   皮质骨钉道螺钉   运动单元   融合器   运动状态  

摘要： 实验设计生物力学有限元研究目的建立CBT以及TT螺钉固定的腰椎L4-L5节段的三维有限元模型（3D-FEM）,并利用该模型对单钉力学强度以及椎体运动单元的生物力学特性进行考察。材料与方法通过CT获取1例骨质疏松男性腰椎L4-L5节段的空间几何信息以及钉道HU值,借助系列辅助软件并参照相关参考文献的力学参数,以及ABAQUS软件建立腰椎L4-L5有限元模型。利用该模型考察了CBT以及TT螺钉固定的单钉抗拔强度（PS）、固定刚度（FS）。分析了椎体运动单元（椎体+螺钉固定系统）应力、应变以及活动度（ROM）随运动状态的变化。同时考察了置入融合器对其生物力学特性的影响。结果（1）所建腰椎有限元模型与实际椎体具有高度几何相似性,对腰椎模型施加正压力以及扭矩,可以模拟前屈、后伸、左右侧弯以及左右旋转时的椎体运动状态。（2）在本文研究的六种运动姿态下,无论是否置入融合器,CBT螺钉的抗拔强度以及固定刚度均大于TT螺钉。对于CBT螺钉,右侧弯时抗拔强度最小,为95N（无融合器）以及144N（有融合器）;前屈时抗拔强度最大,为195 N（无融合器）以及227 N（有融合器）。屈伸时CBT螺钉的固定刚度较小,其余状态下较大。同时,有融合器时CBT螺钉的抗拔强度及固定刚度均大于无融合器时的相应数值。（3）运动单元的最大应力区域位于横联以及钉棒,椎体的最大应力位于椎间盘与上、下终板的接触面,具体分布特征受运动状态的影响。无融合器时,CBT螺钉固定单元的最大应力总体大于TT螺钉固定椎体,最大差值为75kPa。有融合器时,CBT螺钉固定单元的最大应力总体小于TT螺钉固定椎体,最大差值为130kPa左右。同时,置入融合器后CBT螺钉固定的运动单元最大应力减小。（4）运动单元最大应变位于椎体,其分布特征与椎体应力分布大致对应。CBT螺钉固定椎体应变小于TT螺钉,融合器的置入可以减轻运动单元最大应变。（5）CBT螺钉固定椎体的活动度小于TT螺钉,融合器的置入将减少运动单元活动度。结论通过CT扫描信息建立的螺钉固定腰椎三维有限元模型可用于生物力学研究。融合器的置入以及运动状态变化均使得CBT螺钉的抗拔强度以及固定刚度发生变化。当运动状态改变时,运动单元的最大应力位于横联与钉棒,最大应变位于椎间盘与上下终板接触面。CBT螺钉的使用不会显著改变TT螺钉固定时的椎体受力特征,且有利于控制椎体运动单元的变形和位移,使得运动单元更加稳定,其临床应用效果要优于TT螺钉。融合器的置入可以使最大应变及活动度降低,但对应力的影响与螺钉类型有关。

ISBN: (纸本)9787111602262

关键词： 极限分析下限法   地基承载力   双层土   圆形浅基础  

摘要： 基于结合有限元和二阶锥规划理论的极限分析下限法,研究了圆形浅基础在双层土(上层砂土下层黏土)情况下的地基极限承载力。将现有限元下限法计算结果与有限元数值模拟结果进行对比。结果表明:给定摩擦角在考虑尺寸效应和软化等因素的情况下,有限元极限分析下限法能较准确地预测地基极限承载力,从而验证了该方法在圆形地基双层土情况下的适用性。

关键词： 铁路桥梁   MG450提梁机   Midas-Civil有限元   基础设计计算   RC设计  

摘要： MG450型450 t提梁起重机可进行铁路客运专线20 m、24 m、32 m预制双线整孔箱梁的提升和装卸作业,在高速铁路施工中应用范围极广。因提升重量大,常需对基础进行特殊设计。文章根据某工程MG450型提梁机基础设计实例,详细描述了提梁机基础设计计算内容,通过对比分析有限元软件RC设计计算与规范计算结果,验证了计算的正确性,以期对MG450型提梁机基础设计计算提供参考。

关键词： 粘结   有限元分析   高温   拔出试验   界面  

摘要： 通过自行设计的装置测量了高温后粘结问题中的化学胶结力和摩擦系数,得出了它们随温度经历的变化规律。利用测得的基础参数定义了钢筋与混凝土界面的弹塑性库仑摩擦准则并将其植入有限元模型;采用面-面接触的接触单元模拟混凝土与钢筋界面的力学行为。模型通过对钢筋肋的显式离散实现了钢筋肋与混凝土间机械咬合作用的模拟。数值结果和试验数据的对比表明,该文提出的模型可以较好的模拟高温后带肋钢筋和混凝土之间的粘结滑移。最后,利用有限元模型对400℃温度经历拔出过程中的应力分布及裂缝的扩展进行了细致的研究。

关键词： 岩土工程   下沉   耦合欧拉-拉格朗日方法   桶形基础   土塞  

摘要： 由于结构物贯入时网格变形过大而产生扭曲畸变等问题,常会造成岩土工程下沉贯入领域的数值分析收敛困难甚至计算结果失真。采用合适的数值方法分析此类问题颇具挑战性。传统的有限元模拟方法往往会出现收敛困难、作出不合理的假设以及需要依赖用户的专业网格重划分和插值程序等问题。耦合的欧拉-拉格朗日(CEL)分析方法结合了拉格朗日网格与欧拉网格的优点,可以有效地解决有关大变形和材料破坏等诸多问题。通过位移控制法和力控制法两种下沉方式,进行桶形基础室内液压下沉模型试验,得出不同强度的黏土中桶形基础下沉阻力和下沉深度的关系及土塞高度。应用CEL有限元法进行模拟,计算结果与试验结果较为符合。采用的CEL有限元模拟方法不仅可对桶形基础自重下沉和液压下沉进行预测,也可为其他海洋基础结构的贯入模拟提供有益参考。

关键词： 海上风电   单立柱三桩基础   向量式有限元   船舶碰撞  

摘要： 风能是一种可持续利用的清洁能源,具有分布范围广,开发空间足,无污染等优点。随着陆上风电资源的有效利用,海上风电的发展已经成为各国风电发展的新战略。基础结构作为风电机组的重要支撑构件,其安全性影响到风力发电机组能否正常运行,其中船舶碰撞是影响风电基础安全性的一个重要因素。目前国内外模拟船舶碰撞大多采用传统的有限元方法,存在求解时间长,计算收敛难等缺点。本文使用向量式有限元理论,系统的研究了海上风电基础与船舶的碰撞反应,得到一些有意义的结论,为今后海上风电基础的设计提供参考。本文完成的研究内容包括:(1)应用向量式有限元的梁单元理论,推导出海上风电基础静力分析和船舶碰撞分析公式,应用Matlab编制了相应的计算程序,并与通用的有限元软件ANSYS进行对比分析,验证了本文计算程序的正确性。(2)以某3MW海上风电单立柱三桩基础结构为研究对象,考虑风电基础所受到的工作荷载和海洋环境荷载,利用向量式有限元程序分析了海上风电基础的静力力学特性,探讨了海上风电单立柱三桩基础的应力和位移分布规律。(3)采用向量式有限元理论分析了单立柱三桩基础与船舶的碰撞过程,探讨了不同船舶吨位和碰撞速度对单立柱三桩基础碰撞后的位移、速度、应力、碰撞力和结构动能的影响。