教学课程资源库 更多>>

关键词： 有限元   应力状态   特征值   特征向量   教学研究  

摘要： 弹性力学是有限元法的力学基础,空间一点应力状态是实际中我们常常遇到的问题。然而,目前这部分的教学内容都是基于微小单元通过力学平衡的角度来进行严密推导的,计算上显得繁琐,教学效果并不理想。对此,该文在严谨力学推导的基础上,总结出空间一点应力在不同斜面上的应力状态,实质上就是应力矩阵和斜面外法线的数学运算,而主应力和主平面即为求解应力矩阵特征值和特征向量的问题。通过空间一点应力状态的矩阵化思维,概念清晰、容易记忆、且运算简单,可以很方便地结合现代计算机技术进行计算求解。

关键词： 风电机组   基础-地基相互作用   有限元   非线性分析   弹塑性  

摘要： 采用ABAQUS软件建立风电机组上部结构-钢混基础-岩土地基相互作用的三维有限元模型,岩土地基采用弹塑性Drucker-Prager模型,对山地风电场中风电机组的结构静力性能进行研究。分析发现,塔筒主要呈弯曲型变形,顶部受机舱约束应力不为零;基础环需切实保证其与钢混基础的握裹作用,否则基础环中部易出现应力释放,导致局部屈服和过度变形;与刚体假设不同,钢混基础底部应力非线性,基底中心两侧会产生两处弯折变形,相应部位需增强配筋;荷载较大时,岩石地基会产生塑性应变;钢混基础、基础环、塔筒倾斜率自下而上逐级增大。

关键词： 有限元   基岩边坡   扩大基础   承载力  

摘要： 基岩强度和边坡坡度对桥梁扩大基础的承载力影响是不同的。通过对三种不同坡度和四种岩基强度下的桥梁扩大基础承载力进行三维有限元数值模拟研究,得到以下结论:不同等级荷载下基础沉降均表现出相同规律特征;岩基边坡坡度逐渐增大时其极限承载力与容许承载力也随之减小;当岩基边坡坡度超过45°时,可利用侧摩阻力以来提高桥梁基础的承载力,同时降低工程造价。

关键词： 风电场   预应力锚栓   风力机基础   三维模型   高强灌浆料  

摘要： 采用ABAQUS软件对某沿海地区风电场预应力锚栓式风力机基础进行整体三维建模,通过输入极端工况荷载并施加预应力,对基础各部分进行力学性能分析.结果表明:塔架底法兰在锚栓孔附近出现了应力集中,应力已接近钢材屈服强度,呈带环状分布;上锚板在锚栓预应力施加后,内外边缘均受压,仅施加极端荷载对上锚板内外边缘应力影响可忽略不计;高强灌浆料的应力分布与上锚板相似;下锚板整体应力分布较均匀;锚栓在预应力之后施加极端工况荷载,对应力和位移影响较小;基础顶部最大应力大于C40混凝土抗压强度设计值,需配置局部受压钢筋.

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： 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： 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： 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。