工程结构优化设计发展综述

 着重评述了工程结构优化设计研究领域从最初的尺寸优化发展到形状优化、拓扑优化的基本历程及其相关特点，并对优化设计选用的优化算法进行了归类，提出了这一领域今后仍然有待于发展的主要方面．     

考虑材料剪胀性的球形空腔扩张问题的弹塑性分析

在考虑材料剪胀性和塑性区弹性变形的情况下 ,研究了塑性区中弹、塑性变形情况以及对应力场、位移场的影响。研究表明剪胀角 ψ和内摩擦角对弹塑性交界处半径R有显著影响 ;给出了塑性区中平均体积应变及弹、塑性变形体积的计算公式和剪胀角的测试方法。通过算例研究发现 ,弹塑性交界处半径R随着剪胀角 ψ的增大而逐渐减小 ,塑性区平均体积应变却随着剪胀角 ψ的增大而增大。研究表明塑性区中弹性变形部分忽略是不合理的     

Cosserat连续介质的Mohr-Coulomb屈服准则及其应用

Cosserat连续介质下的应力、应变张量具有不对称性,经典连续介质的屈服准则无法直接用于Cosserat连续介质. 将应变、应力张量分解为对称和反对称两部分,修正了经典连续介质下三个应力不变量的表达式,建立适用于Cosserat连续介质弹塑性有限元分析的Mohr-Coulomb屈服准则,给出了Cosserat连续介质下von Mises、Tresca和Drucker-Prager屈服准则的表达式. 自然边坡数值算例表明了修正Mohr-Coulomb屈服准则的有效性,验证了Cosserat连续介质理论通过引入材料特征长度可以解决经典连续介质理论分析应变局部化问题时遇到的网格敏感性问题.     

混凝土中水泥水化反应放热模型及其应用

大体积混凝土结构水化热温度场分析的关键是混凝土中水泥水化反应放热模型的确定。基于化学反应动力学原理，提出了一种物理意义明确，考虑了温度和化学反应物浓度对化学反应速率影响的混凝土中水泥水化反应放热模型，并将其应用于有限元分析。算例分析表明，该模型能很好地拟合了混凝土绝热温升的实测数据，较精确地预测了在不同浇筑温度下混凝土绝热温升的变化规律。     

SV波斜入射形成的动应力路径及影响因素分析

动应力路径是研究场地地震动力响应的关键。基于波动理论,推导了半无限弹性空间中任一深度处由SV波斜入射产生的动应力。在采用较大土体刚度参数,且SV波为垂直入射特例时,该方法与土动力学估算地震动应力的常规简化方法结果一致。揭示了SV波斜入射下形成的动应力路径特征,从数学上证明了SV波斜入射产生的动应力在双剪应力分量(偏差正应力和水平剪应力)组成的平面中形成斜椭圆形,并进行了参数敏感性分析,表明入射角、泊松比和单位波长深度是影响应力路径的根本因素,为进一步研究斜入射地震波作用下场地动力响应奠定了理论基础。     

旋转结构非轴对称变形的有限元分析

利用旋转结构的几何特殊性,将位移沿环向展开的Fourier级数,在子午面内将旋转结构进行有限单元剖分,从而大大地减少了网格剖分的工作量和计算机的分析时间。为便于分析旋转壳,采用没有转角的8节点退化等参单元,可以方便地应用于组合结构的有限元分析。     

不同填土管涵土压力模型试验和数值模拟研究

管涵土压力作为管涵结构设计中的主要恒定荷载,其作用模式的确定是研究的重点。通过开展三种不同填土工况(碎石、粉土、黏土)下的管土相互作用足尺物理模型试验,得到不同填土工况下马蹄形管涵土压力的作用模式,并对比填土类型对管涵土压力的影响。结果表明:试验条件下,粉土工况的管顶土压力集中效应表现最强,黏土工况最弱,碎石工况介于中间。同时采取有限元软件对模型试验进行模拟分析,与试验结果较为吻合,从而为管涵土压力的进一步研究提供科学依据。     

土体K_0加卸载过程中水平应力变化研究

采用JCY型K0固结仪,对不同密实度的砂土、饱和粉土和饱和粉质黏土进行K0加卸载试验,采用K0加卸载模型对土体加卸载过程中的水平应力σ′h和竖向应力σ′v的关系进行描述,结合土体物理力学特性对K0加卸载模型参数进行探讨。试验结果表明:对于黏性土和非黏性土,土体加载过程中σ′v-σ′h关系为线性,卸载过程中σ′v-σ′h关系为非线性;土体竖向应力σ′v卸荷至零时,土体中的残余水平应力σ′h与土体黏性相关,采用土体的K0加卸载模型可对土体K0加卸载过程中的σ′v-σ′h关系进行良好的描述;土体的K0加卸载模型参数K0(NC)和α与其内摩擦角φ′相关。     

饱和单层土体一维热固结精确解

岩土体在非等温场下的固结响应一直是研究热点。基于考虑渗流的饱和土热固结控制方程,给出了一种三类任意边界条件下,饱和单层土体一维热固结精确解的求解方法。首先,利用函数φ将对温度和超静孔压的求解转换为对函数φ的求解,采用分离变量法,结合边界条件得到微分方程的特征函数。然后,将非齐次边界条件齐次化,利用微分方程的特征函数,采用系数变易法,给出非齐次边界条件下的精确级数解。最后,通过算例揭示土体边界的透水条件及温度变化对土体热固结响应影响显著。     

考虑固结过程的桩-土-筏三维相互作用分析

针对存在较厚软弱下卧层的桩土筏结构体系 ,本文建立了桩端下卧层固结沉降计算的半透水边界模型。应用半透水地基固结解得到任一时刻桩端下卧层的沉降 ,进而得到任一时刻群桩中每根单桩的刚度。与筏板有限元分析结合 ,构成桩 -土 -筏共同作用有限元分析模型 ,并研制开发了相应的分析软件 ,可以分析筏板内力、筏板挠度和桩顶反力随时间的变化规律。工程分析表明 ,此方法有一定的实用价值