基于ABAQUS的显式动力学分析方法研究

显式动力学(The Explicit Dynamic)是针对隐式求解器的一个补充,其分析方法对于求解广泛、各类非线性结构力学问题是一个非常有效的工具,显式方法中的单个增量步取决于模型的最高固有频率,与持续时间、载荷类型无关。ABAQUS/Explicit主要用于碰撞、接触以及失效分析。探讨了ABAQUS显式动力学的基本理论、求解的问题,对显示动力学分析方法中的求解算法、稳定时间极限和能量平衡问题进行研究,给出了显示动力学分析的一般性分析方法。通过案例验证了该方法的可行性,应用该方法可有效解决实际工业生产中的碰撞问题、复杂的接触问题以及复杂的后屈曲问题,可为显式动力学分析方法应用于工程实践奠定理论与方法基础。     

Evaluation of standard and real fire exposures on thermal response of rail car floor assembly

This work developed a computational methodology to evaluate and compare standard fire exposures such as those outlined in ASTM E119 with real fire exposures and determine the difference in the temperature rise of a rail car floor assembly. The real fire exposures simulated in this work were identified in a review of incidents and consisted of a constantly-fed diesel fuel spill, a localized trash fire, and a gasoline spill simulated from a collision of the railcar with an automobile. These realistic fire exposures were applied to a variety of exemplar rail cars representative of single-level and bi-level passenger cars. These floor assembly models exposed to realistic fires were simulated in Fire Dynamics Simulator (FDS). The thermal exposure at the underside of railcar provided by FDS was coupled with a thermal model in ABAQUS, which provided the evolution of temperature in different components of the floor assembly. The standard scenarios were simulated for 2 hours instead of the typical 30 minutes to identify the appropriate exposure duration in ASTM E119, which can better represent a real fire scenario. The average and maximum temperatures predicted at the unexposed surface for both scenarios were compared with the threshold values given in NFPA 130.     

橡胶混凝土弯曲疲劳性能研究

为研究橡胶混凝土的弯曲疲劳性能,将粒径为0.54 mm的橡胶颗粒以不同掺量掺入混凝土中,制成橡胶混凝土试件进行轴压试验与轴拉试验,测其应力-应变曲线,计算出弹性模量和泊松比。进行四点弯曲静载试验及ABAQUS数值模拟,得到极限荷载、峰值挠度和荷载-挠度曲线,试验结果与数值模拟结果较接近,验证了数值模型的可靠性。使用疲劳软件Fe-safe分析等幅及变幅加载下橡胶混凝土弯曲疲劳寿命,结果表明:无论是普通混凝土还是橡胶混凝土,在等幅循环荷载下,应力水平越高,弯曲疲劳寿命越低;各掺量下橡胶混凝土的弯曲疲劳寿命都比普通混凝土的大,且橡胶掺量越多弯曲疲劳寿命越大;在变幅荷载作用下,随着橡胶掺量的增大,混凝土的弯曲疲劳寿命也越大;随着变幅等级增多,各掺量下橡胶混凝土的弯曲疲劳寿命均降低,且变幅等级越多,弯曲疲劳寿命越低。     

基于孔隙压力黏结单元的准脆性材料水力劈裂模拟

传统数值方法对水力劈裂的模拟一般采用预设裂缝扩展路径,且将水流作用等效为压力荷载,难以反映裂缝渗流-开裂耦合效应. 采用自编程Python脚本程序批量插入孔隙压力黏结单元,考虑裂缝渗流-开裂耦合作用模拟准脆性材料水力劈裂随机扩展全过程. 在对经典理论模型及试验结果模拟验证的基础上,开展含多裂缝均质模型的水力劈裂全过程分析,并进一步建立混凝土细观尺度水力劈裂模型,分析骨料、界面过渡区和基体渗透性对混凝土劈裂全过程的影响. 结果表明,本研究模型可以有效模拟准脆性材料水力劈裂失效过程,准脆性材料多缝开裂过程伴随微裂缝的分叉扩展而非光滑的裂缝扩展路径,骨料及界面过渡区影响劈裂扩展路径造成裂缝分叉出现,混凝土基体的渗透性对其抵抗水力劈裂不利并影响失效软化过程.     

早龄期混凝土三点弯曲试验梁断裂的数值分析

应用大型通用有限元软件ABAQUS,对于强度为C30、龄期为1、2、7、28 d的混凝土三点弯曲梁断裂试验分别进行了数值模拟. 有限元计算采用裂缝带模型理论,利用三点弯曲相关试验参数由曲线拟合所得到的双线性拉伸软化曲线,用模拟出的荷载 裂缝开口张开位移曲线（P δm）与试验曲线做了对比,同时将不同龄期的P-δm曲线、荷载 位移曲线（P-Δ）进行了比较,证实了试验结果与数值模拟结果的正确性. 应用线弹性断裂力学方法,结合数值模拟结果,求解出临界裂纹尖端张开位移、临界应力强度因子这两个重要参数,并与双参数模型试验结果进行了对比,得到了满意的结果.     

New inverse method for identification of constitutive parameters

A new inverse method by coupling iSIGHT and ABAQUS was proposed to determine the constitutive parameters of Al2O3sf/LY12 composite deforming at elevated temperature. It combined the merits of the f＇mite element simulation and optimization technique. The direct model was simulated with finite element code ABAQUS. The inverse problem associated with the identification of the constitutive parameters was expressed as a least square optimization problem. The direct simulation and the parameters optimization were implemented in iSIGHT integrated environment. The aim was to match the output of the direct simulation with the experiment data. The capability of the proposed inverse method was demonstrated through the identification of constitutive parameters of Al2O3sf/LY12 composite. The proposed new inverse method is also applicable to other parameters identification which is hardly determined through experiments or direct analytical method.     

陡坡傍山双层行车结构体系受力特性分析

以山区常见的40°陡坡地形条件下修建4车道高等级公路为例,提出一种环境和经济效益俱佳的新型"桩-锚-框架"复合双层行车结构体系,该体系具有双层行车、山体锚固、边坡支挡和路面支撑等众多功能。采用ABAQUS大型有限元分析软件对该双层行车结构体系进行三维数值模拟,探究其受力特性。研究结果表明:该结构体系具有良好的承载能力和静力稳定性,对陡坡山体有较强的支护作用;支撑柱和横梁的相交位置是整个结构体系应力较集中的部位,应适当增加该节点的配筋量以提高强度、改善节点受力情况。     

室内车辙试验的相似性分析

为了分析室内车辙试验与实际沥青路面结构受力状态的相似性,基于相似理论采用有限元数值模拟的方法建立了室内车辙试验改进模型.首先,应用相似理论推导出沥青路面结构和车辙试验改进模型各参量间的相似关系;其次,选用3种典型的路面结构,利用有限元软件ABAQUS进行数值模拟,得出这3种结构在双轮荷载作用下的荷载影响范围,进而应用相似理论得出路面全结构的车辙试验模型尺寸,应用力学响应等效,最终确定复合板结构车辙试验改进模型的所有参数并进行车辙试验验证了改进模型的正确性.     

岩土工程非线性优化反演模型在ABAQUS中的应用

目的 针对常规反演方法应用于岩土工程参数反演时搜索效率低、计算量大的缺点,提出了基于改进Nelder-Mead算法的有限元优化反分析法,为工程所需的计算参数提供参考.方法 基于混合罚函数法,以测点的实测值与计算值建立误差函数,将有限元程序ABAQUS作为一个单独模块嵌入到改进的Nelder-Mead算法中,编制了优化反演分析程序.结果 给出了具体的应用实例,结果表明,改进Nelder-Mead算法提高了参数的搜索效率,用较少的迭代次数就能得到满足精度要求的结果,是一种可行的参数反演方法.结论 笔者提出的优化反演方法具有很强的实用性,可应用于实际工程中复杂岩土体初始应力场反演、渗流场以及位移反分析.     

岩石节理多层结构模型研究

为了研究节理细观形态对其宏观力学性状的影响,据岩石节理分形特点,将节理面分解为不同层次细观结构面,节理破坏拟为粗糙度分层渐进破坏的过程,基于Plesha本构建立了岩石节理多层结构模型.模型将粗糙度定义为等效起伏角,力学响应发生在最底层（基本面）,结构面受力性状由下层结构面平均化得到,基本面破坏后,其上层结构面转化为基本面.模型考虑了弹性变形、滑动变形、磨损、剪断、压碎、分离等作用机理,能模拟剪胀、应变软化等现象,能考虑单调及循环剪切效应.采用ABAQUS的用户子程序UEL进行了模型验证与参数分析.计算表明：峰值剪切应力随着结构层次的增加而增大;在结构层次不变时,等效峰值摩擦系数随法向应力的增大而减小;剪切应力终值由基本摩擦角控制;剪应力 位移曲线形态取决于粗糙度结构特性;模型中刚度系数对剪切性状影响很小.