复合填料热传导过程数值模拟

复合填料由废铸砂、粉煤灰、聚苯乙烯（EPS）颗粒、水泥和水按一定质量比例混合制成,具有低导热性、抗冻胀和轻质特性。根据热阻力法则和比等效导热系数相等法则,将材料视为由大量正方形单元体组成,其中心为一个球形EPS颗粒,这种单元体与总体的导热系数相等。运用AN SY S软件对复合填料单元体的传热过程进行了有限元模拟,根据瞬态法导热系数测试原理,推求不同EPS掺入比情况下的复合填料导热系数,分析EPS颗粒与导热系数的关系,发现材料导热系数随着EPS掺入比的增加而快速降低。将材料导热系数数值模拟与实测结果作比较,发现有限元模拟值与实测值接近,说明采用有限元方法可以实现对材料传热过程的模拟。     

自由场地液化振动台实验结果分析与数值模拟

通过拉格朗日差分程序FLAC3D完全非线性动力分析模块,模拟了自由场地液化振动台实验并对实验结果做出分析,结果表明:该动力分析方法能够较好地反映液化土层地震响应,实验结果也验证了模拟结果的精确性;液化土层滤波作用起始于孔压比上升的时候且较为明显,液化后加速度时程的卓越周期有所增加;本文实例中的液化土层对地震动具有放大作用,液化范围越大,其放大作用越明显,且在长周期段放大作用更为突出。     

砌块墙体开裂过程数值模型及模拟分析

选取剪压复合状态下的砌块墙体为研究对象,基于损伤力学与断裂力学理论,采用简化的分离式建模方法和可考虑组合块材之间接触界面粘结强度、损伤演化与摩擦滑移的内聚力界面模型,对砌块墙体开裂全过程进行数值模拟。讨论了3种迭代算法,对影响抗剪性能与开裂模式的主要因素,包括顶部竖向荷载、墙体高宽比等进行了探讨,并与汶川地震建筑震害进行了对比分析。研究结果表明:数值模拟位移场较好地反映了顶部竖向荷载、高宽比对开裂荷载与开裂模式的影响;数值模拟方法可较为精确地反映裂缝的萌生、扩展、贯通整片墙体的全过程,模拟结果与汶川地震建筑震害吻合较好。本文研究方法及结论对于准确模拟砌块墙体开裂的非线性过程、结构可靠性分析具有借鉴意义。     

基于COMSOL的板式电涡流阻尼器数值模拟分析

电涡流阻尼器具有无需与结构接触、无磨损的特点,不存在如黏滞阻尼器容易出现漏液等问题。为了研究板式电涡流阻尼器的性能,首先对板式电涡流阻尼器的理论进行简述;然后基于电涡流阻尼系数测定试验,对采用COMSOL进行电涡流阻尼模拟方法和模型的可靠性进行验证;最后采用COMSOL和验证后的模拟方法对板式电涡流阻尼器的导磁间隙、导体板厚度、导体板背铁厚度、磁铁背铁厚度等进行参数分析。验证板式电涡流阻尼基本符合黏滞阻尼理论的假定,也证明采用COMSOL进行阻尼系数模拟的结果是可信的;分析发现导磁间隙和导体板厚度均对阻尼系数影响较大,而导体板和磁铁背铁的厚度对阻尼几乎没有影响。     

爆破地震作用下桩-土-结构相互作用的数值模拟

土-结构动力相互作用是地震工程和结构抗震的重要研究内容,但目前对爆破地震作用下土-结构动力相互作用的研究较少。运用大型有限元软件ANSYS/LS-DYNA,建立了桩-土-结构相互作用体系的三维有限元模型,由桩尖输入实测爆破地震波,取得了良好的计算效果。计算结果表明：考虑桩-土-结构相互作用后,群桩基础中每个桩的位移、加速度和剪应力幅值均呈桩顶大、桩尖小的倒三角分布,桩与承台的接合部比较容易受到损坏;桩-土-结构相互作用体系在爆破地震波冲击后,还会发生几次振动,但是这些振动产生的影响要小于爆破地震产生的影响,这与实测结果相符合;爆破地震波冲击下,群桩基础中,角桩顶部表面的桩土接触压力较大,但在爆破地震波冲击后,中心桩顶部表面的桩土接触压力较大,且具有一定的周期性,直至衰减为零。     

地铁车站模型地震破坏连续-离散耦合模拟分析

基于北京地区典型地铁车站结构的大型振动台试验建立了有限差分-颗粒流离散元耦合模型,对车站结构模型的地震响应和破坏现象进行了模拟分析。在耦合计算模型中,土体采用连续模型,结构采用颗粒流离散元模型模拟,在FLAC边界节点处建立接触面,将FLAC在大应变模式计算的位移通过接触面传输给PFC;并将颗粒与接触面计算的相互作用力传输给FLAC,作为施加在各节点上的力,从而实现并行耦合运算。结果表明,模型的计算结果与试验结果拟合得较好;地震加载过程中,柱板、墙板节点为地铁车站模型结构的薄弱部位;模型的整个破坏过程和能量转化过程分为3个阶段进行;颗粒孔隙率、配位数和接触力的变化以及能量的转化规律能够反映结构的破坏过程。     

鲜水河断裂带跨断层变形分析和数值模拟

鲜水河断裂带积累了20多年的跨断层变形资料, 如何解释这种变形是一个重要的问题。 该文采用了弹性上地壳覆盖在粘弹性Maxwell体之上的模型。 炉霍1973年M_S7.6地震按该粘弹性模型计算的震后形变曲线能够在很大程度上解释实测观测结果, 显示与一些断层(如圣安德烈斯断层某些段落)存在缓慢蠕滑而无大地震发生不同, 鲜水河断裂带观测到的跨断层变形, 有相当一部分可以用大地震后的粘弹性变形来解释。 当然, 计算得到的震后粘弹性形变幅度同跨断层短基线和短水准的实测形变幅度比较还存在一些差异, 不能完全解释, 表明了大陆断层活动的复杂性, 并值得进一步深入研究。     

土石坝振动台模型试验颗粒流数值模拟分析

目前一般采用振动台试验、离心振动台试验和有限元动力分析来获得土石坝在设计地震荷载作用下的形态和抗震性能。本文结合孔宪京等的土石坝振动台试验结果开展了颗粒流细观数值模拟研究,克服了传统连续介质力学的宏观连续性假设,形象而直观地表现出坝体在动力荷载作用下的破坏特征。数值模拟规律与振动台试验规律基本一致。同时还分析了坝体颗粒粘结强度和地震峰值加速度变化对坝体破坏特征的影响。数值结果表明,当颗粒间粘结强度较低时,表现为坝体表面颗粒的滑动破坏,粘结强度稍大时,会出现局部的小块颗粒团整体滑动破坏;随着峰值加速度的增大,坝顶沉降量在增大,坝体破坏特征不变。     

高应变率下再生橡胶颗粒改性混凝土受压破坏细观数值模拟

再生橡胶颗粒改性混凝土作为一种绿色的新型混凝土材料,具有低弹性模量、大变形、高阻尼、能量耗散多及抗裂性能好等特点,引起了国内外土木工程界特别是混凝土界的广泛关注和研究。然而,目前该领域所进行的研究多为再生橡胶颗粒改性混凝土的动力特性及其在静载作用下破坏规律;而对动力荷载作用下再生橡胶颗粒改性混凝土动态响应及破坏的相关研究则很少涉及。在高应变率下,再生橡胶颗粒改性混凝土是否仍然保有其大变形、高能量耗散和良好的抗裂性能的优点,是否具有卓越的抗爆炸抗冲击性能,成为该领域一个很有意义的科学问题。本文利用有限元显式动力分析软件建立了包含水泥砂浆、粗骨料两相的普通混凝土随机细观模型,以及包含水泥砂浆、粗骨料、橡胶颗粒三相的再生橡胶颗粒改性混凝土随机细观模型,通过在静力荷载作用下普通混凝土和再生橡胶颗粒改性混凝土的破坏分析和比较,验证了建立的混凝土随机细观模型的合理性。在此基础上,研究了再生橡胶颗粒改性混凝土在冲击荷载作用下受压破坏的破坏规律,通过与普通混凝土的比较,揭示了再生橡胶颗粒改性混凝土在高应变率下的受压破坏的特点,为其进一步应用于建筑结构的抗爆抗冲击提供理论基础和技术支持。     

钢管桩单桩复合地基加固隧道软土地基试验研究

为了对宝兰客运专线王家沟隧道软弱地基进行加固处理,并了解加固后的桩基受力状态,通过现场试验及数值模拟,研究钢管桩单桩复合地基的荷载沉降特性及钢管桩轴力、桩侧摩阻力以及桩身弯矩的变化规律。研究结果表明:由现场试验所得的P-s(荷载-位移)、s-lgt(位移-时间的对数)以及s-lgp(位移-荷载的对数)曲线没有明显可以确定极限承载力的特征点,根据规范采取控制沉降的方式给出极限承载力特征值为200 kPa,并可以此作为设计依据。根据数值模拟中钢管桩的总沉降量以及荷载沉降"归一化曲线",数值模拟可以作为现场试验的必要补充。数值模拟结果显示:桩身轴力呈"D"状分布,最大值为59.8 kN;在距桩顶2 m桩长范围内有负摩阻力产生,其余部位均为正摩阻力,负摩阻力最大值约为130 kPa,正摩阻力最大值约为50 kPa,且桩身中性点并不唯一;桩身上部有弯矩产生,但数值很小,对钢管桩稳定性的影响可以忽略。     

某砂岩隧道在开挖过程中变形的数值模拟研究

以某砂岩隧道为背景,首先应用弹塑性理论对隧道开挖后围岩的变形屈服和拱顶及边墙的应力状态进行了分析,继而采用有限差分软件FLAC3D模拟了隧道开挖过程中围岩的位移及塑性变形情况。计算结果表明：该研究段隧道发生塑性屈服的临界深度为78．2m;当隧道开挖31m后,由于开挖卸荷作用使得原先储存在围岩内的大部分应力得以释放,此后困岩变形基本趋于稳定;该隧道在开挖过程中,边墙变形量最大,达到1．94mm,由于隧道在开挖过程中围岩的自稳作用,当开挖到一定时间后,围岩变形将趋于稳定;该隧道在开挖过程中,拱顶和底部以拉张破坏为主,边墙则产生剪切破坏。     

马尼拉地震带海啸对广东沿海影响的数值研究——潮汐与海啸的非线性作用的影响

基于COMCOT数值模型,建立了天文潮与海啸耦合数学模型,对日本"311"海啸进行了模拟验证。针对马尼拉地震带海啸,通过设计海啸震源的计算,分析广东省沿海海啸风险,从数值上得出了海啸引发的最大增水值以及海啸到达广东省沿岸的时间。