混凝土尺寸效应数值模拟研究进展

系统综述了混凝土尺寸效应数值模拟的研究现状,从混凝土的细观、宏观和多观3个层次,总结了相关研究的混凝土数值模型,并对混凝土数值模型的优、缺点进行了比较,指出了尺寸效应研究需要注意的问题。     

微气泡减阻的数值模拟方法及尺寸效应

分别采用混合物模型、欧拉双流体模型和相群平衡模型对底部通气的二维平板微气泡减阻效果进行了模拟分析,探讨了气泡直径、喷气速度对微气泡减阻率的影响,并对其尺度效应进行研究.结果表明:减小气泡直径可以增加微气泡减阻率;在一定的范围内,减阻率随着喷气速度的增加而增大,但喷气速度过小或过大都将影响减阻效果;相群平衡模型比其他2种模型的数值模拟结果更接近于试验结果;由于物体尺寸增加所致的雷诺数增大在一定程度上会降低微气泡减阻率.     

混凝土单轴抗压强度的尺寸效应数值模拟

采用离散单元分析方法,用二维梁-颗粒模型BPM（beam-particle model）对两种不同尺寸下的混凝土的单轴压缩破坏进行了数值模拟。分析表明,混凝土的抗压强度存在明显的尺寸效应,即随着尺寸的增加,混凝土的强度有所下降。     

Bernoulli-Euler微梁振动特性的尺寸效应

基于修正偶应力理论推导任意截面形状Bernoulli-Euler微梁的变形能、弯曲刚度、外力功、动能等基本变量的偶应力理论表达式,进而通过Hamilton原理建立Bernoulli-Euler微梁的偶应力理论动力微分方程.根据偶应力理论弯曲刚度表达式,研究任意截面形状Bernoulli-Euler微梁弯曲刚度的尺寸效应...     

孔口应力集中问题的Cosserat连续体有限元分析

采用四边形四节点和四边形八节点2种Cosserat连续体单元对一般平面应变条件下的圆孔、椭圆孔以及菱形孔的应力集中现象进行了数值模拟.结果表明:当孔口变得尖锐时,应力集中因子与应变梯度显著增大;经典的连续体单元可能会过高估计应力集中因子,而Cosserat连续体单元则可以反映孔口的大应变梯度和微结构的影响,从而弱化应力集中因子.为了模拟接近不可压缩或几乎不可压缩材料的孔口应力集中问题,引入了独立的压力场,并基于Hu-Washizu混合变分原理发展了一个四边形四节点单元u4ω4p.数值结果表明,u4ω4p单元与八节点单元能较好地模拟不可压缩材料中的应力集中现象.此外,鉴于其计算工作量小、不易扭曲等优点,u4ω4p具有更广阔的应用前景.     

冻土脆性破坏统计理论及尺寸效应

在一定条件下,冻土具有明显的弹性属性,可以把冻土近似为线弹性材料,且属脆性破坏。基于这一考虑,应用Ｗｅｉｂｕｌｌ脆性破坏统计理论,讨论了冻土破坏强度的统计特性及断裂韧度（ＫＩＣ）的尺寸效应,通过试验,获得了冻结粉质壤土的ＫＩＣ尺寸效应系数,这样便可用室内小尺寸试件求得的断裂韧去理论预测大比尺冻土的断裂韧度,应用试验测定的尺寸效应系数进行理论预测,与实测结果相比较,二者符合得很好。     

断续节理岩体尺寸效应的数值模拟研究

基于细观统计损伤数值模型,通过统计宏观节理分布,建立包含随机节理的岩体模型。在不同尺寸的模型中,通过改变节理倾角、围压等,建立不同数值试样,试验研究岩体的节理倾角和应力水平对尺寸效应以及岩体力学参数的影响规律。结果表明:在随机节理岩体中,裂纹的萌生与贯通更容易发生在节理密集的薄弱面内,即优势破坏面;节理倾角对岩体的尺寸效应影响巨大,不同倾角下的节理岩体的特征尺寸与特征强度有很大差异,节理倾角β为60°、45°、30°时影响较为明显,β为75°、15°时影响较弱;模型尺寸为0.5 m×0.5 m时极限强度离散较大,随着尺寸的增加逐渐集中,整体的破坏模式由脆性破坏向渐进劣化转变,同时应力-应变曲线更加平缓;围压施加后,节理岩体仍然具有明显的尺寸效应,特征尺寸与特征强度均有所提高,降低主次优势破坏面之间的差异,会使更多裂纹在次优势破坏面中发育。     

纯铝弯曲的单晶体塑性有限元模拟

借助有限元软件ABAQUS前处理功能建立铝板的几何模型,构建了纯铝单晶模型的用户材料子程序,并将其嵌入到ABAQUS有限元程序中,实现对铝板弯曲过程的模拟。该模拟过程分析了在采用单晶体塑性本构理论不同压下程度的铝板弯曲情况,得出在采用单晶模型理论时能够很好的反映出材料变化的不均匀性,以及压下程度的不同对滑移系启动的影响。     

放电等离子烧结微胞结构复合材料有限元模拟

采用ANSYS软件建立三维热‐电耦合瞬态有限元模型,对微胞结构复合材料的放电等离子烧结过程进行模拟。模拟计算结果表明,烧结低温阶段石墨模具向样品传热,烧结过程类似于热压烧结,烧结高温阶段样品自发热,样品附近沿径向形成温度梯度。     

非晶态合金形成过程尺寸效应、合金化效应的模拟

用quantum Sutton-Chen 多体势对Ag₆Cu₄和CuNi液态金属凝固过程进行了分子动力学模拟研究, 在冷却速率为2×10¹² K/s时, 通过键型分析, 证实CuNi形成fcc晶体结构, 而Ag₆Cu₄则形成了非晶态结构. 其原因在于AgCu中原子半径之比(为1.130)较CuNi中原子半径之比(为1.025)大, 显示出原子的尺寸差别的确是非晶态合金形成的一个主要影响因素. 而对Ag_xCu_1-x在冷却速率为2×10¹² K/s凝固过程的模拟, 发现对应于二元相图深共晶成分处, 最容易得到非晶态合金, 证实了合金化效应对非晶态合金的形成倾向和稳定性的关键作用. 此外,采用键型指数法和原子成团类型指数法对微观结构组态变化的分析, 不仅能说明二十面体结构在非晶态合金形成和稳定性中所起的关键作用, 且有助于对液态金属的凝固过程、非晶态结构特征的进一步理解.     

基于Mindlin理论的复合材料层合板的有限元分析

以带转角的4节点20个自由度的四边形复合材料层合板单元为研究对象，建立了基于Mindlin一阶剪切变形理论的任意铺设情况层合板的有限元分析方法。该方法克服了在Kirchhoff假定下的板元素只能适用于很薄的高模量层合板元和较薄的低模量板元的局限性，具有实用性更广，精度较高的优点。     

沉桩挤土作用的有限元分析

进行了沉桩挤土效应的有限元计算，考虑到桩周土体由于桩桩贯入引起的挤土效应，选和了修正剑桥模型作为土体本构模型，通过相应的试验，拟合出挤土作用对土作用土体初始弹性模量影响的计算公式，确定了土体本构模型和其他相关的计算分析参数，对2个试验进行了分析计算，结果表明，考虑土体的塑性性质和桩体贯入过程的挤土效应对分析桩周土体的应力和变形是必要的。     

不可压粘性流动N－S耦合方程的有限元解法──I理论

本文对不可压粘性流动非定常Ｎ－Ｓ方程组在耦合条件下应用有限元方法直接求解，并对在高雷诺数下如何提高计算的精度、稳定性以及收敛速度等方面进行了讨论，从而建立起不可压粘性流动Ｎ－Ｓ耦合方程的有限元解法．     

土工结构物渐进破坏过程Cosserat连续体有限元分析

基于压力相关弹塑性Cosserat连续体模型的有限元过程,有效地模拟了挡土墙、开挖边坡等岩土工程结构中由土体剪胀(非关联塑性流动)或应变软化行为所引起以应变局部化为特征的渐进破坏现象.挡土墙中的土体考虑为非关联的理想弹塑性材料,而边坡开挖中的土体为应变软化弹塑性材料.数值结果表明,基于经典连续体的有限元分析不能完成整个破坏过程的模拟,而所发展的基于Cosserat连续体模型的有限元过程具备保持由非关联塑性或应变软化引起的应变局部化边界值问题的适定性和模拟土工结构物中整个渐进破坏过程的能力.     

RLWT与APA试验原理的有限元模拟

近年来,沥青路面的高温抗车辙性能与设计标准的符合性备受关注。多轮车辙仪RLWT和沥青路面分析仪APA是用来检测路面芯样抗车辙性能的重要仪器。通过有限元分析,比较了2种仪器的试验原理。结果表明,RLWT试验方法对试件内部损伤的反应更加敏感;试件承受整体的剪切和弯拉作用;试件表面2 cm以下,RLWT试件的剪应力和剪应变明显大于APA试件,RLWT试验方法更侧重于对试件的剪切性能的评价。因此,对于高温下混合料芯样抗剪切性能的评价,优先选用RLWT试验方法。研究成果对沥青路面施工质量和对于设计的符合性检验具有重要的指导意义。     

二维方腔流动的有限元模拟

采用了Ｔａｙｌｏｒ－Ｇａｌｅｒｋｉｎ有限元法离散Ｎ－Ｓ方程，该法保留了高阶的空间离散精度，隐含了流线迎风的耗散作用，采用了压力校正法求解流场中各原始变量，推导了压力修正Ｐｏｉｓｓｏｎ方程的有限元离散格式，最后给出了二维不可压缩方腔流动计算结果。     

渐开线直齿圆柱齿轮有限元仿真分析

利用ANSYS软件对齿轮变形和齿根应力进行了有限元计算,建立了一对齿轮接触仿真分析的模型,利用ANSYS的面面接触单元进行齿轮接触仿真分析,计算了齿轮啮合中的接触应力和接触变形,说明了ANSYS在齿轮计算尤其在接触分析上的有效性,为齿轮的优化设计和可靠性设计及CAE奠定了基础.     

大尺寸热压烧结炉温度场动态分布的有限元法研究

为研究陶瓷在热压烧结炉内温度场的动态分布规律,选用直径400 mm sialon陶瓷为研究对象,采用有限元辐射计算方法研究了加热速率、压头端面温度、隔热套筒高度对热压炉内温度场分布的影响.结果表明:在加热初始阶段,试样心部与边缘的温差随升温速率提高而增大,而在加热后期,随着升温时间增加,试样心部与边缘的温差逐渐减小,并稳定在17℃;样品区达到稳定温度所需时间随升温速率增加而减小;增大隔热套筒与模具之间的距离、增加石墨垫块与水冷压头之间的热阻均有利于提高样品区温度场的均匀性;样品区温度随其距中心距离增加而增大,并沿径向呈抛物线形分布.     

基于离散插值的有限元素法

基于离散插值的有限元素法，介绍一种数值计算方法，并就一种离散插值法（四点法）给出具体的算法及误差估计。