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耦合SBFEM-FEM的高拱坝系统地震响应分析
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作者 陈灯红 梁羽翔 +2 位作者 刘云辉 张心瀚 胡昊文 《水力发电学报》 北大核心 2025年第4期72-84,共13页
高拱坝的巨大尺寸跨度以及需考虑的不同分区材料属性和坝基地形的复杂性,采用传统有限元法进行精细化建模时存在一定局限性。本文建立了一种耦合SBFEM-FEM高拱坝-地基-库水系统的地震分析数值分析模型。该模型以SBFEM理论为基础,通过蒙... 高拱坝的巨大尺寸跨度以及需考虑的不同分区材料属性和坝基地形的复杂性,采用传统有限元法进行精细化建模时存在一定局限性。本文建立了一种耦合SBFEM-FEM高拱坝-地基-库水系统的地震分析数值分析模型。该模型以SBFEM理论为基础,通过蒙皮单元技术耦合八叉树SBFEM自定义单元与ABAQUS内置单元,将SBFEM半解析和网格灵活的优势与ABAQUS成熟的线性与非线性求解器和前/后处理模块相结合。以XL高拱坝为例,对其进行了地震作用下线弹性、接触非线性与材料非线性动力响应分析。结果表明:本文方法相较于传统有限元法能够有效减少计算所需资源,并且能够准确模拟高拱坝在地震作用下的非线性响应及损伤情况,对大坝以及其他建筑的抗震研究具有一定的借鉴意义。 展开更多
关键词 比例边界有限元 耦合sbfem-FEM 接触非线性 非线性动力响应 八叉树网格
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地震激励下等横截面无限水库频域和时域响应的FEM-SBFEM计算方法
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作者 李上明 肖世富 《应用数学和力学》 北大核心 2025年第4期425-437,共13页
坝体抗震设计和评估需要准确计算无限水库动力响应.基于比例边界有限元法(scaled boundary finite element method,SBFEM)力学推导技术,推导了顺河向地震激励下等横截面无限水域频域响应计算公式,利用Fourier逆变换建立了时域响应控制方... 坝体抗震设计和评估需要准确计算无限水库动力响应.基于比例边界有限元法(scaled boundary finite element method,SBFEM)力学推导技术,推导了顺河向地震激励下等横截面无限水域频域响应计算公式,利用Fourier逆变换建立了时域响应控制方程,通过线性叠加推导了顺河、横河、竖直三向组合地震激励下的无限水域频域和时域响应的SBFEM计算公式.结合有限元法,建立了无限水库频域和时域响应的FEM-SBFEM耦合方程.分析了地震激励下的二维、三维等横截面无限水库频域、时域响应,数值验证了所建立计算公式的正确性.所发展的FEM-SBFEM公式体系可推广应用于库底库岸具有吸收性的、横截面有任意几何形状的无限水库谐响应及瞬态响应分析. 展开更多
关键词 无限水库 瞬态分析 谐响应分析 比例边界有限元 有限元
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Development of a Three-Dimensional Multiscale Octree SBFEM for Viscoelastic Problems of Heterogeneous Materials
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作者 Xu Xu Xiaoteng Wang +2 位作者 Haitian Yang Zhenjun Yang Yiqian He 《Computer Modeling in Engineering & Sciences》 SCIE EI 2024年第8期1831-1861,共31页
The multiscale method provides an effective approach for the numerical analysis of heterogeneous viscoelastic materials by reducing the degree of freedoms(DOFs).A basic framework of the Multiscale Scaled Boundary Fini... The multiscale method provides an effective approach for the numerical analysis of heterogeneous viscoelastic materials by reducing the degree of freedoms(DOFs).A basic framework of the Multiscale Scaled Boundary Finite Element Method(MsSBFEM)was presented in our previous works,but those works only addressed two-dimensional problems.In order to solve more realistic problems,a three-dimensional MsSBFEM is further developed in this article.In the proposed method,the octree SBFEM is used to deal with the three-dimensional calculation for numerical base functions to bridge small and large scales,the three-dimensional image-based analysis can be conveniently conducted in small-scale and coarse nodes can be flexibly adjusted to improve the computational accuracy.Besides,the Temporally Piecewise Adaptive Algorithm(TPAA)is used to maintain the computational accuracy of multiscale analysis by adaptive calculation in time domain.The results of numerical examples show that the proposed method can significantly reduce the DOFs for three-dimensional viscoelastic analysis with good accuracy.For instance,the DOFs can be reduced by 9021 times compared with Direct Numerical Simulation(DNS)with an average error of 1.87%in the third example,and it is very effective in dealing with three-dimensional complex microstructures directly based on images without any geometric modelling process. 展开更多
关键词 Three-dimensionalmultiscale viscoelastic analysis numerical base functions octree sbfem image-based analysis temporally piecewise adaptive algorithm
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基于FEM-SBFEM的水下结构声固耦合分析方法 被引量:3
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作者 李上明 《西南科技大学学报》 CAS 2015年第4期73-77,共5页
针对浸没在无限水域中的水下结构声固耦合问题,基于有限元(FEM)与比例边界有限元法(SBFEM)建立了水下结构声固强耦合公式。在该耦合公式中,水下结构用FEM模拟,而无限水域截断成有限水域与剩余的无限水域,其中有限水域用声学FEM模拟,剩... 针对浸没在无限水域中的水下结构声固耦合问题,基于有限元(FEM)与比例边界有限元法(SBFEM)建立了水下结构声固强耦合公式。在该耦合公式中,水下结构用FEM模拟,而无限水域截断成有限水域与剩余的无限水域,其中有限水域用声学FEM模拟,剩余的无限水域用SBFEM模拟。水下结构与有限水域的耦合效应及有限水域与无限水域的耦合效应通过耦合面的运动学条件及动力学条件获得。基于耦合面的运动学及动力学条件,建立水下结构与周边无限水域的FEM-SBFEM强耦合公式。利用该耦合公式,采用Newmark直接积分法分析了水下结构的瞬态响应。数值分析结果表明了该FEM-SBFEM耦合公式的正确性。相比于FEM模拟无限水域,该耦合公式具有自由度少、精确满足无限水域无反射等特点,可为水下结构动力响应分析提供一种新的分析手段。 展开更多
关键词 水下结构 无限水域 声固耦合 FEM-sbfem耦合公式
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基于ABAQUS的SBFEM及在混凝土坝非线性地震响应分析中的应用 被引量:6
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作者 陈灯红 刘云龙 +1 位作者 林天成 潘子悦 《三峡大学学报(自然科学版)》 CAS 2023年第5期50-58,共9页
通过用户子程序接口,将比例边界有限元法嵌入到商用程序ABAQUS中.采用蒙皮单元技术完成了接触界面属性定义,将比例边界有限元法与ABAQUS中的接触非线性模型相结合.通过耦合比例边界有限元法-经典有限元法,采用黏弹性边界建立了考虑横缝... 通过用户子程序接口,将比例边界有限元法嵌入到商用程序ABAQUS中.采用蒙皮单元技术完成了接触界面属性定义,将比例边界有限元法与ABAQUS中的接触非线性模型相结合.通过耦合比例边界有限元法-经典有限元法,采用黏弹性边界建立了考虑横缝接触非线性的坝体-库水-地基动力相互作用模型.将接触非线性混凝土坝模型应用到NG5拱坝中,计算结果均与ABAQUS自带单元的结果吻合良好,并具有较高的计算效率,从而为工程结构动力分析提供了一种新手段. 展开更多
关键词 比例边界有限元法 混凝土坝 接触非线性 蒙皮单元技术
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基于SBFEM的地下结构抗震分析 被引量:3
6
作者 任红梅 林皋 《安徽建筑工业学院学报(自然科学版)》 2005年第3期28-31,共4页
将比例边界有限元法(ScaledBoundaryFiniteElementMethod,以下简称SBFEM)理论应用于地下结构的地震响应分析。首先验证了SBFEM的精确性。根据本文的研究成果,对不均匀介质地下结构地震响应的特点获得了深入的认识,这对地下结构工程的抗... 将比例边界有限元法(ScaledBoundaryFiniteElementMethod,以下简称SBFEM)理论应用于地下结构的地震响应分析。首先验证了SBFEM的精确性。根据本文的研究成果,对不均匀介质地下结构地震响应的特点获得了深入的认识,这对地下结构工程的抗震设计将具有重要参考价值。 展开更多
关键词 比例边界有限元法 地下结构 地震响应
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SBFEM法在农业设施装备零部件设计分析中的应用
7
作者 袁军 孙海艳 +1 位作者 杨明金 陈建 《农机化研究》 北大核心 2008年第2期26-29,共4页
比例边界有限元法是基于有限元法的无需基础解的边界有限元计算方法,该计算方法可以把线性问题的变量偏微分方程转换成常微分方程。常微分方程沿着网格径向求解,方程中的系数可以通过周向的有限单元近似值确定,从而提高计算的效率和精... 比例边界有限元法是基于有限元法的无需基础解的边界有限元计算方法,该计算方法可以把线性问题的变量偏微分方程转换成常微分方程。常微分方程沿着网格径向求解,方程中的系数可以通过周向的有限单元近似值确定,从而提高计算的效率和精确性。通过单向受压带孔平板的比例边界有限元设计分析,并与传统有限元方法进行了比较,结果表明:比例边界有限元法在解决农业设施装备零部件设计分析中的应力集中问题上,比传统有限元法计算效率及精度更高。 展开更多
关键词 农业工程 农业设施装备 应用 比例边界有限元法 应力集中
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基于SBFEM的核电厂地基动阻抗数值求解算法研究
8
作者 朱秀云 李建波 +1 位作者 林皋 胡志强 《核动力工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第S1期48-53,共6页
基于比例边界有限元方法(SBFEM)处理无限域问题的优点,从SBFEM无限域动力刚度控制方程的建立出发,借鉴递推近似算法-连分式求解无限域地基动力刚度矩阵,推导了适用于随激振频率变化的集总参数性质的核电厂地基动阻抗数值求解方法,并通... 基于比例边界有限元方法(SBFEM)处理无限域问题的优点,从SBFEM无限域动力刚度控制方程的建立出发,借鉴递推近似算法-连分式求解无限域地基动力刚度矩阵,推导了适用于随激振频率变化的集总参数性质的核电厂地基动阻抗数值求解方法,并通过长方形基坑算例验证了上述算法的合理性。最后,分别以三维半无限均质/分层开挖场地算例的形式,对本文所用方法和基于谐响应的粘弹性场地地基动阻抗数值求解算法的结果进行了比较,验证了其精度的合理性。 展开更多
关键词 核电厂 结构-地基动力相互作用 比例边界有限元方法 动力刚度
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基于SBFEM的面板坝与可压缩库水动力耦合弹塑性分析方法 被引量:8
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作者 许贺 邹德高 +1 位作者 孔宪京 刘京茂 《水利学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第11期1369-1377,共9页
采用比例边界有限元法(SBFEM)模拟库水,可将求解维数降低一维,而且可考虑库水可压缩性、库底淤沙的波能吸收效应等因素。但在时域计算前,该方法需要进行多次的动水压力频域求解以获得时域脉冲响应函数,计算量较大。本文采用SBFEM模拟坝... 采用比例边界有限元法(SBFEM)模拟库水,可将求解维数降低一维,而且可考虑库水可压缩性、库底淤沙的波能吸收效应等因素。但在时域计算前,该方法需要进行多次的动水压力频域求解以获得时域脉冲响应函数,计算量较大。本文采用SBFEM模拟坝前可压缩库水,并且将其与有限元方法(FEM)离散的面板坝(CFRD)耦合,进而建立了面板坝与可压缩库水动力耦合弹塑性分析方法;并根据坝与库水动力耦合响应的特点,对动水压力计算过程进行了简化处理,仅需确定截断频率,即可大幅度地降低动水压力频域求解的计算量,还可保证较高的计算精度。数值结果表明,面板坝越高,计算效率提高的越多,给出如下建议:当100 m>H≥50 m时,取ωT=40π;当200 m>H≥100 m时,取ωT=30π;当H≥200 m时,取ωT=20π。 展开更多
关键词 动水压力 可压缩库水 比例边界有限元 简化 截断频率
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基于FEM-SBFEM的坝-库水动力耦合简化分析方法 被引量:16
10
作者 许贺 邹德高 孔宪京 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2019年第12期37-43,共7页
在坝-库水动力流固耦合分析中,比例边界有限元方法(SBFEM)仅需对流固交界面进行离散,就可以模拟半无限域库水,节省了节点自由度个数,具有较高效率。但采用数值方法处理动水压力时得到的附加质量阵为满阵,进行大规模的面板坝弹塑性动力... 在坝-库水动力流固耦合分析中,比例边界有限元方法(SBFEM)仅需对流固交界面进行离散,就可以模拟半无限域库水,节省了节点自由度个数,具有较高效率。但采用数值方法处理动水压力时得到的附加质量阵为满阵,进行大规模的面板坝弹塑性动力分析时用于求解方程的时间较多。该文根据动水压力附加质量阵的物理意义与分布特点,提出了一种基于FEM-SBFEM的坝与库水的动力耦合简化计算方法,仅需提供一个保留系数β(0≤β≤1.0)即可实现不同程度的动水压力附加质量阵化简,简单易行;将其应用在面板坝与库水的动力弹塑性耦合计算中,建议了β的取值范围,在保证具有良好精度的前提下大幅提高了计算效率。 展开更多
关键词 比例边界有限元 附加质量阵 面板堆石坝 坝-库水动力相互作用 动水压力
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基于饱和多孔介质PSBFEM的闸坝—可液化地基动力响应分析
11
作者 邹德高 陈楷 +3 位作者 陈涛 王锋 刘京茂 滕晓威 《水电与抽水蓄能》 2020年第1期17-21,8,共6页
近年来我国水利工程选址地质条件复杂,深厚覆盖层上建坝已难以避让,闸坝抗震设计与安评的难度显著提高,尤其对于覆盖层中存在可液化土层的情况,有关研究较少,不利于准确把握与评价闸坝的动力响应和抗震性能.本文引入高效四分树方法,建... 近年来我国水利工程选址地质条件复杂,深厚覆盖层上建坝已难以避让,闸坝抗震设计与安评的难度显著提高,尤其对于覆盖层中存在可液化土层的情况,有关研究较少,不利于准确把握与评价闸坝的动力响应和抗震性能.本文引入高效四分树方法,建立了闸坝-可液化地基体系的跨尺度分析模型,同时采用饱和多孔介质多边形比例边界有限单元和土体广义塑性模型以模拟地基孔隙水压力的产生、扩散和消散过程,精确地分析了体系的动力反应.结果表明:闸坝底部土体液化程度低于上下游地基土;闸坝呈整体向下游水平移动,并略有向下游倾斜的趋势;地震致使部分土体弱化,加剧了闸坝及防渗墙的变形,应采取适当的加固措施,避免影响机组安全运行.本文方法更加准确地反映了实际情况,且适应性强,为地基抗液化措施的对比与验证研究提供了可靠的技术支持. 展开更多
关键词 多边形比例边界有限元 可液化地基 动力响应 弹塑性分析
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局部复杂场地Rayleigh波传播特性分析的SBFEM模型研究 被引量:4
12
作者 李志远 李建波 林皋 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第11期4242-4250,共9页
基于土-结构动力相互作用(SSI)的原理,将求解包含局部复杂地形的散射场问题,分解为规则开挖场地的动刚度、包含复杂构造散射体的动刚度和自由场波动输入3个问题的求解,并依据子结构控制方程,提出了一种高精度的比例边界有限(SBFEM)计算... 基于土-结构动力相互作用(SSI)的原理,将求解包含局部复杂地形的散射场问题,分解为规则开挖场地的动刚度、包含复杂构造散射体的动刚度和自由场波动输入3个问题的求解,并依据子结构控制方程,提出了一种高精度的比例边界有限(SBFEM)计算模型。通过计算半圆形河谷和半圆形沉积河谷两个算例,验证了SBFEM计算模型的正确性。较为系统地讨论了矩形峡谷、垂直断层和孤凸山体等常见复杂地形对Rayleigh波场的散射作用。结果表明:峡谷深度、软弱断层破碎带和孤凸山体对Rayleigh波都有一定阻挡作用;峡谷宽度、断层宽度和硬性断层填充物等因素对Rayleigh波散射作用影响不明显。SBFEM分析模型可应用于隔震沟、隔震帷幕设计,对大坝、桥梁等工程的选址提供有益的建议。 展开更多
关键词 RAYLEIGH波 局部复杂场地 比例边界有限元 子结构法 土-结构相互作用
原文传递
基于X-SBFEM的非线性断裂数值模型研究 被引量:2
13
作者 傅兴安 李建波 林皋 《大连理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第5期494-500,共7页
从非线性断裂力学模型的角度,开展准脆性材料(混凝土)裂纹过程区的有效模拟,是当前的研究热点之一.扩展比例边界有限元法(X-SBFEM)兼有扩展有限元法(XFEM)和比例边界有限元法(SBFEM)两种方法的优势,利用SBFEM求解裂尖段应力奇异性问题,... 从非线性断裂力学模型的角度,开展准脆性材料(混凝土)裂纹过程区的有效模拟,是当前的研究热点之一.扩展比例边界有限元法(X-SBFEM)兼有扩展有限元法(XFEM)和比例边界有限元法(SBFEM)两种方法的优势,利用SBFEM求解裂尖段应力奇异性问题,利用XFEM模拟非裂尖段位移场不连续.为在X-SBFEM中增加非线性断裂模型,提出采用sideface力的形式,基于黏聚力模型,通过线性叠加迭代法来模拟准脆性材料(混凝土)裂纹过程区.最后,以数值算例——单边缺口的三点弯曲梁和四点剪切梁——模拟裂纹过程区能量耗散影响,验证了所提方法的精度与应用效果. 展开更多
关键词 扩展比例边界有限元法 应力强度因子 黏聚力 side-face力 裂纹过程区
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基于八叉树比例边界有限元法的高拱坝-不规则地基-库水系统非线性地震响应分析 被引量:1
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作者 陈灯红 张心瀚 +3 位作者 刘云辉 胡昊文 刘云龙 梁羽翔 《岩土力学》 北大核心 2025年第8期2586-2599,2638,共15页
传统有限元法对大坝-不规则地基-库水系统进行建模时存在一定的局限性。基于ABAQUS二次开发接口,实现了比例边界有限元方法(scaled boundary finite element method,SBFEM)与八叉树网格的结合,建立了一种考虑真实地形的高拱坝-不规则地... 传统有限元法对大坝-不规则地基-库水系统进行建模时存在一定的局限性。基于ABAQUS二次开发接口,实现了比例边界有限元方法(scaled boundary finite element method,SBFEM)与八叉树网格的结合,建立了一种考虑真实地形的高拱坝-不规则地基-库水系统自动建模方法。利用构建的八叉树比例边界有限元法对某重力坝地震响应进行了数值验证。随后对NG5拱坝系统分别基于平整地基和不规则地基进行线弹性和非线性动力响应分析。结果表明:在地震作用下,相较于简化的平整地基拱坝系统,不规则地基拱坝系统坝顶与坝底横河向相对位移以及第一主应力峰值变化较大,分别增加了73.5%和103.6%;考虑拱坝横缝以及材料非线性的情况下,坝顶与坝底横河向相对位移以及顺河向相对位移和相对速度分别增加了43.9%、32.0%和56.6%,同时边缝的法向开度增加尤为显著,增加了388.9%和381.8%,开度峰值增加了105%,在应力和损伤方面,第一主应力峰值增加了81.6%,损伤较大的区域也沿着坝体底部进行了扩展。 展开更多
关键词 比例边界有限元法 高拱坝 八叉树网格 非线性响应 不规则地形
原文传递
球形颗粒应力解析与起裂快速评估:从单体到堆积体
15
作者 江汇 苑耀云 +3 位作者 周元德 王进廷 张宪可 杜修力 《水力发电学报》 北大核心 2025年第8期81-92,共12页
颗粒材料在自然界和工程实践中广泛存在,其在受压下的内部应力分布和破碎行为对堆石坝、路基等工程结构的变形和稳定性影响重大。本文针对球形颗粒对径压缩工况,基于Hiramatsu-Oka(平松-冈,HO)解与Dean-Sneddon-Parsons(迪恩-斯内登-帕... 颗粒材料在自然界和工程实践中广泛存在,其在受压下的内部应力分布和破碎行为对堆石坝、路基等工程结构的变形和稳定性影响重大。本文针对球形颗粒对径压缩工况,基于Hiramatsu-Oka(平松-冈,HO)解与Dean-Sneddon-Parsons(迪恩-斯内登-帕森斯,DSP)解这两类分析解,系统探究球形颗粒内部应力分布特征与起裂机制。结果表明,荷载作用范围显著影响颗粒内部应力和起裂位置分布;两类分析解所得颗粒应力分布较为接近,但DSP解可拓展性更具优势。本文进一步将DSP解拓展至多点受载,提出基于SBFEM(比例边界有限元)-DSP的耦合方法。采用SBFEM高效获取颗粒堆积体接触力分布,结合DSP解的应力叠加原理,实现颗粒堆积体系应力场的求解和起裂破坏区域的快速评估。本研究为深入理解颗粒材料压力作用下的应力分布特征和破碎机制提供理论依据,可应用于颗粒堆积体系的变形与潜在破碎率快速评估。 展开更多
关键词 颗粒破碎 解析解 应力分布 颗粒堆积体 比例边界有限元
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基于FEM/SBFEM的无穷域势流问题重叠型区域分解计算
16
作者 吴泽艳 王立峰 +1 位作者 陈莘莘 武哲 《数值计算与计算机应用》 CSCD 北大核心 2011年第3期229-238,共10页
提出了一种将有限元和比例边界有限元相结合求解无穷域势流问题的算法.用两条封闭曲线将求解域划分为存在重叠的有限和无限两个区域,在有限域和无限域上分别用有限元和比例边界有限元方法求解原问题,通过重叠区域交换数据迭代计算,直至... 提出了一种将有限元和比例边界有限元相结合求解无穷域势流问题的算法.用两条封闭曲线将求解域划分为存在重叠的有限和无限两个区域,在有限域和无限域上分别用有限元和比例边界有限元方法求解原问题,通过重叠区域交换数据迭代计算,直至收敛.分析了重叠区域面积的大小对计算收敛速度的影响,发现随着重叠区域面积的增大迭代次数减少,收敛速度加快.数值算例显示了算法的正确性和收敛性.本算法为求解无穷域势流问题提供了一个方法. 展开更多
关键词 势流 有限元 比例边界有限元 区域分解
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基于SBFEM和样条插值的多边形偶应力/应变梯度理论单元 被引量:1
17
作者 陈娟 李崇君 《中国科学:物理学、力学、天文学》 CSCD 北大核心 2021年第5期131-146,共16页
偶应力/应变梯度理论是刻画材料在细观或微观尺度的应变非局部化现象的理论,其基本方程是在传统连续体力学二阶微分方程基础上增加含有材料长度参数的四阶微分方程.偶应力/应变梯度理论有限元的节点参数包含位移的函数值和导数值,并由C^... 偶应力/应变梯度理论是刻画材料在细观或微观尺度的应变非局部化现象的理论,其基本方程是在传统连续体力学二阶微分方程基础上增加含有材料长度参数的四阶微分方程.偶应力/应变梯度理论有限元的节点参数包含位移的函数值和导数值,并由C^(0-1)和C^(1)增强分片检验要求单元对位移函数满足2次完备性和C^(0)连续.相比三角形和四边形单元,构造具有高阶完备性的多边形单元形状函数更有难度,目前还缺少用于求解偶应力和应变梯度理论的多边形单元的研究.本文采用比例边界有限元方法(SBFEM)和基于离散Kirchhoff理论的多边形薄板样条单元(DKPS)相结合的方法,构造用于求解偶应力/应变梯度理论的多边形单元(SBFEMd3-DKPSd2).分别用SBFEM中环向3次单元和DKPS单元计算单元应变和应变梯度的刚度矩阵,避免了单元形状函数表达式的计算,并满足偶应力/应变梯度理论分片检验的要求.数值算例显示,该单元对凸多边形、非凸多边形和1-irregular退化的网格都有很好的计算精度. 展开更多
关键词 边形单元 偶应力/应变梯度理论 比例边界有限元 样条插值基函数 单元刚度矩阵
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基于比例边界有限元法计算应力强度因子的不确定量化分析 被引量:2
18
作者 胡昊文 陈灯红 +2 位作者 王乾峰 胡记磊 骆欢 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第5期250-259,共10页
应力强度因子是预测荷载作用下结构中裂纹产生和扩展的重要参数。半解析的比例边界有限元法结合了有限元和边界元法的优势,在裂纹尖端或存在奇异应力的区域不需要局部网格细化,可以直接提取应力强度因子。在比例边界有限元法计算应力强... 应力强度因子是预测荷载作用下结构中裂纹产生和扩展的重要参数。半解析的比例边界有限元法结合了有限元和边界元法的优势,在裂纹尖端或存在奇异应力的区域不需要局部网格细化,可以直接提取应力强度因子。在比例边界有限元法计算应力强度因子的框架下,引入随机参数进行蒙特卡罗模拟(Monte Carlo simulation, MCS),并提出一种新颖的基于MCS的不确定量化分析。与直接的MCS不同,采用奇异值分解构造低阶的子空间,降低系统的自由度,并使用径向基函数对子空间进行近似,通过子空间的线性组合获得新的结构响应,实现基于MCS的快速不确定量化分析。考虑不同荷载状况下,结构形状参数和材料属性参数对应力强度因子的影响,使用改进的MCS计算应力强度因子的统计特征,量化不确定参数对结构的影响。最后通过若干算例验证了该算法的准确性和有效性。 展开更多
关键词 应力强度因子(SIF) 比例边界有限元法(sbfem) 蒙特卡罗模拟(MCS) 不确定性量化分析(UQ) 奇异值分解(SVD)
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三维弹塑性问题的比例边界有限元法
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作者 李云 杜成斌 江守燕 《河海大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期47-55,共9页
为了研究三维复杂结构的非线性硬化问题,在考虑关联流动准则的Von Mises塑性屈服准则和各向同性/随动硬化准则的本构模型中,引入一致切线模量,并基于比例边界有限元方法和平衡八叉树算法对本构模型进行求解。采用Newton-Raphson迭代法... 为了研究三维复杂结构的非线性硬化问题,在考虑关联流动准则的Von Mises塑性屈服准则和各向同性/随动硬化准则的本构模型中,引入一致切线模量,并基于比例边界有限元方法和平衡八叉树算法对本构模型进行求解。采用Newton-Raphson迭代法求解位移和应力的非线性方程,为了减少计算量,仅在比例中心点执行并储存迭代过程的变量,同时采用Fortran语言编制了求解程序。两个算例计算结果表明,该模型的计算结果具有较高的准确性。 展开更多
关键词 三维比例边界有限元法 八叉树网格 弹塑性 屈服准则 硬化问题
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基于改进四叉树和比例边界有限元法的自适应设计域拓扑优化方法 被引量:3
20
作者 王浩 王江北 +1 位作者 罗浩东 王立文 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期904-915,927,共13页
针对大型结构拓扑优化计算成本高和固体各向同性材料惩罚模型(SIMP)在优化后结构边界处求解精度低的问题,提出了一种基于SIMP法的自适应设计域(ADD)拓扑优化方法。将改进四叉树法应用在拓扑优化的过程中,通过自动划分不同等级的网格单... 针对大型结构拓扑优化计算成本高和固体各向同性材料惩罚模型(SIMP)在优化后结构边界处求解精度低的问题,提出了一种基于SIMP法的自适应设计域(ADD)拓扑优化方法。将改进四叉树法应用在拓扑优化的过程中,通过自动划分不同等级的网格单元来减少网格数量、减轻计算负担并提高边界处求解精度;采用比例边界有限元法(SBFEM)实时计算划分后结构的有限元信息,解决了不同等级网格间悬挂节点的问题。所提方法可在初始网格相对较少的情况下得到更加精确的结果,大幅度地降低了计算成本。数值算例结果表明,所提方法在最终结构边界处精度相同的情况下,计算时间最快可缩短为原来的1/100,可以为后续降低大型结构拓扑优化的计算成本提供参考。 展开更多
关键词 拓扑优化 改进四叉树法 比例边界有限元法 网格自适应
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