弹塑性有限元

摘要： 选取上海市已建成运行规模最大的排涝泵闸为例,采用材料力学法、材料力学与刚体平衡结合算法、有限单元法计算,研究了软土地区折线形底板基底应力在折点处的应力集中现象,分析得出折线形底板基底应力分布特性;通过对基底应力在不同上部荷载、折线倾角、地基弹模等影响因素下的敏感性分析,总结变化规律,为类似工程结构优化设计提供参考.

摘要： 西部地区地形地质条件复杂,对于岩体破碎、裂隙发育的边坡,前期地勘和试验工作获取到的信息非常有限,难以确定岩体力学参数统计特征.本文结合边坡施工开挖逐步揭示的工程地质信息,建立切合工程地质特征的三维弹塑性有限元模型,模拟边坡开挖过程对工程岩体岩石力学参数进行反分析,对比开挖过程测斜监测获得的位移变形,获得了接近实际情况的最优计算参数,并利用获得的参数分析边坡的稳定性,预测开挖加固效果.结果表明,采用基于弹塑性有限元的边坡稳定性分析是有效可行的,可以计算得出岩体位移场,应力场的变化特征,揭示边坡开挖变形的内在机制.本研究为复杂地质条件下信息化施工设计提供了一种新方法.

摘要： 带钢冷连轧过程中的板形控制问题因具有多变量、多控制回路、非线性和强耦合等特征,是工业控制领域最为复杂的控制过程之一.精准的板形预测模型是提高板形控制水平的重要保证.当前,弹塑性有限元法能够耦合分析轧制过程中带钢的弹塑性变形、轧后的残余应力以及轧辊的弹性挠曲、弹性压扁,因此在带钢轧制领域有很广泛的应用.介绍了现代板形控制系统的工作原理,以及当前弹塑性有限元法关于板形控制问题分析的研究进展.同时,采用显式动态有限元建立了六辊UCM轧机的三维数值仿真模型,研究了不同板形调节机构对带钢板形的调控特性及其最优调节量,并采用实际轧制试验对模型进行了验证.结合带钢保持良好板形的几何条件,利用所建立的UCM轧机模型,分析了中间辊轴向横移、工作辊与中间辊弯辊对带钢横截面形状、凸度、边降及平直度的影响.最后,对有限元法应用于分析板形控制问题的方向进行了展望.

摘要： 螺栓法兰接头预紧安装时,通常采用尽可能大的螺栓安装载荷来确保其密封性能,而过大的螺栓载荷不仅会引起泄漏,甚至会造成强度失效.文中采用有限元分析软件建立了管法兰接头三维弹塑性模型,分析了不同螺栓预紧应力及介质内压作用下法兰偏转角度、应力分量和垫片接触应力的变化,确定了法兰接头的最大螺栓安装载荷.结果表明:在预紧和操作工况下法兰接头均会发生不同程度的偏转,导致垫片外径处应力最大;当螺栓预紧载荷大到一定值时,法兰偏转角度随螺栓预紧载荷的增大呈非线性增大,表明此时法兰发生大塑性变形;综合考虑垫片强度和法兰大塑性变形,确定的NPS24 Class300和NPS3 Class300的管法兰最大螺栓安装应力分别为350 MPa和400 MPa.

摘要： 以某1420 mm带钢冷连轧机为原型,采用三维弹塑性有限元法对UCM轧机冷轧过程进行了模拟,分析了不同板形调控机构对轧制压力分布的影响.结果表明:在工作辊弯辊作用下,轧制压力在带钢边部的峰值消失且在中部逐渐增加,使马鞍型三维分布变为凸型分布;中间辊弯辊对轧制压力的影响相对较小,基本没有改变其分布形式;中间辊横移消除了轧制压力在带钢边部骤增的趋势,使其在接触变形区的分布更平缓.三者对轧制压力的影响程度:工作辊弯辊>中间辊横移>中间辊弯辊,这与其调控功效对比结果一致,表明板形调控机构通过影响轧制压力分布来改变带钢板形的工作机理.%Based on a 1 420 mm tandem cold rolling mill in a domestic plant,rolling processes in an UCM mill were simulated by 3D elastic-plastic finite element method(FEM). Effects of work roll bending(WRB), intermediate roll bending(IRB)and intermediate roll shifting(IRS)on the rolling pressure were investigated. The results showed that peak values of rolling pressure near the strip edge disappear and the central rolling pressure increases with increasing of WRB, and the saddle-shaped distribution of rolling pressure becomes a convex-shaped distribution. Rolling pressure is hardly affected by IRB,and its distribution form is not changed basically. The sharply increased trend of rolling pressure near the strip edge is eliminated due to IRS, and the steep pressure field becomes smooth. Rankings of effects of the three actuators on rolling pressure are:WRB>IRS>IRB,which is in good agreement with the comparison of actuator efficiencies, and it shows that the working mechanism of controlling strip shape is achieved by affecting the rolling pressure distribution.

摘要： In consideration of the soil property complexity,it is difficult to forecast the stress and deforma-tion characteristics of deep foundation pit in the area with super-thick soft soil in theory,but,the numerical simulation is recognized as a good solution.Given this,the author will take the elastic-plastic finite element method to analyze the surface deformation,supporting stress and foundation pit springback characteristics of the deep foundation pit which adopts the underground continuous wall supporting structure in different excavation sequences according to the engineering geological conditions of deep foundation pit in one sub-way station in the area with super-thick soft soil in Yangtze River Delta.According to the numerical simula-tion results,the surface subsidence caused by deep foundation pit excavation in the area with super-thick soft soil is 4 times of excavation depth of foundation pit;Meanwhile,the influence scope of horizontal dis-placement on the surrounding earth surface is approximately 6 times of excavation depth;The supporting stress is increased gradually from top to bottom during excavation.Thus,it will provide the basic materials for the follow-up safety construction,scientific monitoring station location,as well as the safety of the deep foundation pit and surrounding buildings (structures),in addition,which can also offer reference to the de-sign and construction of deep foundation pit in the area with the similar super-thick soft soil.%由于土体性质的复杂性,理论分析很难预测巨厚软土地区深基坑的应力和变形特征,而数值模拟是一个很好的解决方法.结合长江三角洲海相巨厚软土地区某地铁站深基坑工程地质条件,采用弹塑性有限元方法,对地下连续墙支护结构的深基坑在不同开挖时序的地表变形、支撑受力和基坑回弹特征进行了分析.数值模拟结果表明,巨厚软土地区深基坑开挖引起的地表沉降影响范围大约为基坑开挖深度的4倍;周边地表水平位移的影响范围大约为开挖深度的6倍;开挖过程中支撑受力从上至下有逐渐增大的趋势.这可为后续安全施工、科学设置监测点位置以保证深基坑本身和周边建(构)筑物安全提供基础资料,也可为类似巨厚软土地区深基坑的设计、施工提供借鉴.

摘要： Reservoir impoundment is related to several hydraulic engineering concerns, including irreversible valley contractions, landslides and reservoir-induced earthquakes. However, these phenomena, such as valley contractions, are hardly to be explained by the conventional method. The scientific understanding of water effects during impoundment and their hazards to hydraulic structure are needed. The effective stress law for fissured rock masses is introduced in the elasto-plastic model employing the Drucker-Prager criterion and implemented in the three dimension (3D) nonlinear finite element method (FEM) program Three-dimensional FINite Element (TFINE). The slope deforms towards river-way during impoundment since the increasing pore pressure in fissures changes stress state and leads to additional plastic deformation in the rock materials. The value of Biot coefficient and the influence of water on rock materials are discussed in detail. Thus, the mechanism of slope deformation during the impoundment of Jinping-I arch dam is revealed, and the deformation is accurately measured. The application of the effective stress law provides a method to consider stress assessment, deformation evaluation and stability estimate of hydraulic structures during the impoundment process. This is a beneficial exploration and an improvement of hydraulic engineering design.%近年来,随着锦屏一级、溪洛渡等一批高坝大库开始蓄水运行,诱发的不可逆谷幅收缩等问题日益引起工程界的重视.但是,这些现象很难被经典的研究或设计方法解释,科学的理解蓄水过程中山体内水的影响是解释这些现象的基本.本文提出裂隙岩体有效应力原理,将其引入到基于Drucker-Prager准则的弹塑性模型并在三维非线性有限元程序TFINE中实现,发现蓄水过程中岩体的裂隙水压力增加是导致塑性变形是谷幅收缩的重要原因.通过在锦屏一级拱坝蓄水过程的谷幅变形分析验证了该方法的可靠性.

摘要： 近年来，随着锦屏一级、溪洛渡等一批高坝大库开始蓄水运行，诱发的不可逆谷幅收缩等问题日益引起工程界的重视。但是，这些现象很难被经典的研究或设计方法解释，科学的理解蓄水过程中山体内水的影响是解释这些现象的基本。本文提出裂隙岩体有效应力原理，将其引入到基于Drucker-Prager准则的弹塑性模型并在三维非线性有限元程序TFINE中实现，发现蓄水过程中岩体的裂隙水压力增加是导致塑性变形是谷幅收缩的重要原因。通过在锦屏一级拱坝蓄水过程的谷幅变形分析验证了该方法的可靠性。

摘要： 以大型通用有限元分析软件ABAQUS作为平台，以迭代不收敛联合坡面特征点位移陡增作为抗滑桩加固边坡失稳判据，通过二次开发建立了能够自动搜索安全系数的抗滑桩加固边坡稳定性强度折减弹塑性有限元分析模型，结合典型算例的对比分析验证了这一判据的有效性。在此基础上，针对一实例边坡进行了稳定性数值分析。研究表明，对于抗滑桩加固边坡，以强度折减有限元法所确定的潜在滑动面，一般地比极限平衡法、极限分析上限方法要浅。

摘要： 本文利用岩土力学和弹塑性有限元理论，将盘形滚刀的破岩过程描述为滚刀与岩石的运动接触问题，运用有限元分析软件MSC．Marc和ANSYS．Workbench对滚刀破碎岩石的机理进行了数值模拟。

摘要： 本实验采用TiZrNiCu活性钎料真空钎焊Φ1.20mSiC陶瓷反射镜，为研究分析该大尺寸SiC陶瓷反射镜封闭全拘束结构的钎焊接头的残余应力，本文采用弹塑性有限元分析的方法对SiC陶瓷反射镜钎焊接头残余应力进行了数值模拟。结果表明，在钎缝的宽度方向上，从钎缝中心到两侧残余应力逐渐变大，残余应力峰值出现在SiC陶瓷母材与钎料层交接处，所以靠近连接界面的SiC陶瓷成为接头中的薄弱环节;钎料尺寸对SiC陶瓷钎焊接头残余应力具有重要影响，减小钎料涂抹尺寸可缓解SiC陶瓷钎焊接头的残余应力。

摘要： 在材料单轴低周疲劳临界损伤的前提下，定义了基于应变幅和平均应力的裂尖塑性区疲劳损伤参量，并结合弹塑性有限元方法预测材料疲劳裂纹扩展速率（LFF 法）。以大型汽轮机转子材料 Cr2Ni2MoV钢、航空航天材料TA12 合金和TC4 合金为例，利用ANSYS 有限元软件，实现了中心裂纹板试样疲劳裂纹扩展速率的预测。有限元预测结果同实验结果对比表明，本文采用的疲劳裂纹扩展行为预测方法（LFF 法）具有较高的模拟精度和适用性。本文还应用该方法给出了TA17、TB6、TC11 三种钛合金棒材在常温和高温下的低周疲劳裂纹扩展速率—Paris 率，供航空航天工业选材参考。

摘要： 针对现行JIC测试规范中的CT试样柔度转动修正存在的问题，追本溯源，理清了产生错误的根源，提出了正确合理的转动修正公式。基于弹塑性有限元方法对转动半径R进行了细致的研究，提出了考虑转动效应的LLCT试样裂纹长度计算式，新公式具有良好的预测效果。

摘要： 本文总结介绍作者们多年来发展的基于第一性原理的系统性研究金属/氧化物界面结合强度和宏观韧性的策略方法。以应用广泛的γ-Ni/α-Al2O3 界面为例，从第一性原理出发，建立合理的物理和热力学模型，依据基于量子力学的电子密度泛函的系列计算，能够有效分析和描述温度、界面化学配比、元素的热力学活度、合金成分、杂质等对界面结合强度的影响和作用关系。计算表明在感兴趣的温度区间（1300-1600K），界面的平衡相结构为富Al 相（Al-rich），但靠近理想化学配比相（Stoichiometric）的相界。在可能共存的这两种界面中，富Al 相界面的结合强度较高，约三倍于理想化学配比相界面。有害杂质硫有在界面富集的强烈趋向，并因此严重削弱界面强度（可降低60~70%）。而稀土元素铪对此类界面存在至少三种强化机理，包括有效钉扎硫，直接增强界面键能，和取代界面上的硫。针对界面宏观韧性的评估，通过第一性原理密度泛函方法，直接计算不同断裂模式（Mode I, II 和Mixed Mode）的总能－位移关系，近而转化为相应的曳引力－位移关系，通过拟合得到一个统一化（适用于任何断裂模式）的界面势函数。将这个基于第一性原理的界面势函数与内聚力模型(Cohesive ZoneModel)的整合，可以对沿界面的不同晶体学取向（ and of γ-Ni）的稳态断裂展开弹塑性有限元模拟。以较弱的理想化学配比相界面为例，首次获得对界面韧性与断裂模式混合程度（Mode Mixity）及不同晶体学断裂取向的相关性的预测。

摘要： 基于塑性诱导裂纹闭合原理,通过弹塑性有限元大规模数值计算,考察几何构形(中心裂纹矩形板和中心孔双侧裂纹矩形板)、材料强化模型(线性随动强化和非线性随动强化)、加载方式(等幅、等 K)和应力比等因素对疲劳裂纹闭合规律的影响.结果表明,在等 K 加载条件下,用瞬时最大应力正则化的裂纹张开、闭合应力水平和张开应力强度因子与应力比有关,但与裂纹长度无关.相同等K加载条件下,两种几何构形具有近似相同的张开应力强度因子,从而可能导致相同的裂纹扩展速率.

摘要： 本文利用三维正交各向异性弹塑性有限元方法研究了对称角铺设的含中心孔AS4/PEEK层合板[±25]s4层间应力的分布情况．计算结果表明：当上下层的铺设角度相同时，层间会产生较大的法向应力;当上下层铺设角度相反时，层间会产生较大的切应力。无论哪种情况，层间应力总是集中于在自由边缘包括孔边附近，其他部分则较小。而层间应力各分量的最大值则一般位于孔的边缘。数字散斑相关实验和有限元的结果是基本一致的。

摘要： 采取该弹塑性有限元程序,在考虑施工爆破、岩体节理影响的条件下,对常一张高速公路的重点边坡的施工过程进行了模拟,分析了开挖过程中,岩体的变形和应力状态及屈服状态,并用降低材料强度储备的有限元强度折减法,根据边坡岩体单元的屈服连通程度和关键部位的位移变化对高边坡的整体安全系数进行了研究.通过对重点边坡K123的分析表明,边坡在其施工过程中是稳定的.

摘要： 采用三维弹塑性有限元法对某水电站地下洞室群三维初始地应力场进行了反演回归分析。计算结果表明，厂区初始地应力场分布规律合理，实测点处地应力计算值与实测值吻合较好，可以作为后续数值分析和地质力学模型试验的依据。

摘要： 本发明公开了一种考虑复合材料弹塑性与损伤耦合的弹塑性损伤有限元算法，属于复合材料力学性能有限元分析领域；以基于后退欧拉积分法则及牛顿迭代求解复合材料弹塑性损伤的模型为基础，通过在初始求解试用应力以及塑性屈服迭代中求解弹性应力时均考虑前一增量步中损伤状态量对当前应力的软化影响，从而在弹塑性求解过程中考虑损伤退化作用，更真实地反映树脂基复合材料在复杂加载条件下塑性行为与损伤之间的相互作用关系。本发明可有效地描述树脂基复合材料弹塑性与损伤的耦合作用关系，可应用于有限元软件中复合材料弹塑性损伤本构模型的开发、新型树脂基复合材料力学性能研究以及相关的复合材料工程结构精细化建模分析等科研及工程技术领域。

摘要： 基于弹塑性分解的非线性有限元刚度矩阵更新方法，属于结构分析领域。该方法通过对非线性材料的应变进行分解，使用插值形式描述单元分解出的非线性应变场，并在数值计算过程中仅考虑进入非线性变形状态的局部区域，实现了整体弹性结构与局部非线性结构的状态分离，从而将传统方法中大规模刚度矩阵的更新过程转变为对初始弹性刚度矩阵的低秩摄动过程。本发明具有如下特点：1)非线性变形状态分离，本发明在非线性求解过程中使整体刚度矩阵保持弹性状态不变，而使用较小规模的矩阵代表进入非线性状态的局部结构，迭代时仅需对与局部非线性结构有关的小规模矩阵进行更新；2)适用性广，本发明不局限于特定的单元类型和材料属性，具有较强的通用性。

摘要： 本发明涉及一种基于有限元单元节点的子午线轮胎胎面花纹有限元自动建模方法，该建模方法基于有限元单元节点构建胎面花纹有限元三维网格模型，通过MATLAB编程与AutoCAD二次开发技术并结合HyperMesh软件操作，实现了由胎面花纹二维结构设计图直接生成轮胎有限元三维网格模型，省去了构建胎面花纹三维几何造型的繁琐步骤，大幅提高了建模效率，同时保证了有限元网格单元的高质量特性。本发明由胎面花纹二维结构设计图通过建模程序自动生成轮胎花纹有限元三维网格模型，建模效率比传统方法提高了一倍以上，建模过程科学高效，具有很大的应用价值，并且为子午线轮胎复杂胎面花纹有限元自动建模技术的探索提供了新的思路。

摘要： 本发明公开了一种考虑复合材料弹塑性与损伤耦合的弹塑性损伤有限元算法，属于复合材料力学性能有限元分析领域；以基于后退欧拉积分法则及牛顿迭代求解复合材料弹塑性损伤的模型为基础，通过在初始求解试用应力以及塑性屈服迭代中求解弹性应力时均考虑前一增量步中损伤状态量对当前应力的软化影响，从而在弹塑性求解过程中考虑损伤退化作用，更真实地反映树脂基复合材料在复杂加载条件下塑性行为与损伤之间的相互作用关系。本发明可有效地描述树脂基复合材料弹塑性与损伤的耦合作用关系，可应用于有限元软件中复合材料弹塑性损伤本构模型的开发、新型树脂基复合材料力学性能研究以及相关的复合材料工程结构精细化建模分析等科研及工程技术领域。

摘要： 基于弹塑性分解的非线性有限元刚度矩阵更新方法，属于结构分析领域。该方法通过对非线性材料的应变进行分解，使用插值形式描述单元分解出的非线性应变场，并在数值计算过程中仅考虑进入非线性变形状态的局部区域，实现了整体弹性结构与局部非线性结构的状态分离，从而将传统方法中大规模刚度矩阵的更新过程转变为对初始弹性刚度矩阵的低秩摄动过程。本发明具有如下特点：1)非线性变形状态分离，本发明在非线性求解过程中使整体刚度矩阵保持弹性状态不变，而使用较小规模的矩阵代表进入非线性状态的局部结构，迭代时仅需对与局部非线性结构有关的小规模矩阵进行更新；2)适用性广，本发明不局限于特定的单元类型和材料属性，具有较强的通用性。

摘要： 本发明公布了一种基于有限元的弹塑性分析方法，包括如下步骤：1）首先把连续的介质体给离散化，然后把连续体划分为有限个单元再进行求解，单元为规则的几何形状，然后利用划分好的单元把场变量求出；2）选取插值函数，把单元划分之后，选取多项式插值函数的形式来表示场变量；3）建立单元的基本方程式，对单元分析；4）把建立的方程组集合，利用单元间的关系，把单元之间的系统方程组系统地有序地合成整体的矩阵型式方程组；5）根据所述矩阵型式方程组求解场变量中未知的节点值；6）根据节点值把计算各项参数求解出来，并得到分析结果。本发明的弹塑性分析方法能够快速有效的进行弹塑性分析，并得到分析结果。

摘要： 本发明公开了一种FRP复合材料复杂非线性弹粘塑性本构的有限元子程序算法，在判断材料屈服状态时考虑了FRP复合材料在拉伸和压缩条件下屈服行为不对称，分别构建拉伸和压缩下的屈服函数，考虑了FRP复合材料动态屈服后在加载和卸载条件下的行为不一致特性，分别构建屈服后加载和卸载条件下复合材料的动态屈服函数，并通过回归映射算法求解。本发明能适用于求解新开发的综合考虑FRP复合材料拉伸压缩屈服不对称性、考虑静水压力对材料屈服影响、材料应变率效应以及动态屈服后加载行为和卸载行为不一致、具有非关联流动特性的粘塑性行为的弹粘塑性本构，有助于在有限元软件对复合材料结构进行精确分析及优化。

摘要： 本发明公开了一种基于abaqus有限元软件的切石机基础有限元建模及动力仿真分析方法，abaqus有限元软件包括前处理、求解和后处理三大步骤。前处理主要是有限元建模及网格划分；求解是对已建好的有限元模型进行计算；后处理则是对计算结果进行分析、处理。本发明分析方法简单，以切石机基础建立有限元模型，为有限元模拟达到预期的研究效果，能够得到精确地仿真数据。

摘要： 本发明提供一种基于逆有限元与有限元方法的结构状态监测及载荷识别方法，包括：选用适配的逆壳单元对板壳结构进行离散；基于mindlin板理论计算每个逆壳单元的膜应变、弯曲应变以及剪切应变；在逆壳单元的上下表面选取应变测量点，并在应变测量点上粘贴应变传感器实时测量应变，得到应变测量数据；基于应变测量数据，计算每个逆壳单元的膜应变以及曲率；基于最小二乘方法构造泛函，对节点自由度求导，得到逆壳单元的类刚度矩阵和载荷矩阵并组装，赋予恰当的边界条件，计算结构的位移场；利用有限元方法构建的位移场与加载力向量之间的关系，并利用Tikhonov降低应变采集和位移重构产生的误差，实现对结构的状态信息的监测和载荷信息识别。

摘要： 一种基于有限元超收敛性的静电场光滑有限元数值算法。输入数据，所述数据为数值数据；根据节点编号和节点坐标，对所有节点按照节点序号顺序循环，并判断其是否为内部节点；当节点为内部节点时，确定重构点附近的单元集合，计算重构点附近超收敛点坐标和超收敛点原始梯度，以此计算多项式展开和重构梯度，所述内部节点为至少预设数目的单元的共同节点；当节点不为内部节点时，确定重构点附近的单元集合，计算不同单元中重构点的梯度和重构点梯度平均值。本发明提出了一种高精度、高效率的静电场光滑有限元数值计算方法，在保证计算效率的前提下，极大改善了静电场梯度计算的精度与收敛速度。