有限单元法

摘要： 一柱一桩钢管柱偏位值超过设计规定的安全范围时,将导致其与下插柱在竖向受力不同心,产生结构安全隐患。为解决该问题,通过理论研究与实践,总结出了一种基于有限单元法的多尺度解决方法。通过建立结构整体有限元分析模型,计算出一柱一桩钢管柱与下插柱连接节点的断面内力,然后建立包含节点加强措施的局部分析模型。该模型中的外荷载为整体模型中提取的断面内力,通过不断调整加强措施对相应的局部节点模型进行试算,确定最终的加强措施。该方法已在某重大工程中成功应用,并取得较好成果。

摘要： 开展了基于数字散斑相关方法和有限单元法(DSCM-FEM)的花岗岩力学参数反演方法研究。选取一种花岗岩进行三点弯曲实验,以数字散斑相关方法作为实验观测手段,分析得到的试件加载过程中表面位移场作为测量值,通过有限元法得到的位移场作为仿真值,以测量值与仿真值之间的误差作为目标函数,构建反问题模型,利用优化算法对岩石的弹性模量和泊松比进行反求,获得能表征岩石力学参数的最优值。研究表明,基于水平位移的目标函数具有更高的反演精度和更快的反演速度;基于DSCM-FEM的力学参数反演方法对在较大搜索范围内的待反演力学参数具有较强的识别能力,能一次性地反演出岩石的力学参数。

摘要： 为提高大坝检测的精度和准确性,确保坝体运行期间的安全稳定,通过构建单个低(高)阻体、水平低阻带等地电模型,采用有限单元法对相关模型进行正演数值模拟并通过最小二乘法对正演结果进行反演成像,分析图像特点并总结其响应特征,为工程的实际应用提供理论依据及指导。通过工程实例,阐述了该方法在实际应用中取得的效果,以综合探测手段为基础进行了多资料联合解释并进一步验证了跨孔电阻率CT法在该领域中应用的可行性。实践表明:相较于常规电法勘探,跨孔电阻率CT法具有高精度、高分辨率、探测深度大、受干扰小、数据丰富、成果直观等优点。

摘要： 文章以周家营水库土坝为例,采用流体力学有限元法计算了瞬态典型工况下的大坝渗流场和大坝典型断面的稳定性。结果表明,坝体边坡稳定系数大于规范允许的安全系数,心墙渗透坡降满足要求,心墙顶高程421.14m,截水槽底宽3.4m,底宽满足规范要求,能够保证坝体渗流稳定性。

摘要： 为了研究抽水蓄能电站厂房内不同楼梯结构型式振动特性的差异,本文结合某实际工程建立三维有限元模型,探讨了楼梯模拟方式,对4种楼梯结构型式的自振特性及脉动压力作用下的动力响应进行了研究.结果表明,按照实际模拟楼梯踏步的几何形态可使计算结果更加精确,但简化踏步模拟的同时计入踏步的质量也能取得较好的结果.在楼梯间增加侧墙或在梯段与平台连接处增加结构柱的方式,可以显著提高楼梯结构的自振频率,降低楼梯结构的振动位移,尤其是增加侧墙的方式适用的频率范围更广,是提高厂房楼梯结构抗振性能的有效措施.

摘要： 叶片尾缘的几何形状不规则、生产局限性和复杂的运行环境使叶片尾缘的粘接对缺陷更加敏感。叶片作为风电机组的主要零部件,很多叶片由于尾缘粘接开裂导致叶片损伤。文章以风力机叶片尾缘粘接为研究对象,针对3种典型的几何外形,评估两种粘接线处理方式对尾缘胶接剪切疲劳性能的影响。首先,通过标准试验件测试得到结构胶的剪切疲劳性能S-N曲线;然后,利用叶片的结构模型得到胶层各个位置处的应力转换矩阵,再将动态疲劳载荷转换为应力时间序列;最后,采用雨流计数法和等寿命曲线得到胶的疲劳损伤。研究结果显示:在粘接线起点处将倒角处理成钝角可以降低局部范围的疲劳损伤;另外,在叶片合模后采用外包边对粘接进行加固补强,在一定范围内也能明显提高胶接的疲劳性能。

摘要： 基于局部表面纳米化技术,本文提出一种适用于重型装备空投的新型缓冲吸能结构设计。与传统吸能结构设计方式不同,本文利用纳米化技术对金属薄壁结构进行局部改性,从而诱导其产生吸能效果最佳的变形模式,该设计方法具有无须改变结构形状、无附加质量等显著优点。首先,介绍了泡沫铝填充式薄壁金属方管的设计流程,并制作了相关试件。其次,基于有限元仿真和试验测试对局部表面纳米化布局进行了优化设计。研究发现,在结构几何尺寸一定的情况下,环向反对称布局方案为最佳设计,此时吸能结构呈现出稳定的渐进层叠的变形模式,形成的褶皱较其他方案更多。最后,进一步研究了表面纳米化对提升该类吸能结构吸能性能的作用机理,并分析了所设计的缓冲平台的吸能效果。结果表明,局部表面纳米化布局不仅提高了薄壁结构自身的吸能性能,同时增强了薄壁结构与泡沫铝之间的相互作用,从而大幅提高整体结构的吸能性能,并且该设计在多柱排列使用时,吸能效果得到进一步加强。

摘要： 薄膜流动作为工程中常用的传热/传质手段,广泛应用于换热器和聚合物成形等设备中。该文重点分析了倒置基底上的薄膜流动问题,从Navier-Stokes方程出发,利用润滑近似理论建立自由液面的运动控制方程,推导其变分形式;在开源有限元程序Freefem++中建立了有限元模型,并开展了二维数值模拟和三维数值模拟。通过数值模拟发现,倒置角度越大,流动形态演化的越快,当倒置角度较小时,流动呈现一种稳定的行波态,倒置角度较大时,液膜会在短期内演化为强衰减形态和孤立波并存的形式,经过足够长的时间后,液膜会完全演化成多个孤立波的形式。该文的工作可以方便地拓展到类似问题的研究中,为薄膜流动的数值模拟提供了一种新的思路。

摘要： 皮瓣移植是临床上治疗皮肤破损创面的一种常用手段,目前常采用样布描记法确定皮瓣形状.由于创面的表面形态复杂,获得的皮瓣轮廓精度低,术后愈合效果差.为此,提出一种基于变形能的皮肤创面展开方法.首先,应用层次值对创面模型进行层次划分,将创面形态学展开至平面;然后,引入有限单元法,赋予创面网格模型中的三角单元以材料属性,定义单元由空间展开至平面产生的变形能,模拟皮瓣在覆盖创面时可能发生的变形;最后,根据变形能优化调整展开形状实现对皮瓣形状的区域优化与术前设计.选取十几例复杂创面模型进行展开分析的结果表明,所提方法优化后的面积误差可缩小至5.63%以内,且变形能向最小稳定值收敛.

摘要： 采用Gmsh软件对起伏地形下的异常体模型进行建模和不规则网格剖分,将剖分网格数据应用到2.5D有限元正演程序中,并使用井—地联合观测方法对正演计算结果进行分析。分析结果表明:采用不规则网格剖分拟合起伏地形和使用井—地联合观测方法来进行起伏地形下的地质情况勘探能得到较好的结果,同时还研究了使用不同观测装置时山谷地形对下方异常响应的影响,研究结果对实际勘探工作有借鉴意义。研究证明了有限元软件Gmsh在地球物理有限单元法正演建模和网格剖分方面有良好的应用价值。

摘要： 对于格构式输电塔,研究建立以构件为计算单元的结构风荷载计算方法.定义角钢构件的单元坐标系与风力坐标系,导出它们的旋转变换矩阵.通过坐标系旋转变换理论,导出角钢构件的挡风宽度、截面方位角、风荷载集度及等效节点风荷载的计算方法.应用本文方法,对于等肢角钢算例进行计算,得到该角钢构件的挡风宽度、截面方位角及等效节点风荷载随风向角变化的关系特性.研究结果表明,本文方法合理准确、简单易行,可有效计算格构式输电塔风荷载.

摘要： 无单元Galerkin法(Element-free Galerkin method,EFGM)是一种基于离散节点的数值模拟方法,其利用局部支持域内的节点空间信息构造形函数,通过Galerkin全局弱式将计算域上的弱式积分方程转化为离散系统方程,具有模拟精度高,预处理简单,节点可根据需要任意布置,适应性强等特点(Belytschko et al.,1994;冯德山等,2013;严家斌和李俊杰,2014;麻昌英等,2017).但采用第三类边界条件时,EFGM对于边界处理较费时,采用第一类边界条件时,要求计算域足够大.EFGM虽然对任意分布的节点具有很强的适应性,但要求节点合理分布,节点的不合理分布可能造成EFGM形函数构造失败,因此在外围区域需要较多的节点覆盖以保证节点的合理分布,这导致EFGM计算成本明显增加.本文尝试尝试将EFGM与FEM耦合，在外围区域使用FEM进行计算，使用快速延伸的网格扩大计算域，从而使得第一类边界条件得到满足，同时仅增加少量节点，不造成计算成本明显增加。祸合法可将不同的数值模拟方法相结合，发挥单一方法的优点的同时又能避免各自的缺点。通过在计算域外围采用快速延伸的FEM网格扩展计算域，核心区域采用EFGM计算，形成EFG-FE方法，获得高精度模拟结果的同时，通过消减边界计算明显减少了计算时间，从而提高了计算效率。

摘要： 本文通过实验研究了聚乙烯管道在机械载荷条件下其应力松弛行为的依时性,并采用卷积分解析法和基于Maxwell模型的有限单元数值模拟监视实验过程中的应力松弛行为.结果表明,在小应变下采用Boltzmann叠加原理推导出的聚乙烯黏弹性本构模型可用于预测聚乙烯管道的松弛行为;基于实验参数,利用有限单元法能有效地对聚乙烯材料的黏弹性行为进行预测.测试结果为聚乙烯管道松弛行为的建模和预测提供了理论依据.

摘要： 变压器噪声绝缘常用的的三个有效方法分别是改进内部结构、改进外部结构和采取隔音措施.考虑到改进变压器内部结构在噪声降低方面作用有限并且成本较高,其余两种方法在实际中运用较多.本文通过基于有限元法模拟变压器噪声声场分布,并比较变压器内部结构改进和采用隔声罩封闭两种方法的降噪效果,得到了使用单层隔声罩对降低噪声具有更好效果的结论,同时也可以获得一个相对满意隔声罩结构.这个测试结果对实际运用中隔声罩的设计具有一定的参考意义.

摘要： 受土体本构模型选取和参数取值的影响,采用有限单元法分析基坑的整体变形往往很难得到合理的计算结果.针对这一问题,提出了利用现场实测或是采用弹性地基梁法得到的支护结构变形作为位移边界条件,采用有限单元法进行基坑工程整体变形分析的方法,计算结果与材料参数的取值关系不再密切.通过分析比较不同支护结构位移模式、分析步骤对计算结果的影响,说明了同常规有限元分析一样,利用该方法计算过程应与实际开挖工况一致.通过三个工程实例验证了该方法的可靠性,为基坑整体变形分析提供了一个新的思路和途径.

摘要： 针对传统弹性理论法过高地估计了桩桩相互作用效应,基于杆件有限单元法建立了半无限土体中群桩基础的桩侧剪应力求解方程,通过简化桩-桩的相互作用效应,将群桩基础桩侧摩阻力的求解方程近似解耦,实现了群桩基础桩身剪应力和位移的快速求解目标.通过两桩相互作用系数以及柔性承台下群桩基础差异沉降的对比分析,验证了该简化方法的合理性.参数分析结果表明,该简化方法计算得到的相互作用系数与严格的边界积分方程法解答较为接近,稍小于Poulos弹性理论法的计算结果;柔性承台下群桩的差异沉降在桩间距较小时与经典解答较为接近,而在桩间距较大时则存在一定的差别.该简化方法大幅减少了群桩计算工作量,适用于大规模群桩基础的快速计算要求.

摘要： 采用MATLAB软件编制结构有限元分析程序,尝试了3种能够保证Wilson非协调元通过分片试验的算法.将计算结果与在ANSYS软件中采用PLANE42单元的计算结果相比较,确定了ANSYS采用的算法.在ANSYS中,形成附加非协调自由度对应的刚度矩阵时,仅将雅可比矩阵的伴随矩阵取局部坐标系原点处的值.最后,对比了3种计算方法的精度高低.不同的算例和理论分析表明,3种算法都是为使得单元通过分片试验而采用的近似算法,没有哪种算法的精度总是高于其他两种.

摘要： 采用MATLAB软件编制结构有限元分析程序,尝试了3种能够保证Wilson非协调元通过分片试验的算法.将计算结果与在ANSYS软件中采用PLANE42单元的计算结果相比较,确定了ANSYS采用的算法.在ANSYS中,形成附加非协调自由度对应的刚度矩阵时,仅将雅可比矩阵的伴随矩阵取局部坐标系原点处的值.最后,对比了3种计算方法的精度高低.不同的算例和理论分析表明,3种算法都是为使得单元通过分片试验而采用的近似算法,没有哪种算法的精度总是高于其他两种.

摘要： 采用MATLAB软件编制结构有限元分析程序,尝试了3种能够保证Wilson非协调元通过分片试验的算法.将计算结果与在ANSYS软件中采用PLANE42单元的计算结果相比较,确定了ANSYS采用的算法.在ANSYS中,形成附加非协调自由度对应的刚度矩阵时,仅将雅可比矩阵的伴随矩阵取局部坐标系原点处的值.最后,对比了3种计算方法的精度高低.不同的算例和理论分析表明,3种算法都是为使得单元通过分片试验而采用的近似算法,没有哪种算法的精度总是高于其他两种.

摘要： 采用MATLAB软件编制结构有限元分析程序,尝试了3种能够保证Wilson非协调元通过分片试验的算法.将计算结果与在ANSYS软件中采用PLANE42单元的计算结果相比较,确定了ANSYS采用的算法.在ANSYS中,形成附加非协调自由度对应的刚度矩阵时,仅将雅可比矩阵的伴随矩阵取局部坐标系原点处的值.最后,对比了3种计算方法的精度高低.不同的算例和理论分析表明,3种算法都是为使得单元通过分片试验而采用的近似算法,没有哪种算法的精度总是高于其他两种.

摘要： 本发明公开了一种基于HFSS单元法的大型有限平面阵列分析方法，包括以下步骤：HFSS单元法分析：利用HFSS单元法建立无限阵列模型，并对主从边界表面间相位差采样，仿真得到一个完整周期结构内各采样点的无限阵有源反射系数；耦合分析：对不同采样点下的无限阵有源反射系数做傅立叶变换实现阵列的互耦分析，确定无限阵的耦合S参数；有源单元方向图分析：根据有源单元方向图与耦合S参数的关系，结合独立阵元方向图、有限阵的阵元位置、幅相信息确定有源单元方向图；阵列方向图综合与修正：综合有源单元方向图，并对综合结果进行修正最终得到综合方向图。本发明仿真速度快、精度高，支持各单元任意幅相激励，能实现大规模平面阵列的互耦分析和方向图综合。

摘要： 本发明涉及一种用于有限体积发的单元界面生成方法,属于计算爆炸力学领域。包括步骤：1、针对待进行仿真分析的仿真模型，根据单元形状生成每个单元独立的界面；2、以仿真模型计算域中所有网格节点的包围盒为外边界，划分树形区域，生成树的各层节点，分配节点信息；3、遍历所生成树的所有叶子节点，获取叶子节点中单元界面个数；4、收集所有单元界面信息，并删除合并后多余单元独立界面信息；进行有限体积方法中的通量计算，得到单元求解自由度的结果，实现爆炸流场的计算。该方法计算效率高，是实现高效有限体积计算的关键技术之一，能够提高武器和防护工程设计的效率，缩短设计周期，节约设计成本，在工程设计中具有重要应用价值。

摘要： 本发明涉及一种用于有限体积发的单元界面生成方法,属于计算爆炸力学领域。包括步骤：1、针对待进行仿真分析的仿真模型，根据单元形状生成每个单元独立的界面；2、以仿真模型计算域中所有网格节点的包围盒为外边界，划分树形区域，生成树的各层节点，分配节点信息；3、遍历所生成树的所有叶子节点，获取叶子节点中单元界面个数；4、收集所有单元界面信息，并删除合并后多余单元独立界面信息；进行有限体积方法中的通量计算，得到单元求解自由度的结果，实现爆炸流场的计算。该方法计算效率高，是实现高效有限体积计算的关键技术之一，能够提高武器和防护工程设计的效率，缩短设计周期，节约设计成本，在工程设计中具有重要应用价值。

摘要： 本发明提供了一种直流电阻率无单元法模拟中耦合有限单元法的边界处理方法，包括以下步骤：对二维地电模型建立范围较小的无单元法区域Ω

摘要： 本发明公开了一种基于有限单元法与物理引擎的建筑倒塌废墟场景模拟方法，该方法包括：建立目标建筑物的有限元模型，并进行倒塌小变形有限元模拟；根据有限元模型的倒塌小变形模拟结果确定倒塌起始时刻，并提取倒塌小变形有限元模拟结果；将有限元模型映射为物理引擎模型，将提取的倒塌小变形有限元模拟结果的数据映射到物理引擎模型中，并采用物理引擎模型对目标建筑物的进行倒塌大变形模拟，得到倒塌大变形模拟结果；将倒塌小变形有限元模拟结果和倒塌大变形模拟结果进行整合、渲染与可视化，构建建筑倒塌废墟虚拟场景。该方法能够对目标建筑物从倒塌开始到废墟形成的全过程进行模拟并可视化，构建合理、可靠的建筑倒塌废墟虚拟场景。

摘要： 本发明提供了一种直流电阻率无单元法模拟中耦合有限单元法的边界处理方法，包括以下步骤：对二维地电模型建立范围较小的无单元法区域Ω

摘要： 本发明属于工程、水文及环境地球物理勘探技术领域，公开了一种接触式激发极化法有限单元数值模拟方法，该计算方法包括任意形状有损耗介质区域剖分、有限单元法数值方程求解及接触式极化率计算过程。本发明解决了传统任意形状有损耗介质接触式激发极化法有限单元数值模拟计算方法的难题，算法结构简单，实现过程简便，设计合理，计算结果稳定可靠，可广泛应用于工程、水文及环境地球物理勘探领域涉及的任意形状有损耗介质充电法勘探极化率数值模拟计算，为基于复杂有损耗介质电源的工程、水文及环境地球物理勘探数值模拟、反演及解释等提供了方法支撑。

摘要： 本发明公开了一种模拟节点达西渗透流速的双重网格多尺度有限单元法，包括：将研究区剖分成粗网格单元，再将粗网格单元剖分成细网格单元；运用伽辽金法得到所求问题的变分形式；在每一粗网格单元上构造基函数；运用基函数求解变分形式，得到总刚度矩阵；根据研究区的源汇项与边界条件，得到水头的方程组；运用有效的数值方法求解，得到研究区每一节点水头值；将研究区网格沿所求达西渗透流速方向或反方向平移一段极小距离，得到平移后的网格；在平移后的网格上再次进行上述水头求解步骤，获得水头；根据每一点平移前后的水头差和位移差，得到连续的水头一阶导数，获得连续、精确的达西渗透流速；应用插值可直接获得细尺度节点的达西渗透流速。

摘要： 本发明公开一种基于深度学习和有限单元法的材料本构模型，属于人工智能和材料本构模型技术领域，包括根据土石坝材料试件大小建立有限元模型，输入压缩试验得到的应力‑应变曲线进行有限元计算,提取模型真实应力、应变及其增量数据，组成数据集;采用深度学习对数据集进行学习，输出深度学习模型参数;根据深度学习模型参数，编写材料本构子程序，构建基于深度学习与有限单元法的土石坝材料本构模型，本发明土石坝材料本构模型构建方法，使用的深度神经网络能够无限逼近任意连续函数，因此能够用于对复杂非线性土石坝材料本构模型的构建，且深度神经网络本构模型仅基于试验数据，没有作出任何假设，模型不受应力应变曲线形状的影响，模型更客观。

摘要： 本发明公开了一种基于有限单元法与物理引擎的建筑倒塌废墟场景模拟方法，该方法包括：建立目标建筑物的有限元模型，并进行倒塌小变形有限元模拟；根据有限元模型的倒塌小变形模拟结果确定倒塌起始时刻，并提取倒塌小变形有限元模拟结果；将有限元模型映射为物理引擎模型，将提取的倒塌小变形有限元模拟结果的数据映射到物理引擎模型中，并采用物理引擎模型对目标建筑物的进行倒塌大变形模拟，得到倒塌大变形模拟结果；将倒塌小变形有限元模拟结果和倒塌大变形模拟结果进行整合、渲染与可视化，构建建筑倒塌废墟虚拟场景。该方法能够对目标建筑物从倒塌开始到废墟形成的全过程进行模拟并可视化，构建合理、可靠的建筑倒塌废墟虚拟场景。