关键词： 土体大变形   稳定节点光滑有限元法   隐式有限元框架   自适应网格重划分   任意拉格朗日-欧拉法  

摘要： 岩土工程常涉及土体大变形问题，采用基于小变形假设的有限元法对其进行分析会产生较大计算误差或因网格畸变而导致计算中断。分解任意拉格朗日-欧拉（ALE）法将网格变形与材料变形分离，分别执行更新拉格朗日（UL）步与欧拉步以便克服网格畸变引起的计算精度降低或计算终止问题。将稳定节点光滑有限元（NsFEMstab）法与ALE法相结合，提出一种新的NsFEMstab-ALE法，并提出一种用于网格自适应调整策略的动态布点法。以刚性基础地基大变形问题为例，对NsF EMstab-ALE进行检验，数值结果表明：（1）基于网格自适应调整策略的动态布点法能够有效解决大变形引起的网格畸变问题，实现网格疏密平滑过渡，确保大变形模拟过程中整个网格单元具有良好质量；（2）应用NsFEMstab-ALE法时，能够获得与参考文献相符荷载-位移响应曲线以及合理的等效塑性应变云图和网格变形图。

关键词： 钢纤维混凝土   力学性能   塑性-损伤模型   有限元分析  

摘要： 为建立钢纤维混凝土(SFRC)三轴塑性-损伤模型(CDP)，采用普通混凝土三轴塑性-损伤模型构建方法，对已有钢纤维混凝土单轴力学性能试验数据库进行整理分析，提出适用于不同钢纤维体积分数下混凝土立方体抗压强度、轴心抗压强度、轴心抗拉强度、弹性模量、受压峰值应变与受拉峰值应变的统一计算公式以及钢纤维混凝土单轴受压、受拉应力-应变骨架曲线和卸载刚度表达式。根据钢纤维混凝土损伤比强度理论，推荐了塑性-损伤模型中的三轴强度及其他参数，提出约束钢纤维混凝土三轴塑性-损伤模型。结果表明，在钢筋钢纤维混凝土简支梁静力加载、短柱轴压加载以及悬臂柱低周反复加载的有限元模型分析中，所提模型的计算结果与试验结果符合良好。

关键词： 碳纤维增强树脂复合材料   柱壳   缺陷   屈曲理论模型   有限元  

摘要： 为开展碳纤维增强树脂复合材料柱壳周向缺陷下屈曲特性理论与试验研究，设计并制作了含周向缺陷的碳纤维柱壳，通过试验与数值分析了周向缺陷下碳纤维柱壳失稳及破坏机制，并与完整柱壳对比分析，发现周向凹陷缺陷可削弱柱壳对缺陷的敏感度；接着，通过分析缺陷柱壳极限载荷变化趋势，建立了柱壳极限载荷与周向缺陷下缺陷长度比与壁厚比之间的数学关系，推导了碳纤维柱壳在周向缺陷下抗压极限载荷理论模型，与试验、数值结果对比分析发现：缺陷柱壳与完整柱壳的理论载荷比值与数值结果最大误差9.7%；四种载荷理论修正值与试验结果分别误差1.4%、4.1%、1.3%、9.3%。修正的理论模型与数值计算、试验结果具有良好一致性。对考虑制造、安装及使用过程中所造成周向凹坑缺陷下碳纤维柱壳耐压理论评估具有重要的实际应用意义。

关键词： 髌骨下极   骨折   骨折内固定   克氏针张力带结合纵向捆绑   有限元分析   生物力学   骨科植入物  

摘要： 背景：髌骨下极对伸膝装置完整性和稳定性以及保持良好的膝关节功能非常重要。目前临床治疗髌骨下极骨折尚没有统一的手术方法，但有效的内固定应该具备对抗股四头肌和髌韧带的拉应力与股骨髁的屈曲应力以及骨折断端分离移位的能力。目的：通过有限元法建立髌骨下极骨折三维模型，对比克氏针张力带、克氏针张力带结合环抱、克氏针张力带结合纵向捆绑3种固定方式的生物力学稳定性，进而为髌骨下极骨折的治疗提供一种可靠的术式选择。方法：选择一名健康的女性志愿者进行膝关节CT扫描，利用有限元软件构建髌骨下极骨折模型。根据不同内固定方式设定为A、B、C组：A组为克氏针张力带固定，B组为克氏针张力带结合环抱固定，C组为克氏针张力带结合纵向捆绑固定。在相同的支撑和约束条件下，运用有限元分析软件评估3种内固定模型的生物力学特性。结果与结论：有限元分析结果表明，在45°合力方向上施加不同大小载荷的条件下，C组相比于A、B两组整体模型、髌骨骨折端及内固定物的位移最小，模型及内固定物的应力最小。提示相较于克氏针张力带和克氏针张力带结合环抱这两种内固定方式，克氏针张力带结合纵向捆绑技术呈现出更小的位移和应力，具备更出色的生物力学强度及更为可靠的内固定强度，从理论上来讲可以很好地满足患者术后早期进行功能锻炼的需求。

关键词： 内外刚性法兰   螺栓力分配   输电塔设计   钢结构   有限元分析  

摘要： 内外螺栓数相同的对称内外刚性法兰连接结构常被用于输电铁塔的设计与建设中。然而，由于内外法兰螺栓圆半径与周长的差异，这种对称结构在实际工程中容易产生加工与安装上的问题。为了方便加工以及现场安装，本文设计了一种内外螺栓数不同的非对称内外刚性法兰连接结构。通过商用有限元软件ABAQUS模拟分析了这种非对称刚性法兰连接结构在轴拉，弯曲以及复合加载下的受力情况，研究了螺栓分布配置与几何参数对法兰连接结构的影响。发现在非对称内外法兰中，可以使用内外螺栓的轴向拉力作为指标评估连接结构性能。结果表明：受拉时，内外螺栓受力比与内外螺栓距主管壁的距离比成线性关系，当距离比为0.925时，内外螺栓拉力相同；受弯矩时，内外圈上最大螺栓力之比与距离之比成线性关系，距离比为0.832时，内外圈的最大受力相同；受复合载荷时，螺栓力为一正弦分布和轴拉下螺栓力的叠加。此外，本文还研究了内外法兰盘交错角和螺栓预紧力对螺栓受力的影响，发现前者对螺栓受力的影响较小，在设计时可以忽略；而后者的影响随着外荷载的增加逐渐减小。因此，本文的研究可以为非对称内外法兰结构的优化设计提供理论指导。

关键词： 盾构隧道   可挠钢管片   钢筋混凝土管片   有限元   不均匀沉降  

摘要： 针对地裂缝或底部脱空等不均匀沉降地层下，常规钢筋混凝土盾构管片的刚性接头处因非协调变形而易出现开裂、渗漏水乃至整体失稳的问题，研究一种新型“可挠-钢混”组合管片的受载变形特性。开展了不同平板接头压载的室内试验与数值模拟，对比了混凝土与可挠接头的挠度特性，验证了数值建模方法的合理性，建立了不同结构形式的“可挠-钢混”组合管片在稳定和底部脱空地层下受载的数值模型，研究了管片混搭方式和可挠环分块形式对管片应力、螺栓应力、综合位移、管片弯矩和径向位移的影响。结果表明：可挠管片或接头的引入可通过其协调变形而适当增大位移，但会显著降低管片及螺栓的应力水平，避免混凝土管片发生脆性开裂；钢筋混凝土管片与可挠管片间隔混搭的方式可兼具刚性承载及协调变形的优势，使管片结构呈现最佳的“刚柔并济”效果；“匹配六块”管片分块形式与钢筋混凝土管片的搭配效果更好，避免了管环薄弱接缝位置出现在拱顶、拱底与两拱腰处，且管片应力、弯矩和变形更小。本研究可为复杂地层下的盾构管片设计提供一定的参考借鉴。

关键词： 防屈曲支撑   双层方钢管   低周往复荷载试验   滞回性能   有限元分析  

摘要： 防屈曲支撑端部设计不合理，易形成薄弱部位破坏，为避免这种现象发生，提出了一种新型双层方钢管防屈曲支撑。双层方钢管约束着其间隙内的耗能板，耗能板上下部的正面或反面与内方钢管外表面或外方钢管内表面焊接，这种构造方式使得此类支撑受压、受拉时性能一致。设计并制作了4个双层方钢管防屈曲支撑试件，进行了低周反复荷载试验，研究了耗能板布置方式和耗能段数量对这种支撑性能的影响，得到了试件在循环荷载作用下的破坏机理、滞回性能、延性、刚度退化规律以及耗能能力等，并采用有限元软件进行了模拟分析。试验结果表明：双层方钢管防屈曲支撑滞回曲线饱满，耗能能力强，变形能力良好。在轴向荷载作用下，试件主要依靠耗能板进入塑性耗散能量，加载到后期耗能板断裂导致试件失去承载能力。试验过程中，内外方钢管保持弹性状态，但外方钢管表面局部出现鼓曲现象。增加支撑中的耗能段数量可以提高支撑的承载能力和刚度。建立了ABAQUS有限元分析模型，有限元分析结果与试验结果吻合良好。

关键词： 交流接触器   有限元分析   传输线法   并行计算   动态特性  

摘要： 动态特性评估对于交流接触器的可靠性和优化设计至关重要，数字样机模型与实验测量相结合的方法为评估动态特性提供了新方案。然而，现有商用有限元软件在求解数字样机模型时存在耗时长、收敛性差等诸多问题。对此，本文提出一种基于传输线法的交流接触器动态特性有限元并行计算方法，实现交流接触器动态特性的加速求解。该方法首先利用有限元法和场路耦合建立交流接触器电磁-力耦合的数字样机模型。然后基于传输线法将有限元模型的三角形单元等效成电路模型和传输线模型，从而将非线性问题解耦为线性网格和非线性网络。非线性网络等效成多个独立的电路，可以进行单元的大规模并行计算。通过与商用有限元软件COMSOL Multiphysics?以及实验测量结果进行对比，验证了传输线法在交流接触器动态特性计算方面的准确性。与COMSOL Multiphysics?求解动态特性的时间相比，传输线法的计算速度比COMSOL Multiphysics?提升了2.46倍。

关键词： 桥梁工程   残余应力分布模型   波形腹板工字梁   有限元分析   宽厚比   焊接试验  

摘要： 为研究波形腹板工字梁不同宽厚比对其焊接残余应力大小的影响和分布规律,通过数值模拟和试验方法对不同宽厚比的试件进行了研究。采用ABAQUS软件,利用完全耦合法建立了波形腹板工字梁的热弹塑性三维有限元模型,得到了焊接应力场;对不同路径位置上的焊接残余应力分布规律及不同宽厚比试件残余应力大小和分布进行分析,并绘制了分布模型;系统分析了板件厚度及宽厚比对构件残余应力的影响,并进一步探讨了构件之间的影响机制。研究结果表明:波形腹板工字梁焊接有限元模型所得结果与试验所测得的残余应力吻合度较高;残余应力总体分布主要以纵向残余应力为主,翼缘近焊缝处存在最大的残余拉应力,最大拉应力为415MPa;在其它因素不变情况下,翼缘及腹板外伸端所出现的残余压应力大小与板件宽厚比和板件厚度变化呈反比;与此不同的是,残余拉应力大小并不直接与板件宽厚比或板件厚度呈显著的变化趋势;基于数值模拟分析,提出了波形腹板工字梁1/2截面处的残余应力分布模型和计算公式,为后续波形腹板残余应力试验提供参考。

关键词： 地铁车站   地震损伤   土-结构相互作用   数值模拟  

摘要： 文章以大开地铁车站结构为研究对象,建立土-地下结构动力相互作用三维有限元模型,考虑竖向地震动的影响,计算分析了水平向与竖向地震动同时输入及仅输入水平向地震动两种工况的地铁车站结构地震响应。结果表明,计算的大开地铁车站地震破坏模式与实际震害调查结果吻合,竖向地震动对该地铁车站结构的地震损伤并无太大影响,造成该地铁车站结构地震损伤的主要原因是水平性地震动,但竖向地震动会显著增加结构中柱轴力。