不连续介质静、动力分析的刚体-弹簧元法 被引量：32

1

作者 卓家寿 赵宁 《河海大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 1993年第5期34-43,共10页

本文从力学和数学两个角度,阐明了刚体-弹簧元法的机理,首次导出了界面应力的一般公式(适用于不同介质的交界面);并且根据哈密顿原理,推导了刚体-弹簧元分析结构动力响应的计算公式,编制了相应的程序;数值计算了典型考题、印度柯依那(Ko... 本文从力学和数学两个角度,阐明了刚体-弹簧元法的机理,首次导出了界面应力的一般公式(适用于不同介质的交界面);并且根据哈密顿原理,推导了刚体-弹簧元分析结构动力响应的计算公式,编制了相应的程序;数值计算了典型考题、印度柯依那(Koyna)重力坝的自振特性及该坝在实际地震波作用下的动力响应.计算结果与有关文献及该坝的实际震害均较一致. 展开更多

关键词 弹簧元法 介质 刚体 结构

下载PDF 职称材料

基于SEM的可变形块体离散元法研究 被引量：5

2

作者 张青波 李世海 +1 位作者 冯春 王杰 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第8期2385-2392,共8页

针对边坡工程中岩土体连续-非连续渐进破坏的特点,提出一种新的变形体离散元方法(DEM)。与传统有限单元法(FEM)不同,弹簧元法(SEM)通过构建一组广义弹簧系统描述单元的力学行为。弹簧元法中的一个广义弹簧可以具有多个方向的刚度系数,... 针对边坡工程中岩土体连续-非连续渐进破坏的特点,提出一种新的变形体离散元方法(DEM)。与传统有限单元法(FEM)不同,弹簧元法(SEM)通过构建一组广义弹簧系统描述单元的力学行为。弹簧元法中的一个广义弹簧可以具有多个方向的刚度系数,确定广义弹簧系统的构造形式及其各刚度系数表达式是弹簧元法的核心。以三角形单元为例,介绍平面弹簧元的基本理论。对任何二维正交广义弹簧系统,通过定义广义弹簧变形与单元应变之间的关系,直接对比单元的应变能与弹簧系统的弹性势能即可得到广义弹簧刚度系数的表达形式。定义泊松刚度系数和纯剪刚度系数两个系统参数,描述正交广义弹簧之间的联系。对任意泊松比的材料,该方法都可准确地描述泊松效应的影响,计算结果与传统有限元法一致。该方法不需要求得有限元单元刚度矩阵的具体形式,具有直接方便、物理意义明确的优点,应用该方法给出任意4节点单元弹簧系统的构造形式及其各刚度系数的表达式。基于SEM的可变形块体离散元法,用弹簧元中的广义弹簧求解块体变形,用离散元中的接触弹簧计算块体间作用力,在单元节点的控制方程中实现弹簧元-离散元耦合计算,通过接触弹簧的状态实现材料由连续到非连续的破坏过程。在基于连续介质离散元法(CDEM)程序的基础上实现弹簧元-离散元耦合程序,应用耦合程序计算均质土坡在重力作用下的弹塑性变形和基覆边坡在重力作用下的破坏,初步证明该方法用于边坡变形渐进破坏分析的可行性。 展开更多

关键词 弹簧元法 离散元法 弹簧刚度 边坡工程

下载PDF 职称材料

四节点矩形弹簧元及其特性研究 被引量：4

3

作者 张青波 李世海 冯春 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第11期3497-3502,共6页

弹簧元法是一种将单元离散为一系列弹簧的数值计算方法。不同的单元具有不同的离散方式,确定相应的离散弹簧的刚度系数表达式是弹簧元法的关键。将四节点矩形单元离散为6个基本弹簧,每个基本弹簧包括法向弹簧和切向弹簧两个派生弹簧,并... 弹簧元法是一种将单元离散为一系列弹簧的数值计算方法。不同的单元具有不同的离散方式,确定相应的离散弹簧的刚度系数表达式是弹簧元法的关键。将四节点矩形单元离散为6个基本弹簧,每个基本弹簧包括法向弹簧和切向弹簧两个派生弹簧,并用泊松弹簧和纯剪弹簧描述单元的泊松效应和剪切效应,用有限元的单元刚度矩阵标定各弹簧的刚度系数,实现了一种四节点矩形弹簧元的构造形式。该单元的同类弹簧具有相同的表达形式。法向与切向弹簧的刚度表达式中分别含有法向和切向弹簧刚度待定系数。通过改变待定系数的值可使该单元分别对应于有限元的常应变、双线性及Wilson非协调单元。将上述弹簧元方法进行理论推导,并应用于基于连续介质的离散单元法(CDEM)的核心计算进行简单算例验证,证明了提出方法的正确性。通过以上研究发现,四节点矩形弹簧元有以下特点:对于相同问题,不同单元有不同的计算精度;对于梁弯曲问题,应用该单元可显著提高离散单元法的求解精度;改变待定系数的值,可得到更高或者更低精度的单元。 展开更多

关键词 四节点矩形单元 弹簧元法 有限元法 弹簧刚度

下载PDF 职称材料

用刚体弹簧元法求解边坡、坝基动力安全系数 被引量：61

4

作者 张建海 范景伟 何江达 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1999年第4期387-391,共5页

提出采用刚体弹簧元分析边坡、坝基、坝肩等结构物在地震波作用下的动力稳定性，并将该方法应用于工程实际。该方法的新颖之处在于所得动力安全系数不再为某一定值，而是随地震波的作用而发生波动，因而更深刻地反映了动力现象本质。

关键词 动力响应 刚体弹簧元法 地震 边坡 坝基

下载PDF 职称材料

一种模拟岩石破裂的细观数值计算模型 被引量：19

5

作者 姚池 姜清辉 +1 位作者 邵建富 周创兵 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第S2期3146-3153,共8页

建立随机均布Voronoi图的生成算法,以这种网格划分方式作为刚块弹簧元法(RBSM)的基本计算网格。同时,将刚体弹簧方法的界面中点接触模型改为整个界面的均布接触模型,结合界面抗拉强度和莫尔–库仑准则,给出一个能同时考虑模式Ⅰ和Ⅱ的... 建立随机均布Voronoi图的生成算法,以这种网格划分方式作为刚块弹簧元法(RBSM)的基本计算网格。同时,将刚体弹簧方法的界面中点接触模型改为整个界面的均布接触模型,结合界面抗拉强度和莫尔–库仑准则,给出一个能同时考虑模式Ⅰ和Ⅱ的断裂破坏的界面破坏模型。大量数值试验表明,以随机Voronoi图为基本计算网格,块体平均尺寸和排列方式对宏、细观弹性参数之间的关系影响很小,从而克服了颗粒离散元法的网格依赖性和宏、细观参数繁琐的标定程序。将该数值模型计算结果与Vienne岩石试验结果对比,数值模拟结果与试验结果在变形和强度都吻合较好,且随着围压的增大,应力–应变曲线的峰后下降趋势逐渐放缓,在围压为40 MPa时接近水平,表现出明显的由脆性向延性过渡的趋势。 展开更多

关键词 岩石力学 刚体弹簧元法 岩石破裂 VORONOI图 网格依赖性

下载PDF 职称材料

用刚体弹簧元法研究全级配混凝土力学性能 被引量：11

6

作者 王怀亮 宋玉普 王宝庭 《大连理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第z1期105-117,共13页

提出了采用刚体弹簧元法在细观层次上对全级配混凝土的力学特性及破坏机理进行数值研究的方法．该方法首先根据全级配混凝土骨料级配曲线和Walraven函数,使用蒙特卡罗随机理论建立起考虑细观各相力学特性分布不均匀性的随机骨料结构,并... 提出了采用刚体弹簧元法在细观层次上对全级配混凝土的力学特性及破坏机理进行数值研究的方法．该方法首先根据全级配混凝土骨料级配曲线和Walraven函数,使用蒙特卡罗随机理论建立起考虑细观各相力学特性分布不均匀性的随机骨料结构,并对其进行三角形或任意多边形的网格剖分;然后应用刚体弹簧元模型,对全级配混凝土在单轴及双轴荷载下的变形和力学性能进行了系统性的数值试验,并探讨了不同骨料级配及试件尺寸对混凝土力学性能的影响．与实际试验结果的比较表明运用该方法数值模拟全级配混凝土的力学性能是可行的． 展开更多

关键词 全级配混凝土 细观结构 随机骨料 刚体弹簧元法 强度

下载PDF 职称材料

百色RCC重力坝右岸挡水坝段滑移模式及滑移路径的研究 被引量：7

7

作者 裴建良 张建海 +2 位作者 陆民安 向俐蓉 滕丽 《四川大学学报（工程科学版）》 EI CAS CSCD 2003年第2期36-40,共5页

首先采用非线性有限元法,对百色RCC重力坝右岸9B坝段进行破坏模式的研究,确定坝基可能滑移路径范围,而后采用非线性刚体弹簧元法,对可能的滑移路径进行危险滑块搜索,提出各种滑动组合的安全系数,从而确定了最危险滑移路径处于坝基面以... 首先采用非线性有限元法,对百色RCC重力坝右岸9B坝段进行破坏模式的研究,确定坝基可能滑移路径范围,而后采用非线性刚体弹簧元法,对可能的滑移路径进行危险滑块搜索,提出各种滑动组合的安全系数,从而确定了最危险滑移路径处于坝基面以下浅层,滑移通道为从上游坝踵拉裂区沿近直线方式向下游坝趾滑出,最小安全系数KS=3.95。 展开更多

关键词 重力坝 破坏模式 滑移路径 坝基 非线性有限元法 安全系数 刚体弹簧元法 百色水利枢纽

下载PDF 职称材料

基于刚体弹簧元法的全级配混凝土本构特性模拟 被引量：4

8

作者 王宝庭 徐道远 《河海大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 2000年第1期22-25,共4页

在细观层次上把混凝土看作是由粗骨料、硬化水泥砂浆基体组成的两相非均质复合材料,采用适宜极限分析及处理微裂纹行为的刚体弹簧元法,研究了不同的组成成分对材料参数的影响。

关键词 刚体-弹簧元法 全级配 混凝土 弹性模量 泊松比

下载PDF 职称材料

刚体弹簧元法对钢筋混凝土悬臂梁剪切破坏尺寸效应的模拟应用 被引量：5

9

作者 郑家乐 付李 王登峰 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期515-522,共8页

为了研究刚体弹簧元法对钢筋混凝土构件在循环往复荷载作用下剪切性能尺寸效应研究的适用性与准确性,在平面二维刚体弹簧元模型的基础上,将其发展至三维,并应用于钢筋混凝土悬臂梁尺寸效应研究中。通过对比试验结果与数值模拟结果,分析... 为了研究刚体弹簧元法对钢筋混凝土构件在循环往复荷载作用下剪切性能尺寸效应研究的适用性与准确性,在平面二维刚体弹簧元模型的基础上,将其发展至三维,并应用于钢筋混凝土悬臂梁尺寸效应研究中。通过对比试验结果与数值模拟结果,分析了钢筋混凝土悬臂梁在循环往复荷载下的滞回性能、开裂变形等特征。结果表明:三维刚体弹簧元法能够较好地模拟不同尺寸的钢筋混凝土悬臂梁在循环往复荷载下的剪切性能,模拟得到的承载力、延性变形等和已有文献试验结果基本相符;循环往复荷载作用下的钢筋混凝土悬臂梁表现出明显的尺寸效应。 展开更多

关键词 三维刚体弹簧元法 钢筋混凝土悬臂梁 尺寸效应 循环往复荷载 剪切性能

下载PDF 职称材料

百色RCC重力坝典型坝段的动力稳定性分析 被引量：1

10

作者 刘会娟 张建海 陆民安 《水电站设计》 2003年第3期8-11,共4页

采用刚体弹簧元振型分解反应谱法,对百色RCC重力坝左岸6AB坝段坝基进行了动力稳定性的研究,确定出该坝段的特征周期和特征振型、坝基动位移及动应力,同时推求出该坝段可能滑移路径上的动力抗滑安全系数及其变化幅度。研究表明,6AB坝段... 采用刚体弹簧元振型分解反应谱法,对百色RCC重力坝左岸6AB坝段坝基进行了动力稳定性的研究,确定出该坝段的特征周期和特征振型、坝基动位移及动应力,同时推求出该坝段可能滑移路径上的动力抗滑安全系数及其变化幅度。研究表明,6AB坝段最可能滑移路径位于坝体和基岩的交界面上,最小动力抗滑安全系数Kd=2 64,满足动力抗滑稳定性要求。 展开更多

关键词 刚体弹簧元法 百色水利枢纽 碾压混凝土重力坝 振型分解反应谱法 动力稳定性 工程地质

下载PDF 职称材料

大岗山高拱坝坝肩刚体弹簧元抗滑稳定分析 被引量：4

11

作者 殷荣岗 张建海 刘喜康 《水利与建筑工程学报》 2012年第3期121-125,共5页

为研究大岗山高拱坝的坝肩抗滑稳定性,采用刚体弹簧元法对大岗山高拱坝坝肩滑块稳定性展开研究,并与刚体极限平衡法成果进行对比。计算结果表明,水推力是影响滑块稳定性的主要因素,摩擦系数较凝聚力对滑块的稳定性影响更为显著,相比刚... 为研究大岗山高拱坝的坝肩抗滑稳定性,采用刚体弹簧元法对大岗山高拱坝坝肩滑块稳定性展开研究,并与刚体极限平衡法成果进行对比。计算结果表明,水推力是影响滑块稳定性的主要因素,摩擦系数较凝聚力对滑块的稳定性影响更为显著,相比刚体极限平衡法,二者滑块抗滑稳定安全系数规律一致,刚体弹簧元计算考虑了坝体与地基的相互作用和坝基的地质特征,结果更为合理。 展开更多

关键词 大岗山高拱坝 刚体弹簧元法 坝肩滑块 稳定系数

下载PDF 职称材料

轴压比对RC短柱受剪性能的影响机理

12

作者 郑家乐 付李 《土木工程与管理学报》 2023年第3期118-123,共6页

为了研究轴压比对钢筋混凝土短柱受剪性能的影响机理,应用三维刚体弹簧元法模拟了不同轴压比短柱在单调及循环荷载作用下的破坏过程,并结合梁-拱抗剪机制模型和开裂变形模式对受剪性能进行了分析。研究结果表明:随着循环次数的增加,抗... 为了研究轴压比对钢筋混凝土短柱受剪性能的影响机理,应用三维刚体弹簧元法模拟了不同轴压比短柱在单调及循环荷载作用下的破坏过程,并结合梁-拱抗剪机制模型和开裂变形模式对受剪性能进行了分析。研究结果表明:随着循环次数的增加,抗剪承载力逐渐退化,轴压比的增大加剧了退化趋势,这主要是高轴压比使短柱发生更加明显的脆性破坏,产生了更多裂缝,从而使梁机制中混凝土抗剪作用急剧退化。 展开更多

关键词 钢筋混凝土短柱 轴压比 受剪性能 三维刚体弹簧元法 机理研究

下载PDF 职称材料

基于四维离散数值方法的岩石圆环试样动态破坏及耗能规律 被引量：3

13

作者 张奔 赵高峰 《土木与环境工程学报（中英文）》 CSCD 北大核心 2019年第2期20-28,共9页

利用最新提出的四维离散弹簧元法(4D-LSM)对岩石圆环的动态抗变形及耗能特性进行研究。首先对4D-LSM用于描述岩石圆环试样破坏的适用性进行了验证,发现4D-LSM可以较好地再现岩石试样的孔径比与破坏形态和强度间的影响规律。在此基础上,... 利用最新提出的四维离散弹簧元法(4D-LSM)对岩石圆环的动态抗变形及耗能特性进行研究。首先对4D-LSM用于描述岩石圆环试样破坏的适用性进行了验证,发现4D-LSM可以较好地再现岩石试样的孔径比与破坏形态和强度间的影响规律。在此基础上,对孔隙率、非均质性、厚径比等因素与抗变形及耗能间的规律进行研究,得到了对应的数学公式。利用4D-LSM模拟大变形方面的优势,发现当岩石材料的变形抵抗能力较大时,岩石圆环将表现出与传统仅考虑小变形情况下实验和数值计算不同的破坏形态,岩石圆环的材料抗拉强度与抗变形能力也分别呈现非线性关系。通过建立圆环阵列模型,研究了由多个岩环构成的组合结构的抗变形和能量抵抗能力以及对应的破坏形态。结果表明,组合结构中的圆环单元与单圆环受力的破裂形态有所不同,但单圆环的抗变形及耗能规律仍适用于岩环阵列结构的分析。 展开更多

关键词 四维离散弹簧元法 岩石圆环 耗能 变形

下载PDF 职称材料

雅砻江孟底沟水电站拱坝拱座抗滑稳定研究 被引量：2

14

作者 庞明亮 胡筱 +1 位作者 尤林 李竞波 《地下空间与工程学报》 CSCD 北大核心 2017年第6期1678-1687,共10页

保证拱坝的拱座稳定是拱坝设计和建设的重要问题。孟底沟拱坝两岸抗力体内以断层及蚀变带为代表的各种结构面相对发育且类型复杂,这些结构面相互组合形成的可能滑移块体的稳定问题对孟底沟拱坝方案的成立构成了较大的威胁。本文以传统... 保证拱坝的拱座稳定是拱坝设计和建设的重要问题。孟底沟拱坝两岸抗力体内以断层及蚀变带为代表的各种结构面相对发育且类型复杂,这些结构面相互组合形成的可能滑移块体的稳定问题对孟底沟拱坝方案的成立构成了较大的威胁。本文以传统的刚体极限平衡法及新兴的刚体弹簧元法为主要数值分析方法,结合拱坝——基础整体地质力学模型试验,对孟底沟拱坝坝肩抗滑稳定进行了全面深入的计算分析与论证。通过综合数值分析和模型试验的结果对拱坝的拱座稳定性做出了综合评判,识别了坝肩岩体相对薄弱的部位,并对增强拱坝坝肩稳定的工程措施提出了合理建议。 展开更多

关键词 拱座抗滑稳定 断层 刚体极限平衡法 刚体弹簧元法 地质力学模型试验

下载PDF 职称材料

混凝土保护层锈胀开裂过程分析的细观刚体弹簧元模型 被引量：1

15

作者 梁永钦 王立成 《计算力学学报》 CSCD 北大核心 2017年第5期541-546,共6页

建立了描述保护层锈胀开裂过程的细观刚体弹簧元模型(RBSM),获得了锈胀裂缝的扩展过程和保护层的力学响应。数值结果表明,锈胀裂缝开展过程与试验现象较为一致;混凝土采用弹性本构关系时,平均锈胀压力-径向位移曲线的斜率(模型刚度)与... 建立了描述保护层锈胀开裂过程的细观刚体弹簧元模型(RBSM),获得了锈胀裂缝的扩展过程和保护层的力学响应。数值结果表明,锈胀裂缝开展过程与试验现象较为一致;混凝土采用弹性本构关系时,平均锈胀压力-径向位移曲线的斜率(模型刚度)与厚壁圆筒模型理论值接近;采用软化本构关系时,平均锈胀压力峰值与理论值接近,从而验证了本文模型的正确性。此外,探讨了保护层厚度和钢筋直径对锈胀过程力学响应的影响规律。结果表明,保护层厚度减小将导致峰值锈胀压力和径向位移降低;钢筋直径增大同样会导致峰值锈胀压力降低,对应的径向位移整体上呈现随钢筋直径增大而减小的趋势。 展开更多

关键词 混凝土保护层 钢筋锈蚀 裂缝扩展 细观刚体弹簧元法 数值模拟

下载PDF 职称材料

基于SEM的可变形块体离散元法研究 被引量：1

16

作者 周东 张青波 李世海 《科技创新导报》 2016年第13期181-181,共1页

针对边坡工程中岩土体连续-非连续渐进破坏的特点,提出一种新的变形体离散元方法(DEM)。与传统有限单元法(FEM)不同,弹簧元法(SEM)通过构建一组广义弹簧系统描述单元的力学行为。弹簧元法中的一个广义弹簧可以具有多个方向的刚度系数,... 针对边坡工程中岩土体连续-非连续渐进破坏的特点,提出一种新的变形体离散元方法(DEM)。与传统有限单元法(FEM)不同,弹簧元法(SEM)通过构建一组广义弹簧系统描述单元的力学行为。弹簧元法中的一个广义弹簧可以具有多个方向的刚度系数,确定广义弹簧系统的构造形式及其各刚度系数表达式是弹簧元法的核心。以三角形单元为例,介绍平面弹簧元的基本理论。对任何二维正交广义弹簧系统,通过定义广义弹簧变形与单元应变之间的关系,直接对比单元的应变能与弹簧系统的弹性势能即可得到广义弹簧刚度系数的表达形式。定义泊松刚度系数和纯剪刚度系数两个系统参数,描述正交广义弹簧之间的联系。对任意泊松比的材料,该方法都可准确地描述泊松效应的影响,计算结果与传统有限元法一致。该方法不需要求得有限元单元刚度矩阵的具体形式,具有直接方便、物理意义明确的优点,应用该方法给出任意4节点单元弹簧系统的构造形式及其各刚度系数的表达式。基于SEM的可变形块体离散元法,用弹簧元中的广义弹簧求解块体变形,用离散元中的接触弹簧计算块体间作用力,在单元节点的控制方程中实现弹簧元-离散元耦合计算,通过接触弹簧的状态实现材料由连续到非连续的破坏过程。在基于连续介质离散元法(CDEM)程序的基础上实现了弹簧元-离散元耦合程序,应用耦合程序计算了均质土坡在重力作用下的弹塑性变形和基覆边坡在重力作用下的破坏,初步证明该方法用于边坡变形渐进破坏分析的可行性。 展开更多

关键词 弹簧元法 离散元法 弹簧刚度 边坡工程

下载PDF 职称材料