等参元逆变换插值法的研究及其应用

构造了一种高效的等参有限元逆变换算法，给出了程序流程图，根据等参有限元逆变换，提出了场的插值法，通过工程实例的计算，证明该方法是一种实用的算法，具有足够的精度，且易于编制计算程序。     

倾斜地层的空间变换方法

作者在本文中利用有限元方法模拟电阻率成象测井。为了实现有限元离散网络的合理自动剖分和降低程序设计的难度，对倾斜的地层情形，作者在文中采用了空间变换方法进行处理，并对一些典型的倾斜地层模型进行了模拟测量，并给出了其电阻率井壁成象结果，直观反映井壁地层特征。     

黏弹性三维层状系统的动力谱单元的研究

将黏弹性材料的应力-应变关系和三维谱单元耦合起来,解决三维黏弹性层状体系受冲击荷载的动力问题。此算法将4参量 Burgers微分型本构黏弹性模型,方便地代入谱单元在频率内的波动解,再通过快速傅立叶变换得到时域内三维层状黏弹性体系的瞬态响应分析的结果。以3层路面体系为例,用此算法对其进行了脉冲荷载下的动力响应分析,与有限元的计算结果进行对比,二者吻合良好,同时又对弹性和黏弹性多种路面模型进行了动力分析和对比。     

利用小波变换压制静态效应的方法

利用有限元大地电磁二维正演程序模拟了二层大地低阻静态效应的地电模型,研究了静态效应产生的原理及其影响,并利用小波变换方法对静态效应进行压制,相对于其他常规空间滤波法来说,取得了较好的压制效果,证实了小波变换方法在压制静态效应当中的可行性和有效性。用小波变换方法对某工区实测EH-4音频大地电磁资料数据进行分析、处理,从数学上识别和判断了静态效应,在较好地压制静态效应的同时又能较好地突出地层原本的地质异常。     

面向对象方法在Biot固结有限元程序中的应用

面向对象程序设计方法应用于有限元程序编制带来了相当大的优越性。但迄今为止，这种方法在岩土工程中的应用实例很少。至于用面向对象方法进行土力学中常见的Biot固结有限元分析软件的开发，尚未见报道。现将面向对象有限元方法引入Biot固结有限元程序编制中，用C＋＋语言编制中一个Biot固结有限元程序实例。和结构化程序设计方法相比较，采用面向对象方法进行Biot固结有限元程序的编制，使程序的可维护性、可再生性、可扩充性和程序开发的效率都得到了很大的提高。指出将面向对象程序设计方法引入了Biot固结有限元程序的编制等岩土工程的数值计算领域，是今后的发展方向。     

土坡有限元稳定分析若干问题探讨

详细探讨了用有限元方法分析土坡稳定所遇到的问题及处理方法 ,主要包括: 有限元前后处理 ;有限元计算范围及网格划分对计算结果的影响 ;安全系数的定义 ;最危险滑动圆心位置及临界滑动面的形状等问题。     

半空间埋置动点源荷载问题的传递矩阵法

引用了流体饱和两相多孔介质的动力控制方程分析半空间埋置动点源荷载问题的位移和变形。经过Laplace Hankel变换 ,控制方程化成常微分方程组。利用数学软件mathmatic对上述方程组求解 ,可以得到单层砂土的传递矩阵。分析过程中 ,假设在两层面上 ,位移与应力相互连续 ,可以借鉴有限元的思想进行耦合计算。这样就获得了在饱和砂土中施加竖向动荷载问题的Laplace Hankel变换解 ,其最终的解还需要通过Laplace Hankel逆变换得到     

浅基础沉降可靠性的Neumann随机有限元分析

将随机土性分布参数模拟为随机场，用矩形和任意四边形局部平均随机场单元来离散随机场，对随机场离散技术和自协方差矩阵的组集方法进行了研究，提出了多维相关正态分布随机数的计算机模拟方法，同摄动随机有限元和直接Monte-Carlo随机有限元相比，Neumann随机有限元具有较好的计算精度和计算效率，研制了Neumann随机有限元的程度，考虑荷载变异性和土性分布参数的变异性，用Neumann随机有限元法进行地基沉降和非均沉降的概率分析。     

用区间有限元计算边坡荷载组合效应

边坡工程的稳定性受多种因素的影响,其荷载具有不确定性,可以用具有上、下限的区间数来表示,提出了用区间数学和有限元结合构成的区间有限元方法来求解边坡变形。以古树包边坡的变形为例,研究了该方法的可行性,并与常规有限元计算结果进行了比较,实例计算结果表明,该方法用于计算具有不确定性参数和荷载的工程问题的变形是有效的,与常规有限元的要考虑多种工况相比,计算工作量大大减少,使用简便,而计算结果却能满足工程需要,适合计算边坡工程。     

边坡稳定可靠度分析的并行随机有限元方法

将Monte-Carlo随机方法与并行有限元方法结合,设计了基于PC机群的并行随机有限元算法,每一次随机模拟产生一个随机场,作为一个样本,代入有限元进行稳定性计算,发挥并行有限元计算量大、计算速度快的特点,克服了Monte-Carlo方法计算时间长的缺点。用C++语言结合MPI消息传递接口开发了相应的计算软件,计算了1 000个随机样本的边坡可靠度问题,验证了程序的可靠性及高效性。     

Hybrid FE‐DQ for dynamic analysis of multilayered half‐space subjected to concentrated point impulsive loading

A hybrid finite element method and differential quadrature method (DQM) is developed to estimate the dynamic response of two‐dimensional multilayered half‐spaces subjected to impulsive point loading. Nonreflecting absorbing boundary conditions consist of appropriate springs, and dampers are considered. The capabilities of the finite element method for solving boundary value problems with general domain, loading and systematic boundary treatment are combined with accurate and stable time marching capabilities of the DQM to develop an accurate and efficient numerical technique. The capability, efficiency, robustness and convergence of the DQM for solving the dynamic problem are demonstrated through numerical simulations of various half‐spaces with different time increments and layer arrangement. Also, comparison study when using Newmark's time integration scheme for the same problem is done. It can be concluded that the DQM as an unconditionally stable method is suitable for solving such a problem. Also, parametric study is performed to show the effect of the absorbing boundary conditions on the dynamic response. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

带相变瞬态温度场问题的扩展有限元解析

带相变瞬态传热问题是寒区工程多场耦合问题求解的关键.在剖析常规有限元法在求解带相变瞬态温度场问题的不足的基础上,结合冻土冻融温度变化的特点,提出采用扩展有限元法求解冻土工程带相变瞬态传热问题的新方法,以四边形单元为例推导了冻土工程温度场的求解格式,详细剖析了瞬态传热过程中移动界面水平集函数的构造、单元刚度矩阵的形成及高斯积分的求解.据此编写了相应的扩展有限元程序,通过经典Stefan问题全面验证了程序的正确性与合理性.     

边界元区域分解算法在地下水中的应用

将边界元方法与区域分解算法进行耦合，结合两种方法的优点，并将此方法应用到地下水中，并计算了承压含水层稳定流问题。对非稳定问题则需通过变量替换和Laplace变换，将含时间变量的问题化成只含空间变量的问题，再针对Laplace变换解求其逆变换即可。     

基于二次插值的线源可控源有限元数值模拟

在准静态近似条件下,采用矩形网格单元和双二次函数插值就频率域二维线源边值问题进行了有限元数值模拟。在二维地电条件下,给出了边值问题和变分问题,并通过有限单元法对模型进行单元剖分、插值、积分和整体合成,最后通过求解复系数方程组得到了地表视电阻率响应。引入伪delta函数模拟线源,消弱了源带来的奇异性。通过与均匀大地以及层状介质模型的解析解对比,平均相对误差分别为0.71%和1.12%。建立了两个异常体模型,数值模拟表明异常响应比较明显,为进一步实现三维可控源电磁法有限元数值模拟提供了基础。     

局部复杂场地Rayleigh波传播特性分析的SBFEM模型研究

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。     

Determination of failure probabilities of flood defence systems with improved dynamic bounds method

In this paper, we describe the computational framework of a novel method for solving the challenging problem of probabilistic finite elements. The method is called Improved Dynamic Bounds (IDB) and was developed recently to improve the efficiency of the dynamic bounds. The IDB is used in finite element numerical models to calculate time-dependent failure analyses of structures. In applications, the IDB can speed up the overall simulation process by several orders of magnitude. In applications controlled by two influential variables (e.g, two-dimensional problem), the computational efficiency is improved by a factor of 769 according to Rajabalinejad (2009). Applications of IDB indicate the method is most efficient for problems where the number of influential variables are limited. This is often the case for geotechnical and coastal flood defence systems. The IDB method is applied in this paper to the 17th Street Flood Wall, a component of the flood defence system (levee infra-structure) that failed during the Hurricane Katrina, to calculate the failure probability of an I-wall.     

模拟三维裂纹问题的扩展有限元法

扩展有限元法是一种在常规有限元框架内求解强和弱不连续问题的新型数值方法,其计算网格与不连续面相互独立,因此模拟移动不连续面时无需对网格进行重新剖分。给出了模拟三维裂纹问题的扩展有限元法。在常规有限元位移模式中,基于单位分解的思想加进一个阶跃函数和二维渐近裂尖位移场,反映裂纹处位移的不连续性。用两个水平集函数表示裂纹。采用线性互补法求解裂纹面非线性接触条件,不需要迭代,提高了计算效率。采用两点位移外推法计算裂纹前缘应力强度因子。给出了3个三维弹性静力问题算例,其结果显示了所提方法能获得高精度的应力强度因子,并能有效地处理裂纹面间的接触问题,同时表明扩展有限元结合线性互补法求解不连续问题具有较好的前景。     

地震波场正演模拟中的有限单元方法

本文介绍了地震波场正演模拟中的有限单元方法。首先从粘弹性波动理论出发,推导了满足粘弹性介质的有限元方程,其次用不含阻尼矩阵的有限元方程模拟了地震记录。地表实例是自由界面的瑞雷面波。VSP记录有水平层、倾斜层;有零井源距和非零井源距;有线状和对称震源。 在程序中采用了超压缩存贮和分块计算措施,对降低有限元法要求计算机内存和运算速度的苛刻条件上做了有益的尝试。     

单桩承载力的一种直接动测法

应用高应变动测法确定基桩的承载力非常依赖测试人员的经验且存在多解性问题。为克服这种现象,介绍了一种新的直接动测法,并以一灌注桩的现场静载试验为对象,建立了详细的基桩有限元静力、动力分析模型。静力模拟比较分析表明,该有限元模型能准确地模拟文献的结果。在此基础上,通过有限元动力分析,得到锤击下桩的应力场、位移场、速度场和加速度场。根据有限元计算结果,分析了直接动测法的有效性。直接动测法确定的承载力和静载法一致。该直接动测法消除了现有高应变法存在的多解性问题,故可以得到单桩承载力的客观性结果。     

高层建筑考虑桩-土-结构相互作用的地震响应分析

传统的抗震设计都是基于刚性地基的假设,然而在实际中,地基会发生变形致使上部结构的动力特性改变。本文结合工程实例,建立非线性有限元桩-土模型和土弹簧桩-土模型桩,用ANSYS建立了非线性有限元实体桩和土弹簧桩的房屋结构模型研究地震作用下结构在考虑桩-土-结构动力相互作用时的动力特性及其地震响应。