ADINA有限元软件中材料本构的二次开发

美国ADINA R&D公司开发的软件产品ADINA经过20多年的商业开发,目前已成为全球最重要的非线性求解软件,尤其对结构非线性、流-固耦合等复杂问题的求解具有强大优势,被认为是非线性有限元发展方向的先导。然而,任何商业化的有限元软件都不可能满足客户的所有要求,例如,ADINA软件中没有岩土工程领域常用的Duncan-Chang模型。以土工数值分析中广泛应用的Duncan-Chang E-B模型为例,介绍在ADINA软件中进行材料本构二次开发的方法,给出了开发过程,通过对3个常规三轴压缩模型的数值模拟验证程序的可靠性。结果表明,基于ADINA开发的材料本构模型具有计算速度快、精度高和前后处理快捷方便的优点。另外,验证结果也表明该软件具有超强的非线性求解能力和可靠的求解结果。     

基于ADINA的边坡开挖变形分析

采用ADINA对边坡开挖变形进行数值模拟,建立二维有限元分析模型,对比分析了先开挖后支护与边开挖边支护两种施工方案对边坡变形的影响,并且对锚杆水平位移变化规律进行了分析。分析结果表明：边坡卸荷变形和开挖回弹与施工方案的选择有着密切的关系。     

改进的西原模型及其在ADINA程序中的实现

通过对现有流变模型的分析及大量的冻土单轴蠕变试验表明：可以用非线性牛顿体替代线性牛顿体对西原模型进行改进。利用Mises屈服准则推导出用于数值计算的黏弹塑性材料柔度矩阵,并成功地添加到了ADINA有限元程序中。通过对淮南某深表土冻结井筒开挖过程的数值模拟和现场实测数据对比表明：改进的西原模型用于深井冻结壁的有限元计算分析是可行的。     

基于逆向工程的三维复杂地质体精细建模及ADINA前处理在FLAC3D 建模中的应用

逆向工程技术作为一门新兴学科在复杂模型建模方面具有独特优势,并在许多领域得到了广泛的应用,在此基础上本文首次提出了基于逆向工程的三维复杂地质体精细建模技术,使得建立模型达到既可视又可算的目的。利用现行大型通用有限元仿真平台(ABAQUS,AD INA,ANSYS等)良好的网格划分功能且具有与CAD /CAM软件有着良好的接口这一优点,对模型进行网格划分,然后转换为FLAC3D能够接受的格式,从而克服了FLAC3D在前处理建模方面的不足。以AD INA为例对相应的接口程序开发过程进行了阐述,将上述技术方法应用于工程实例,取得了很好的效果。     

面向对象三维有限元分析程序的研究和实现

计算分析在岩土工程应用和研究中占有相当大的比重。传统的结构化编程方式需花费大量工时 ,而且在可扩充性和代码可重用性方面也受到许多约束。因此 ,将面向对象编程技术应用于有限元程序编制正成为岩土工程计算程序设计的主流。将面向对象有限元方法引入三维有限元程序 ,用C ++语言编制了一个筏板基础与地基共同作用有限元分析程序 ,作为对有限元新方法的一次有益尝试     

弹性和弹塑性有限元分析在区域构造研究中的应用

笔者在郯庐断裂带、苏北盆地和珠江口盆地等区,运用有限元平面应变—应力分析、计算出的应变—应力场基本符合该区地质情况,此方法用于区域构造研究中是可行的。我们在含油气盆地区开展这一研究,把地球物理资料转化为半定量的应变一应力场分析,使地球物理资料再次开发和利用,对盆地的区域构造和含油气特征有进一步的认识。     

根系生态护坡的有限元分析

生态护坡是公路建设可持续发展的要求。根据林木根系对边坡浅层加筋锚固的原理,结合现场提取刺槐根系进行试验所得的基本参数,利用有限元软件ADINA进行分析。在模拟分析过程中,根系采用弹性杆件模型,土体采用摩尔-库仑模型,从坡度的变化对整个刺槐林边坡进行模拟计算,对其应力和应变场的变化进行分析。研究结果表明,刺槐群根能改善边坡浅层土体的应力、应变场,使坡体浅层更趋稳定;边坡坡度的增加会导致坡脚应力增大、坡肩处逐渐产生拉应力及其数值逐渐增大、应变集中区的范围也扩大,此时根系护坡效果减弱     

ADINA在矿震对建筑影响分析中的应用

文章介绍了矿震相关知识与结构地震响应分析理论。根据抚顺老虎台矿1995~2003年的矿震监测数据,针对矿区附近一栋七层砖混结构住宅进行了矿震响应分析。应用ADINA软件模拟了矿震对建筑结构的作用,将分析结果以剪力图、弯矩图及结点位移时间函数形式显示在图中。结果表明,在近些年频繁的矿震作用下,抚顺地区矿震对砖混结构影响较大,未来几年内结构的累积损伤有加大趋势,应及时进行加固以免造成较大的损失。该研究方法可用来模拟矿震对建筑结构的作用,对今后预测矿震对建筑结构的影响程度研究具有一定的参考价值。     

冲击器缸体强度的有限元分析

冲击器缸体是冲击器的重要组成部分，由于其工作和受力情况非常复杂，用常规的方法无法对其进行准确的受力分析。有限元法是一种有效的数值计算方法，通过应用ANSYS有限元软件，对YSC-178型射流冲击器的缸体进行建模，并在不同的工作情况下进行了应力应变分析，最后得出缸体变形主要是径向变形的结论。这一结论与实际情况相符合，说明应用有限元法可以对钻探机具的各部件进行准确的受力分析，进而可以指导和优化设计。     

隧道围岩稳定性的有限元分析

根据地下结构设计理论和岩石屈服的Drucker-Prager准则，考虑到了围岩的自身承载能力，采用有限元的分析方法对广西柳州一处公路隧道围岩的稳定性进行了分析。分析了开挖方式、开挖顺序对围岩稳定性的影响，对围岩的开挖过程进行模拟。确定不同开挖方式下隧道围岩的位移、应力状态，以及位移、应力状态随时间的变化规律，为隧道施工过程中开挖方案的制定、支护时间的选取提供依据。     

双排桩-锚杆支护的有限元模拟

基坑支护模型往往在计算假定的基础上建立,而依据计算假定建立的模型往往不能得到和实际相符的结果。但有限元软件可以较为真实的模拟基坑开挖的过程中应力和位移的变化情况,是土工数值分析的重要手段。本文运用大型有限元软件ABAQUS建立双排桩-锚杆结构有限元模型,全面的考虑土体的特性、桩土的共同作用及桩间土对支护结构的影响等因素,分析支护结构在土体开挖荷载作用下的内力和变形,为设计和施工提供了参考。     

电导率连续变化的线源FCSEM有限元正演模拟

为了更好地模拟地下介质连续变化及开展连续介质的反演,对二维电导率分块线性变化的线源频率域可控源电磁法进行了有限元正演模拟,在剖分单元内同时对电场及电导率参数线性插值,使电导率参数在剖分单元之间保持连续变化。首先,提出有限元正演模拟的边值问题及变分问题,并详细论述了有限元的剖分、插值、单元分析及总体合成的各个步骤;其次,采用稀疏存储及基于不完全LU分解的BICGSTAB算法求解复系数方程组,节省了内存并提高了计算速度;然后,对一个均匀半空间模型进行模拟,计算结果表明,低频及高频的有限元数值解都与解析解吻合,证明了算法的正确性;最后,对水平层状模型及垂直断层模型进行正演计算,视电阻率及相位的等值线图均较好地反映出了异常体,说明文中算法能够对电导率连续变化的线源可控源电磁法进行有效地模拟。     

Double Porosity Finite Element Method for Borehole Modeling

Summary. This paper considers the mechanical and hydraulic response around an arbitrary oriented borehole drilled in a naturally fractured formation. The formation is treated as a double porosity medium consisting of the primary rock matrix as well as the fractured systems, which are each distinctly different in porosity and permeability. The poro-mechanical formulations that couple matrix and fracture deformations as well as fluid flow aspects are presented. A double porosity and double permeability finite element solution for any directional borehole drilled in the fractured porous medium is given. Compared with conventional single-porosity analyses, the proposed double-porosity solution has a larger pore pressure in the matrix and a smaller tensile stress in the near-wellbore region. The effects of time, fracture, mud weight, and borehole inclination in the double-porosity solution are parametrically studied to develop a better understanding of physical characteristics governing borehole problems.     

大地电磁(MT)自适应有限元各向异性正演

电各向异性在自然界中普遍存在,特别是沉积盆地中的部分岩层经过压实变质作用,表现出很强的各向异性导电性,采用基于各向同性模型对实测资料进行正反演解释必然会造成困难甚至结果的错误,只有基于各向异性理论的正反演解释才更为合理准确。本文通过自适应有限元对大地电磁各向异性进行正演计算,分别模拟水平、垂直和倾斜各向异性介质在不同偏转角和主轴电阻率下的响应结果。结果表明：自适应有限元能够在后验误差的控制下得到合理的网格,使计算结果更加接近解析解;在各向异性介质中,大地电磁TE极化模式的视电阻率和阻抗相位与垂直于层面的电阻率无关;二维电各向异性结构中,大地电磁TM极化模式响应结果总是由主轴上的电阻率在y轴方向上的分量所决定。     

三维地电断面激发极化法有限元数值模拟

用有限单元法求解三维地电断面激发极化法正演模拟算法.首先给出了三维构造中点源电场异常电位的边值问题与变分问题, 简化无穷远边界上的边界条件以提高计算速度及计算精度.以此为基础计算视电阻率对模型电阻率的偏导数矩阵, 并进行三维地电断面激发极化法正演模拟, 与等效电阻率法相比节约了计算时间.对几例较典型的地电模型进行计算, 结果表明本方法是正确可行的.      

日本MW9.0级地震同震位移场和应力场的有限元模拟

根据同震位移GPS观测数据, 利用有限元法反演了2011年3月11日本MW9.0级地震的断层滑移模式。在此基础上, 计算了日本MW9.0级地震引起的同震位移场和应力场, 给出了位移和应力的分布, 分析了他们的变化规律并与实测结果进行了对比。计算结果表明: 日本MW9.0级地震的静态断层滑移量最大可达25 m。地震引起断层上盘向东位移, 最大位移在震中附近, 可达24.25 m, 日本东北地区向东位移最大可达6 m。震后地表隆起, 隆起幅度可达5.6 m, 隆起的最高点也在震中附近。日本东北地区东海岸附近有一下沉带, 下沉量可达0.8 m。同震地表位移的计算值与GPS测量结果基本一致。地震引起应力变化, 导致震后应力下降。应力变化是不均匀的, 在震中附近约为9.9 MPa, 在深处可达32 MPa, 在日本东北地区地表应力变化小于4.4 MPa。地震引起的应力变化主要是水平应力, 垂直应力基本不变。     

The Andra Couplex 1 Test Case: Comparisons Between Finite-Element, Mixed Hybrid Finite Element and Finite Volume Element Discretizations

We present here results for the Andra Couplex 1 test case, obtained with the code Cast3m. This code is developped at the CEA (Commissariat l'nergie atomique) and is used mainly to solve problems of solid mechanics, fluid mechanics and heat transfers. Different types of discretization are available, among them finite element, finite volume and mixed hybrid finite element method. Cast3m is also a componant of the platteform Alliances (co-developped by Andra, CEA), which will be used by Andra for the safety calculation of an underground waste disposal in year 2004. We solve the Darcy equation for the water flow and a convection–diffusion transport equation for the Iodine 129 which escapes from a repository cave into the water. The water flow is calculated with a MHFE discretization. It is shown that this method provides sharp results even on relatively coarse grids. The convection–diffusion transport equation is discretized with FE (Finite Element), MHFE (Mixed Hybrid Finite Element) and FV (Finite Volume) methods. In our comparison, we point out the differences of these methods in term of accuracy, respect of the maximum principle and calculations cost. Neither the finite element nor the mixed hybrid finite element approach respects the maximum principle. This results in the presence of negative concentrations near the repository cave, whereas FV calculations respect the monotonicity. We show that mass lumping techniques suppress this problem but with strong restrictions on the grid. FE and MHFE approaches are more accurate than FV for the diffusion equation, but the overall results are equivalent since the advective terms are dominant in the far field and are discretized with centered schemes. We conclude by studying the influence of the grid: a very fine grid near the repository solves almost all the problems of monotonicity, without employing mass lumping techniques. We also observed a very important increase of the accuracy on a structured grid made up of rectangles.     

有限元法在垂直钻进系统设计中的应用

介绍了垂直钻进系统的工作原理及组成，纠斜机构是由均布在同一圆周上的3个导向块组成，导向块是自动垂钻系统中最主要的执行机构，承受较大的压力。为保证系统设计的可靠性，利用先进的有限元分析方法模拟导向块在工作状态下的受力情况，通过创建有限元模型，施加载荷并求解，分析查看结果等步骤对零件进行仿真分析，较真实地反映出零件在受力状态的应力和应变情况，预测零件的结构强度并分析其设计合理性，使对零部件关键参数的设计更合理，有效解决设计中的可靠性分析和结构优化问题。     

构造岩带热源体热传导及其温度变化研究

构造作用的热效应和温度变化是构造物理化学过程的主要研究内容。为探讨不同构造空间的侵位岩浆岩结晶ＰＴ轨迹的差别,建立有限元模型,模拟高温热源地质体向围岩传导热的过程,以研究该热源体的温度变化轨迹问题。设一定体积的热源地质体被分割成若干孤立体。随着分割数的增加,热源体的传导面积变大,分别相似处于封闭开放程度不同的构造空间的热源体。有限元数学模拟计算结果表明,处于挤压变形带→剪切变形带→引张变形带,热源体传导热量的速度表现出慢→较快→最快的差别,相应它们的温度降低速率则是小→稍大→最大。模拟研究说明,某一热源体