国家自然科学基金(51179124)
- 作品数：11 被引量：49H指数：5
- 相关作者：刘海笑连宇顺赵燕兵黄维胡存更多>>
- 相关机构：天津大学中国科学院力学研究所更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金天津市应用基础与前沿技术研究计划重点项目天津市应用基础与前沿技术研究计划更多>>
- 相关领域：天文地球交通运输工程建筑科学更多>>
- 一种适用于饱和黏土循环动力分析边界面塑性模型的隐式积分算法被引量：1
- 2013年
- 修正了传统隐式回映算法,建立了适用于饱和黏土循环动力分析的边界面塑性模型的完全隐式积分格式。该模型基于无弹性域概念和临界状态理论,采用各向同性、运动硬化准则、旋转的边界面,并引入表征土体结构损伤和重塑程度的损伤变量以反映循环载荷作用下饱和黏土的各向异性、刚度、强度软化及塑性变形累积等特征。针对等压固结0K?1.0和偏压固结0K?0.67的饱和高岭黏土的不排水三轴试验进行模拟,采用不同的应变增量步长进行计算,并与试验数据对比,结果表明,修正隐式回映算法应用于该类边界面模型的合理性、积分格式的精确性和稳定性;另外,结合有限元软件自动时间步长的增量迭代解法,对饱和黏土应力控制的不排水动三轴试验进行预测,结果表明,修正的适用于该边界面的塑性模型隐式回映算法可以得到比较合理的数值分析结果,能够反映饱和黏土的循环刚度的退化和强度的弱化等动力特性。
- 刘艳秋胡存刘海笑
- 关键词：边界面塑性模型饱和黏土
- 条形基础嵌入问题的大变形有限元对比分析被引量：2
- 2016年
- 岩土工程中,土与结构的耦合作用通常导致土体产生极大变形,即大变形问题,如桩、桩靴和吸力锚的嵌入安装.传统有限元法在求解大变形问题时,网格将产生极大变形,导致计算误差很大,甚至不收敛.基于条形基础嵌入问题,对两种不同的大变形有限元法(网格重划分法和CEL法)进行对比分析.给出了两种大变形有限元法的实现流程,并分析了条形基础在均质各向同性和正常固结黏土中的嵌入问题,通过与条形基础承载力公式和RITSS大变形有限元法对比,验证了两种方法的有效性;通过用户子程序,模拟了正常固结黏土不排水抗剪强度随基础嵌入的变化规律;对比了条形基础嵌入过程中土体的流动机制.
- 赵燕兵刘海笑
- 关键词：大变形
- 拖曳锚在海床中运动特性的大变形有限元分析被引量：8
- 2016年
- 拖曳锚由于其承载性能和深水中便于安装被广泛应用于海洋工程系泊系统中,如:适用于悬链式系泊系统的传统拖曳锚和适用于绷紧式系泊系统的法向承力锚。拖曳锚安装过程中涉及诸多运动特性:锚板运动方向、系缆点处拖曳力和拖曳角及运动轨迹。基于大变形有限元分析技术耦合的欧拉-拉格朗日法,并引入缆绳方程,建立起锚-缆绳-海床土耦合作用的有限元分析模型;模拟了拖曳锚在均质和线性强度黏土中的嵌入安装过程,研究了锚板运动方向、系缆点处拖曳力和拖曳角及运动轨迹等运动特性;通过与已有的有限元分析方法及理论方法进行对比,验证了该分析模型的有效性;与已有的有限元分析方法相比,提出的分析模型有效地提高了计算效率。
- 李培冬刘海笑赵燕兵
- 关键词：运动特性大变形有限元
- 聚酯系缆损伤对绷紧式系泊系统动力响应影响的数值分析被引量：4
- 2016年
- 由于聚酯缆绳具备优异的力学性能,促使以其为主体系缆的绷紧式系泊系统得以广泛应用和发展。但聚酯系缆具有复杂的黏弹性和黏塑性,且由于在安装和使用过程中可能产生不同程度的损伤,使得聚酯系缆的动刚度特性发生演变,从而对系泊系统的动力响应产生直接影响。以一系泊于1 020 m水深的Spar平台为例,运用ABAQUS软件建立了由聚酯缆绳组成的系泊系统有限元模型,并利用ABAQUS子程序将损伤缆绳动刚度经验公式进行导入计算,以更好地反映系缆真实的动刚度变化。基于该有限元模型,计算了在相同水流、波浪工况下,不同损伤度、不同损伤系缆的系缆张力历程和平台的横荡、纵荡位移响应,分析了不同损伤度、不同损伤系缆对系缆张力及平台位移的影响。这些成果对把握绷紧式系泊系统在聚酯系缆有损伤情况下的非线性动力响应及其安全应用具有重要的参考价值。
- 崔华刘海笑连宇顺
- 关键词：动刚度聚酯海洋平台
- 损伤聚酯纤维系缆动刚度特性实验研究被引量：1
- 2016年
- 系泊系统设计和分析是深海油气开发平台的关键问题,对于采用合成纤维系缆的绷紧式系泊系统,由于材料属性和安装、使用等因素可能造成缆绳不同程度的损伤,因此有必要研究损伤缆在复杂海况下的非线性动力特性尤其是动刚度演变规律。采用合成纤维系缆循环加载实验系统,对6 mm和8 mm的聚酯(polyester)缆绳试样进行实验研究。引入损伤度指标衡量缆绳的损伤程度,通过剪切股纱减小缆绳的有效承载面积以制造损伤,分别考察了损伤度、平均载荷、应变幅值和循环周次对缆绳动刚度的影响。通过量纲分析得到损伤缆动刚度相似准则,在此基础上分析实验数据获得考虑各主要影响因素的动刚度演变经验公式。这些工作为今后更为复杂的全尺寸损伤缆绳的动刚度研究奠定了基础。
- 俞俊刘海笑连宇顺
- 关键词：合成纤维聚酯动刚度
- 深水锚在海床中复杂动力行为的分析模型被引量：3
- 2015年
- 深水锚是深水系泊系统的核心组成,随着新概念和新技术在深水系泊领域的不断涌现和发展,深水锚在海床中的动力行为变得更为复杂,这给既有的分析方法带来极大的挑战。将深水锚的复杂动力行为视为拔出、旋转、嵌入三种典型行为的组合,分别给出明确定义并建立力学模型。提出最小力准则以确定锚的拔出、嵌入方向和旋转中心,该准则同时可作为拔出、旋转、嵌入行为是否发生的判定条件,从而建立起可以描述深水锚在海床中复杂动力行为的分析模型。为检验所提出的分析模型,将其应用于预测拖曳锚在海床中的嵌入运动轨迹,并与已有分析方法和离心机试验结果进行对比,验证了该分析模型的有效性。
- 宋海娟刘海笑赵燕兵
- 关键词：动力行为分析模型海床
- 考虑饱和黏土初始各向异性的循环边界面塑性模型被引量：6
- 2014年
- 天然土体的初始各向异性通常可对其后继循环特性产生显著影响。现有考虑循环载荷作用的土体弹塑性模型,往往采用类似修正剑桥模型的椭圆形屈服面,已有研究表明,该椭圆形屈服面因其拉伸弹性区域偏大,针对天然K0固结状态的土体,其计算精度较差。基于新近提出的广义各向同性硬化准则,在边界面方程中引入初始各向异性张量,并采用空间滑动面破坏准则(SMP)的变换应力法,建立了能考虑饱和黏土初始各向异性的循环边界面塑性模型。分别针对等压和偏压固结的饱和黏土静、动三轴试验进行模拟,结果表明,该模型能合理反映土体的初始各向异性及其后继循环动力特性。
- 胡存刘海笑
- 关键词：边界面塑性模型循环载荷饱和黏土
- 基于耦合欧拉-拉格朗日法的锚板在黏土中的极限承载力数值分析被引量：11
- 2016年
- 当结构在土体中运动时,往往导致土体发生较大的变形,此类问题采用大变形数值分析方法更为恰当。耦合欧拉-拉格朗日(Coupled Eulerian-Lagrangian,简称CEL)法是大变形数值分析方法中的一种,在分析大变形问题时具有很强的适用性,但在国内尚未开展CEL法分析锚板承载力的研究。以方形锚板在均质土及线性土中的拔出试验为原型,基于CEL法建立数值模型,对锚板的极限承载力及破坏机制进行研究,并通过用户自定义子程序,实现了线性土的强度分布随锚板拔出而变化。计算结果表明,土体杨氏模量越大,锚板的极限承载力越大;随着位移增大,锚板的抗拔力先增大,后降低;当埋深小于临界埋深时,土体发生整体破坏;当埋深大于等于临界埋深时,土体发生局部破坏。数值计算反映的规律与试验结果基本吻合,体现了CEL法模拟锚板在海床中大位移响应的出色能力。
- 苏芳眉刘海笑李洲
- 关键词：大变形锚板极限承载力黏土
- 深水系泊高强聚乙烯缆绳的蠕变及破断实验研究被引量：5
- 2016年
- 相对于同一破断强度的聚酯(polyester)缆绳,高强聚乙烯(HMPE)缆绳具有更高的刚度、更小的自重和直径、更易运输和安装的优点,因此高强聚乙烯缆绳被引入到系泊系统以替代聚酯缆绳。然而高强聚乙烯缆绳又存在易发生蠕变甚至蠕变破断的不利因素,研究其蠕变和蠕变破断的力学特性就显得尤为迫切。首先设计了合成纤维缆绳实验系统,对HMPE子股缆绳开展了系统的蠕变和蠕变破断实验。基于实验数据,分析了HMPE子缆的蠕变和蠕变破断特性;通过调研HMPE试样的蠕变实验数据,提出了HMPE考虑温度和载荷影响的HMPE纱线蠕变率经验公式,采用该经验公式并结合已有的缆绳比尺换算关系,可以推算出HMPE缆绳的蠕变率;此外,基于所获得的蠕变破断实验数据,提出了HMPE缆绳在定常载荷下的蠕变寿命经验公式。这些成果对HMPE缆绳应用于深水绷紧式系泊系统具有重要意义。
- 连宇顺刘海笑
- 关键词：聚酯蠕变缆绳
- 循环荷载作用下合成纤维系缆粘弹塑性应力应变关系被引量：1
- 2012年
- 在循环载荷作用下,合成纤维系缆的应力应变关系表现出明显的非线性特性,直接影响系泊缆绳的动力响应。如何针对其在循环载荷作用下的应力应变关系进行准确的定量描述是有关绷紧式系泊系统设计的关键问题。国内外研究者之前的研究不能反映缆绳的载荷历史、蠕变特性以及刚度变化过程,因此提出一个粘弹性粘塑性模型来描述合成纤维系缆的应力应变关系。本模型能够反映合成纤维缆绳的时间变化特性以及在整个加载—卸载过程中的刚度变化。此外,提出了明确的参数确定方法及步骤,基于简单的蠕变实验可以确定模型的各个参数。将两种载荷条件下聚酯缆绳的实验结果与模型结果进行对比,二者吻合较好,证明了模型的有效性和可靠性。本研究对于绷紧式系泊系统的研发和工程应用具有重要意义。
- 林诚鑫黄维刘海笑
- 关键词：应力应变关系粘塑性循环载荷动刚度
