国家自然科学基金(11172313)
- 作品数：21 被引量：89H指数：7
- 相关作者：郑宏李春光孙冠华孙聪徐栋栋更多>>
- 相关机构：中国科学院武汉岩土力学研究所多伦多大学北京工业大学更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金国家重点基础研究发展计划国家杰出青年科学基金更多>>
- 相关领域：理学建筑科学交通运输工程天文地球更多>>
- 基于NMM的EFG方法及其裂纹扩展模拟被引量：11
- 2014年
- 数值流形方法 (numerucal manifold method,NMM)通过引入数学覆盖和物理覆盖两套系统来统一处理连续和非连续问题.通过用移动最小二乘插值(moving least squares interpolation,MLS)中的节点影响域构造数学覆盖,得到了基于数值流形方法的无网格伽辽金法(element free Galerkin,EFG).该方法在保证前处理简单的同时,又能方便处理如裂纹等不连续问题.建立了适用于小变形和大变形的裂纹扩展计算格式,并通过对曲折裂纹(kinked crack)的处理,在不加密的情况下实现了任意小步长的裂纹扩展,大大提高了在固定网格中模拟裂纹扩展的实用性.大小变形的结果对比表明,按照不考虑构型变化的小变形计算,结果可能偏于危险.
- 刘丰郑宏李春光
- 关键词：数值流形方法无网格伽辽金法大变形
- 数值流形法在处理强奇异性问题时的网格无关性被引量：6
- 2014年
- 数值流形方法(NMM)的最大优势在于可以统一地处理岩土力学中的连续和非连续变形问题。它在求解断裂力学问题时无需强制裂纹与数学网格保持一致,非常适合应用于岩土工程中由连续到非连续的破坏过程模拟。在裂纹扩展过程中,裂纹与数学网格的相对位置将会是任意的,如裂纹尖端可能落在网格内部、网格节点上或网格边上等。因此,对同一条裂纹,通过旋转和移动数学网格构造了它们之间的这种相对位置关系以及一些可能对计算结果产生影响的极端情况,并以应力强度因子作为衡量标准,研究了NMM在处理线弹性断裂力学问题时的网格依赖性。研究表明,NMM即使在处理强奇异性问题时依然有着很好的网格无关性,进一步证实了它在模拟裂纹扩展问题时的鲁棒性。
- 徐栋栋郑宏
- 关键词：奇异性应力强度因子J积分
- 基于单元速度泰勒展开的上限原理有限元法被引量：4
- 2016年
- 极限分析上限法较极限平衡法有着严谨的理论基础和物理意义。借助于级数展开的思想,通过对速度在单元形心点处一阶泰勒展开,得到了以形心点速度和速度一阶导数为基本未知变量的上限有限元法,该方法丰富了上限有限元基本理论,且可更好地表达与刚体上限法之间的联系。在形成新的上限法的同时,放松单元内任一点均需严格满足上限性质的要求,采用等面积多边形的形式代替外切多边形来逼近摩尔-库仑屈服圆。算例表明:该方法可稳定收敛到真实解,具有和传统Sloan法相同的收敛度;采用等面积多边形逼近形式时,较少的多边形边数即可取得较好的收敛效果,收敛速度大大提高。
- 孙聪李春光郑宏孙冠华
- 关键词：极限分析上限法
- 动载下裂纹应力强度因子计算的数值流形元法被引量：14
- 2014年
- 相较于传统有限元,数值流形方法(numericalmanifoldmethod,NMM)的一个显著优点是在处理裂纹问题时网格无需与裂纹重合,这就方便了岩体破坏过程的模拟.基于包含裂尖增强函数的NMM,采用Newmark隐式动力学算法进行时间积分,重点研究了动力载荷条件下裂纹动态应力强度因子(dynamicstressintensityfactor,DSIF)的求解方法.针对典型的线弹性动力裂纹问题,给出了NMM的数值算例.结果表明NMM能够准确计算动载荷条件下裂纹的DSIF,并且具有较好的收敛性.
- 杨永涛徐栋栋郑宏
- 关键词：动态应力强度因子
- 求解二维弹性问题的径向基差分法被引量：1
- 2015年
- 常规的配点型无网格法在求解弹性力学问题中,存在求解精度差和纽曼边界条件处理等局限.为解决这一问题,通过利用流体力学中基于径向基构造的差分格式(RBF-FD),来求解弹性力学平面问题.同时,为了进一步提高求解精度,对纽曼边界条件采用Hermite插值进行处理.数值算例表明,该方法具备良好的收敛性,并有着较高的精度,可有效解决传统配点型无网格法精度差的问题.同时,也表明该方法可以应用于弹性力学问题的求解.
- 李伟李春光郑宏郭宏伟王志芬
- 关键词：无网格法径向基函数HERMITE插值弹性力学
- 对有限覆盖无网格法中悬挂节点的研究被引量：1
- 2015年
- 当前基于Galerkin法的无网格法都只在域内和边界上布置节点。基于无网格方法背景网格独立于节点布置这一性质,该文探讨了无网格域外布置悬挂节点的可行性,提出了一种统一的、均匀的无网格节点布置方案,并设计了相应的背景网格方案,称为有限覆盖无网格法。通过数值算例讨论了悬挂节点对精度的影响,在此基础上讨论了悬挂节点的数目、节点影响域的形状、尺寸以及背景积分方案等对求解精度的影响,并给出了推荐的做法。算例结果表明,悬挂节点能够显著提高求解精度,尤其是边界附近的应力精度。
- 刘丰李春光郑宏王志芬
- 关键词：无网格伽辽金法前处理
- 三维FEM/DEM中摩擦力的实施及验证被引量：10
- 2014年
- 块体间的相互碰撞、滑移均涉及到摩擦力的问题,但原有的三维有限元/离散元(FEM/DEM)并未考虑摩擦力的作用,为解决这一问题,首先论述三维FEM/DEM中基于势的接触力,指出势是对嵌入及接触所存储能量的表征,势越大表示嵌入量越大,接触所存储的能量越大。然后,在原有三维FEM/DEM中加入经典的库仑摩擦,使得原有三维FEM/DEM可以考虑摩擦力。最后,通过有解析解的斜面滑块算例和拱桥垮塌算例验证实施库仑摩擦的正确性,结果表明斜面滑块算例的数值解与解析解很好地吻合;而拱桥垮塌算例表明FEM/DEM可以解决复杂的工程问题。
- 严成增孙冠华郑宏葛修润
- 关键词：岩石力学DEM离散元法
- 基于四边形网格的边坡上限有限元法被引量：11
- 2015年
- 极限分析上限元法常用三角形常应变单元和线性化的莫尔–库仑屈服函数来形成较易求解的线性规划模型。针对四边形单元上限法不能充分利用线性规划算法的不足,通过对单元建立积分意义上的协调方程的弱形式,得到可以调整单元内部速度场的线性化的协调方程,从而可以克服插值速度场为非线性的缺点,有着更好的求解效率和收敛性。引入双曲线强度折减到四边形单元上限法,可以较快地得到边坡最终安全系数和临界滑动速度场,2个算例说明了该方法的正确性。
- 孙聪李春光郑宏孙冠华
- 关键词：极限分析上限法四边形网格线性规划
- 基于软化特性的三维边坡强度折减有限元分析被引量：7
- 2014年
- 基于现有边坡强度折减有限元的基本原理,建立了一套新的强度折减算法。该算法把强度参数降低的过程看成脆塑性应力跌落的过程,并设置一折减增量?k,当?k充分小时认为系统达到收敛条件而退出循环,最终的折减系数就是边坡的安全系数。该算法很容易扩展到三维边坡的稳定性分析,得到边坡滑动面滑动和破坏的发展趋势。通过2个算例,分析了进行三维模型计算的重要性,建议当地质条件复杂时宜从三维角度分析计算边坡,不能简单地将问题当作平面应变处理。
- 孙聪李春光郑宏孙冠华
- 关键词：强度折减有限元
- 基于方位离散线性化的上限原理有限元法被引量：2
- 2015年
- 上限原理有限元法不仅可以得到边坡的安全系数,还可以给出临界滑动面,且具有比极限平衡法更严谨的理论基础,因此,拥有更广阔的应用前景。针对传统的上限有限元法不能考虑强度各向异性的问题,提出了一种新的摩尔-库仑屈服面线性化方法。该方法在对方位角离散化的基础上,建立了线性化的方位离散塑性流动约束方程,丰富了基于线性规划的上限法理论。两个算例结果表明:该方法可以稳定地从极限解的上方收敛;且对边坡进行稳定性分析,若忽略了边坡的强度各向异性,则会高估边坡的稳定性,得到较大的安全系数。
- 孙聪李春光郑宏孙冠华
- 关键词：各向异性线性规划
