摘要：针对传统整体式挡块遭受地震破坏以后修复较困难的问题,提出一种适用于桥墩盖梁的可替换式预应力装配式混凝土挡块。为探讨新挡块在水平地震荷载作用下的有效性和力学性能,共设计了4组结构名义尺寸相同的抗震挡块试件,其中,S1和S2为整体式挡块,S3和S4为榫卯装配式挡块,分别对4组试件进行单向往复拟静力加载试验,分析挡块材料和结构形式对挡块破坏模式的影响;最后,结合有限元分析讨论了榫卯装配式挡块的破坏机理和存在的不足,并给出进一步的改进建议。研究结果表明:整体式普通混凝土(NC)挡块的破坏模式为典型的斜剪破坏;整体式超高性能混凝土(UHPC)挡块的破坏模式为水平钢筋逐层断裂的界面破坏,UHPC挡块本身损伤较小且承载能力远高于NC挡块;预应力装配式NC挡块的水平位移能力和自复位能力较好,但最终破坏模式仍为剪切破坏且承载能力有所降低;经过进一步改进后的直缝装配式UHPC挡块能同时满足较大的水平承载能力、位移能力和自复位功能的需求,建议可作为我国中小跨径桥梁桥墩盖梁处横向挡块抗震设计或加固的有益补充形式。

摘要：实际工程结构设计往往在确定性范畴内进行,所得结构存在较大失效可能性.基于此,提出一种基于可靠性的连续体动态拓扑优化方法,将结构可靠性分析方法嵌套到连续体拓扑优化中.考虑了结构几何尺寸和材料体积的不确定性,并用高斯分布来度量.将结构可靠度作为约束嵌套到连续体拓扑优化中,属于二次嵌套优化问题,但计算效率低下,不适于工程应用.提出一种解耦策略将结构可靠性分析从连续体拓扑优化中解耦出来,使结构可靠性分析与动态拓扑优化为两个独立的优化循环,大大提高了计算效率.建立以结构基频最大为优化目标,满足一定体积约束和可靠度要求的优化问题,利用各向同性材料惩罚模型(SIMP)和移动渐进方法(MMA)求解该优化问题.所提方法可以得到满足不同可靠度要求的一系列最优结构,并用标准算例验证其有效性.

摘要：偏微分方程(PDEs)是大规模科学工程计算与数值仿真中的基本数学模型,有限元方法是数值求解偏微分方程的一类重要的离散化方法,高次有限元又是其中的一类常用有限元。针对一类基本的PDE模型(Poission方程)的高次有限元方程,设计了一种基于辅助变分问题的并行预条件子,并从理论上严格证明了该预条件子的条件数的一致有界性,数值实验验证了理论结果的正确性及相应预条件共轭梯度(PCG)法的高效性和鲁棒性。

摘要：结构竖向不规则布置是导致结构地震损伤破坏的主要原因之一.介绍了建筑结构沿竖向的强度、刚度和质量不规则布置的定义、不规则的主要内容及其在地震作用下损伤破坏的特点;总结回归了钢筋混凝土竖向不规则结构地震反应需求的研究现状以及国际上典型的结构设计规范中结构竖向不规则条款的限定.针对竖向不规则结构目前的研究现状,提出了今后值得进一步加强研究的方向.

摘要：有限元法是数值求解三维弹性问题的一类重要的离散化方法,高次有限元又是其中的一类常用有限元。由于高次元对问题具有更好的逼近效果及具有某些特殊的优点,如能解决弹性问题的闭锁现象(Poisson’s ratiolocking),使得它们在实际计算中被广泛使用。但与线性元相比,它具有更高的计算复杂性。通过分析高次有限元空间与线性有限元空间之间的关系,提出了一种求解三维弹性问题高次有限元方程的两水平方法,然后,通过调用现有的代数多层网格法求解粗水平方程,建立了求解高次有限元方程的AMG法。数值实验表明,本文设计的AMG法对求解三维弹性问题高次有限元方程具有很好的计算效率和鲁棒性。

摘要：悬链线理论在大跨度的空间柔性管线设计等领域应用日益广泛,但在应用中主要考虑面内竖向力或水平力的工况,利用悬链线理论来直接求解面外问题的研究仍不完善。针对这一问题,本研究从二维悬链线理论出发,建立了面外法向集中力作用在水平悬链线任意位置处的非线性方程组,并得到了面外法向集中力作用在悬链线中点处的解析解。采用二分法和Newton-Raphson迭代法分别对解析解和非线性方程组进行求解。利用柔索试验装置、有限元计算对本研究计算结果进行验证。结果表明,试验、有限元计算得到的构形与特征张力和理论计算的构形与特征张力吻合较好,理论研究成果可以解决柔性管线在竖向分布力和面外法向集中力共同作用下的初始构形找形与特征张力计算问题。

摘要：首先详细论述了一种通过增加棱内"虚节点"和面内"虚节点"方式得到的四边形升阶谱单元及相应的阶谱函数。然后,结合矩阵的一维稀疏存储技术(CSR格式),设计了一种分层四边形高阶亚参元方法,并编制了相应的FORTRAN语言程序进行了实现。该方法具有很好的承袭性,即在生成高阶单元特性矩阵时始终能够承袭低阶单元的特性矩阵,这样可减少计算量,大大提高了编程和计算效率。最后,通过将所设计的方法应用于重力坝/腹拱坝问题的求解,验证了本文方法具有与相应常规有限元方法一样高的计算精度,且当使用分层Q8元和分层Q12元时,随着网格的加密,坝踵及坝趾区产生应力集中的区域明显缩小,坝踵-坝趾线段上的第一主应力和y方向应力也基本重合,能很好地解决坝踵及坝趾区的应力集中,可为数值求解重力坝实际问题提供一种高效分析方法。

摘要：针对当前人工制备结构性土未考虑水泥水化对土样孔隙比的影响,且未对人工制备试样实际孔隙与目标孔隙比的一致性比加以验证的问题,重点研究人工制备大孔隙结构性土的实际孔隙比演化特征。通过采用尿素作为形成大孔隙结构性土的添加料,制备了2种不同孔隙比(1.5,1.7)和不同水泥含量(4%,6%)的结构性土,细致分析水泥水化产物及水浴渗透作用对试样实际孔隙比的影响,探讨试样在恒温水浴7,10,15和20 d时由渗透作用引起的实际孔隙比偏差变化规律,并给出了将人工制备结构性土实际孔隙比控制在合理范围的方案。研究结果表明:水浴时间为7 d时,试样实际孔隙比低于设计孔隙比,孔隙比偏差最高达到4%,若忽略这种偏差,将导致夸大人工制备结构性土的结构性以及组构的影响;通过合理控制人工制备结构性土的水浴时间为10 d时,其孔隙比偏差在6‰内,可作为孔隙比偏差合理范围值。

摘要：在利用有限元法对三维薄结构进行分析时,为了减少单元数目,常采用六面体薄单元,相应的高阶单元在计算精度、抗畸变程度等方面具有明显优势.但与低阶元相比,高阶单元需要更多的计算机存储空间,离散化线性系统具有更高的计算复杂性,并且系数矩阵是严重病态的,采用通常的求解方法其效率将大大降低.该文针对三维薄结构稳态热传导问题,利用局部块Gauss-Seidel光滑子和基于"距离矩阵"的DAMG法,为其分层二次元离散系统设计了一种具有更好计算效率和鲁棒性(robustness)的多水平方法.由于采用了分层基,程序实现中不再需要建立判定未知数变量指标与所属几何节点类型对应关系的代数判据,网格转换算子的构造也变得非常简单,从而大大提高了运算效率.数值实验结果验证了该方法的有效性和鲁棒性.

摘要：泡沫铝材料具有轻质高强和吸能比高等特性常用于抗爆结构。为研究双层泡沫铝夹芯板在冲击荷载下的动力学响应,建立TNT炸药-双层泡沫铝夹芯板-空气的三维有限元模型,采用ALE多物质流固耦合算法分析双层泡沫铝板在冲击荷载作用下的弹塑性变形机理、能量吸收特性。研究结果表明:在相同加载条件下,双层泡沫铝夹芯板要比单层泡沫铝夹芯板有着更强的抗冲击性能;随着面板厚度的增加,泡沫铝板在冲击荷载作用下的塑性变形明显减小,结构的整体安全性增加,但是整体吸能缺减小;上层面板与上夹芯层占结构总吸能较大;正梯度板结构要优越于相同厚度的面板结构,为设计优质抗冲击双层泡沫铝板提供参考依据。