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基于均匀七次B样条插值求解动力响应的逐步积分法

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振动与冲击 2014年第16期33卷 171-176页

作者：蹇开林温伟斌骆少明重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044 仲恺农业工程学院广州510225

为求解结构动力响应提出新的时间积分法。该方法采用均匀七次B样条插值近似对局部时间域节点位移、速度及加速度进行离散。给出动力平衡方程求解的逆推格式与算法流程。分析表明,通过选择合适参数可提高计算精度,且使算法绝对稳定。计... 详细信息

为求解结构动力响应提出新的时间积分法。该方法采用均匀七次B样条插值近似对局部时间域节点位移、速度及加速度进行离散。给出动力平衡方程求解的逆推格式与算法流程。分析表明,通过选择合适参数可提高计算精度,且使算法绝对稳定。计算数值解精度较高,明显优于传统的Newmark法与Wilson-θ法。

关键词：结构动力学动力响应时间积分法 B样条

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多边形协调单元数值流形方法的研究

多边形协调单元数值流形方法的研究

作者：温伟斌广东工业大学

学位级别：硕士

数值流形方法是一种广义高精度的数值计算方法,它采用由两套分开且相互独立的数学网格和物理网格组成的有限覆盖系统进行数值计算。固定的数学网格能简化网格划分和避免网格畸变。提高覆盖函数的阶次有利于提高数值解的精度。相比有限元... 详细信息

数值流形方法是一种广义高精度的数值计算方法,它采用由两套分开且相互独立的数学网格和物理网格组成的有限覆盖系统进行数值计算。固定的数学网格能简化网格划分和避免网格畸变。提高覆盖函数的阶次有利于提高数值解的精度。相比有限元法,无网格法,在边界处理、数值解精度上有明显优点。最新的关于数值流形方法的研究主要集中在数值流形方法的应用和位移函数改进方面。现有的流形单元网格多采用有限覆盖的三角形网格,四边形网格,虽然单元构造简单,但缺点是网格数量大、计算量大、单元存在剪切自锁等问题。对于几何复杂的问题,求解精度不理想。本文考虑到传统流形单元的问题,提出一种协调的多边形流形单元,为获得该流形单元权函数,建立该流形单元的网格生成,本文进行了以下研究：1.对现有各种典型的多边形单元及其形函数性质进行了详细的对比分析,根据数值流形方法权函数性质及选取的特点,确定权函数(形函数)形式以及多边形流形单元的特点。2.对选定权函数性质进行了更深入的分析与推导,首先从流形方法的基本概念与模型出发,基于有限元插值模型对一般流形方法的收敛性、稳定性、协调性进行分析。然后,对权函数的非负性、单位分解性、单元边界的线性特性作了相应说明。最后,基于对流形方法收敛性与稳定性的研究,对权函数的插值误差作了深入的分析与推导,得出了多边形单元流形误差至少具有与一般三角形单元、四边形单元相同精度等级的结论。3.对选定多边形单元边界的协调性进行了分析,给出了由三角单元、四边形单元构成的多边形流形单元满足单元边界高阶协调性时的协调方程。4.分析总结了流形单元一般物理覆盖生成的基本过程,给出了区域内生成Delaunay三角网格的算法实现,以及由三角网格最终生成多边形网格的程序流程。5.对几种典型的数值积分进行了对比分析,对流形方法积分方式进行了详细而全面的分类,给出对于不同积分方式对应的积分方案.6.基于数值流形方法收敛性、稳定性的研究,分析推导出了影响局部覆盖函数选取的因素,为局部覆盖函数的选取提供了依据,并给出了一种合理的局部覆盖基函数形式。本文对流形方法收敛性、稳定性、协调性、以及覆盖函数选取的研究,完善了数值流形的理论。本文提出了一种多边形流形单元,理论上证明了该方法的有效性,是一种新的采用流形方法解决复杂问题的思路与方法,本文对该流形方法的研究将具有一定的理论和实际意义。

关键词：流形单元数值流形方法多边形单元权函数有限元法

不同温度下改性聚氨酯混凝土单轴拉伸试验及本构关系

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复合材料学报 2023年第8期40卷 4659-4669页

作者：朱赫黄方林张爱品冯帆温伟斌中南大学土木工程学院长沙410075 中铁开发投资集团有限公司昆明650500 湖南工程学院建筑工程学院湘潭411104

钢桥面铺装材料易受温度影响而产生破坏,其中拉伸破坏最为常见。改性聚氨酯混凝土是一种新型钢桥面铺装材料,为研究温度对其拉伸性能的影响,在-10℃、0℃、15℃、40℃和60℃这5组温度环境下分别进行单轴拉伸试验研究。为保证拉伸试验成... 详细信息

钢桥面铺装材料易受温度影响而产生破坏,其中拉伸破坏最为常见。改性聚氨酯混凝土是一种新型钢桥面铺装材料,为研究温度对其拉伸性能的影响,在-10℃、0℃、15℃、40℃和60℃这5组温度环境下分别进行单轴拉伸试验研究。为保证拉伸试验成功,率先设计并制作了两种拉伸试件(哑铃形试件、经圆弧过渡的哑铃形试件)。同时设计用于匹配试件的拉伸试验新型夹具,开展两种试件的对比试验。通过拉伸试验,测得该材料在单轴受拉时的应力-应变曲线,依据该曲线计算得到各拉伸性能指标。研究结果表明:使用经圆弧过渡的哑铃形试件与新夹具的组合方案的拉伸效果更优。新型夹具可通过增设螺栓约束夹具的变形,从而有效改善加载过程中试件的局部应力集中效应。随温度的升高,改性聚氨酯混凝土的抗拉强度、拉伸弹性模量均呈减小趋势;峰值应变、断裂能密度和拉压比均呈增大趋势。提出了各拉伸性能指标的温度相关计算式。构建适用于改性聚氨酯混凝土的单轴拉伸本构关系,计算与试验结果吻合良好,为该材料未来的工程应用提供参考。

关键词：拉伸本构关系抗拉强度单轴拉伸试验改性聚氨酯混凝土温度

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钻孔灌注桩开挖对紧邻既有桥梁影响研究

铁道科学与工程学报 2020年第12期17卷 3111-3117页

作者：葛鹏黄方林温伟斌冯帆何彬中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中建三局集团有限公司湖北武汉430064

舟山市新城大桥改扩建工程新建提篮拱桥紧邻既有桥,由于钻孔灌注桩与既有桥桩基最近距离仅为6.3 m,为研究钻孔灌注桩开挖对既有桥桩基变形的影响,在钻孔灌注桩开挖过程中对既有桥的变形进行监测,并结合有限元对钻孔灌注桩开挖过程进行... 详细信息

舟山市新城大桥改扩建工程新建提篮拱桥紧邻既有桥,由于钻孔灌注桩与既有桥桩基最近距离仅为6.3 m,为研究钻孔灌注桩开挖对既有桥桩基变形的影响,在钻孔灌注桩开挖过程中对既有桥的变形进行监测,并结合有限元对钻孔灌注桩开挖过程进行仿真模拟。实测数据分析表明:对于单根钻孔灌注桩开挖和多根钻孔灌注桩同时开挖这2种工况,测点横向位移最大值分别为1.96 mm和3.26 mm,纵向位移最大值分别为1.70 mm和2.57 mm,钻孔灌注桩开挖过程中除需考虑开挖带来的影响外,还应该考虑既有桥周围环境如台风、人群和车辆荷载的影响。数值计算结果与实测数据吻合较好,开挖不影响既有桥的正常运营,变形监测和数值计算为现场开挖提供了重要指导。本研究成果可为类似工程提供参考。

关键词：拱桥钻孔灌注桩现场监测有限元法受力分析

考虑弦杆约束的新型板桁加劲梁扭转变形计算方法

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中南大学学报（自然科学版） 2023年第7期54卷 2827-2840页

作者：王路侯文崎张哲滔张晓勇温伟斌中南大学土木工程学院湖南长沙410075 山东高速工程检测有限公司山东济南250000 中南大学力学教学实验中心湖南长沙410083 中铁大桥勘测设计院集团有限公司湖北武汉430056

针对某拟建千米级跨度高速铁路悬索桥所采用的新型板桁加劲梁,依据剪切刚度等效原则,构建闭口薄壁箱形梁连续化等效模型;基于截面刚性周边假定,考虑弦杆纵向约束作用,建立连续化等效模型的扭转平衡微分方程,推导得到扭转角解析公式。构... 详细信息

针对某拟建千米级跨度高速铁路悬索桥所采用的新型板桁加劲梁,依据剪切刚度等效原则,构建闭口薄壁箱形梁连续化等效模型;基于截面刚性周边假定,考虑弦杆纵向约束作用,建立连续化等效模型的扭转平衡微分方程,推导得到扭转角解析公式。构建悬索桥连续化等效单梁有限元模型,推导悬索桥加劲梁扭转角解析式。通过算例验证该解析公式计算所得加劲梁扭转角与空间精细化有限元计算结果吻合良好,弦杆纵向约束作用对新型板桁加劲梁扭转变形影响不可忽略。研究结果表明:相比于空间精细化有限元模型,连续化等效单梁模型计算所得悬索桥加劲梁挠度和扭转角最大相对误差分别为1.8%和14.7%,依据解析式计算所得相对误差分别为7.1%和6.3%;对于悬索桥加劲梁扭转刚度初步设计,上述2种方法的精度误差均在可接受范围内,且计算效率大幅提高,具有较好的适用性。

关键词：新型板桁加劲梁扭转变形连续化等效弦杆纵向约束悬索桥

2D numerical manifold method based on quartic uniform B-spline interpolation and its application in thin plate bending

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Applied Mathematics and Mechanics(English Edition) 2013年第8期34卷 1017-1030页

作者：温伟斌蹇开林骆少明 School of Resources and Environmental Science Chongqing University State Key Laboratory of Coal Mine Disaster Dynamics and Control Chongqing University Faculty of Mechanical and Electrical Engineering Zhongkai University of Agriculture and Engineering

A new numerical manifold （NMM） method is derived on the basis of quartic uniform B-spline interpolation. The analysis shows that the new interpolation function possesses higher-order continuity and polynomial consistency compared with the conven- tional NMM. The stiffness matrix of the new element is well-conditioned. The proposed method is applied for the numerical example of thin plate bending. Based on the prin- ciple of minimum potential energy, the manifold matrices and equilibrium equation are deduced. Numerical results reveal that the NMM has high interpolation accuracy and rapid convergence for the global cover function and its higher-order partial derivatives.

关键词： numerical manifold method (NMM) manifold element B-spline thinplate bending

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异形剪力键桥面板湿接缝抗剪承载力试验研究

桥梁建设 2021年第1期51卷 44-50页

作者：冯帆黄方林申成庆刘新辉温伟斌中南大学土木工程学院湖南长沙410075

为抑制钢-混组合梁桥桥面板湿接缝处混凝土开裂,提高该处极限抗剪承载力,提出一种设置于桥面板接缝处呈方台形凸起的异形剪力键。采用加载试验对带异形剪力键桥面板湿接缝试件的力学性能进行研究,并与传统桥面板湿接缝试件的试验结果进... 详细信息

为抑制钢-混组合梁桥桥面板湿接缝处混凝土开裂,提高该处极限抗剪承载力,提出一种设置于桥面板接缝处呈方台形凸起的异形剪力键。采用加载试验对带异形剪力键桥面板湿接缝试件的力学性能进行研究,并与传统桥面板湿接缝试件的试验结果进行对比。结果表明:相比传统桥面板湿接缝试件,带异形剪力键桥面板湿接缝试件的混凝土材料性能发挥更充分;异形剪力键可以有效提高桥面板湿接缝的抗剪强度,桥面板湿接缝的极限抗剪承载力提高了137%;加载过程中试件湿接缝荷载~位移曲线、混凝土荷载~剪应变曲线以及钢筋荷载~应变曲线均反映出带异形剪力键的桥面板试件力学性能更优。

关键词：钢-混组合梁桥面板湿接缝异形剪力键极限抗剪承载力加载试验

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预制桥面板方台形剪力键湿接缝受力性能分析

铁道科学与工程学报 2023年第6期20卷 2151-2164页

作者：黄方林孟宪冬冯帆高英杰温伟斌中南大学土木工程学院湖南长沙410075 湖南工程学院建筑与工程学院湖南湘潭411104

为提高预制桥面板接缝界面的抗剪性能,提出一种方台形剪力键湿接缝结构型式,并研究该结构的受力性能。设计制作包含湿接缝在内的2种试件,即方台剪力键与传统平截面单元板试件,进行静力剪切加载试验。利用ABAQUS软件中摩擦-内聚力模型模... 详细信息

为提高预制桥面板接缝界面的抗剪性能,提出一种方台形剪力键湿接缝结构型式,并研究该结构的受力性能。设计制作包含湿接缝在内的2种试件,即方台剪力键与传统平截面单元板试件,进行静力剪切加载试验。利用ABAQUS软件中摩擦-内聚力模型模拟接缝的界面特征,在对比验证试验结果的基础上,进行参数化分析,以探讨湿接缝处不同配筋率、方台剪力键特征尺寸(角度、底边长度、高度)及同等接缝界面面积内剪力键大小和数量(排数)对抗剪性能的影响。试验结果表明:含有方台形剪力键的湿接缝结构,其极限抗剪承载力比传统平截面结构提升65.5%。有限元数值模拟界面抗剪结果与试验结果吻合良好。参数分析结果表明:剪切作用下,方台剪力键湿接缝的最优配筋率约为1.2%。随着方台角度与底边长度的增加,湿接缝结构的抗剪刚度明显提高。方台尺寸对极限抗剪承载力的影响程度依次为底边长、角度、高度,当方台角度为45°,板宽与方台长度、高度之比为1︰0.8︰0.2时,接缝界面极限抗剪承载力最高。方台排数对抗剪刚度和承载力的影响较小,方台排数的增加,可有效提高湿接缝界面的抗裂能力。方台形剪力键桥面板施工简单,能大幅提高板在接缝处的抗剪性能。

关键词：预制桥面板剪力键湿接缝剪切试验数值分析极限抗剪承载力

不同温度下钢-改性聚氨酯混凝土界面黏结滑移性能试验研究

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中南大学学报（自然科学版） 2023年第10期54卷 3949-3960页

作者：黄方林董宇航冯帆徐速温伟斌鲁四平中南大学土木工程学院湖南长沙410075 湖南工程学院建筑工程学院湖南湘潭411104 宁波路宝科技实业集团有限公司浙江宁波315800 湖南铁院土木工程检测有限公司湖南长沙410075

在钢桥运营过程中,铺装层与桥面板的黏结层常会因车辆碾压、温度等因素的影响而出现脱黏现象。近年来,国内出现一种新型改性聚氨酯混凝土,具有较好的工程适用性,已用于多座钢桥梁铺装工程。为研究该混凝土与钢桥面板的界面黏结性能,设... 详细信息

在钢桥运营过程中,铺装层与桥面板的黏结层常会因车辆碾压、温度等因素的影响而出现脱黏现象。近年来,国内出现一种新型改性聚氨酯混凝土,具有较好的工程适用性,已用于多座钢桥梁铺装工程。为研究该混凝土与钢桥面板的界面黏结性能,设计并制作该改性聚氨酯混凝土与Q345钢的层间复合试件。考虑温度的影响,分别在-10、15、40和60℃下进行斜剪试验。基于数字图像处理技术(DIC)采集试件界面的滑移量和应变,分析试件在不同温度下的破坏形态、界面黏结性能及界面应变分布规律。基于试验结果,建立钢-改性聚氨酯混凝土界面剪切强度、刚度与温度的关系式。研究结果表明:温度对试件界面黏结性能的影响显著,试件的界面剪切强度和刚度随温度升高而降低,而其界面极限滑移量与温度无明显关系,界面应变的绝对值均沿胶层方向从试件混凝土层的加载端到未加载端逐渐减小;随着温度升高,试件由脆性破坏向塑性破坏过渡;据所建立的钢-改性聚氨酯混凝土界面剪切强度、刚度与温度的关系式所得剪切强度、刚度计算结果与试验结果较吻合,可为聚氨酯类混凝土钢桥面铺装工程应用提供参考。

关键词：改性聚氨酯混凝土斜剪试验黏结-滑移曲线黏结性能