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非线性软化Cosserat连续体模型及其在土体应变局部化有限元分析中的应用

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岩土工程学报 2024年第12期46卷 2492-2502页

作者：韦文成唐洪祥刘京茂邹德高大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室辽宁大连116024

完善了土体非线性应变软化公式,并将其引入到Cosserat连续体DP-MC屈服准则中,推导了本构方程积分的返回映射算法和弹塑性切线模量矩阵。利用有限元软件ABAQUS提供的用户自定义单元子程序接口(UEL)对考虑非线性软化的Cosserat连续体DP-M... 详细信息

完善了土体非线性应变软化公式,并将其引入到Cosserat连续体DP-MC屈服准则中,推导了本构方程积分的返回映射算法和弹塑性切线模量矩阵。利用有限元软件ABAQUS提供的用户自定义单元子程序接口(UEL)对考虑非线性软化的Cosserat连续体DP-MC本构模型进行了数值实现,并与平面应变试验进行了数值对比验证。结果表明,考虑非线性软化的Cossrrat连续体模型,能够有效克服经典有限元在分析土体由应变软化引起的应变局部化问题时病态的网格依赖性,同时,还能够在一定程度上反映土体剪切带内材料点旋转的细观效应。进一步地,通过对平面应变压缩算例的模拟发现软化系数ω和形状参数η均对土体强度有重要影响。

关键词：非线性软化剪切带应变局部化网格依赖性 Cosserat连续体

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基于速度预测的导引律剩余时间估计

北京航空航天大学学报 2017年第10期43卷 1980-1986页

作者：张友安梁勇刘京茂孙玉梅烟台南山学院电气与电子工程系烟台265713 海军航空工程学院控制工程系烟台264001 山东南山国际飞行有限公司烟台265713

将分段线性逼近与迭代求解的思想扩展到对导弹的时变速度进行分段预测,给出了适用于反舰导弹速度时变情况的大前置角下比例导引律和偏置比例导引律的剩余时间估计算法。该算法在现有分段迭代算法的基础上,依据闭环形式的反舰导弹速度微... 详细信息

将分段线性逼近与迭代求解的思想扩展到对导弹的时变速度进行分段预测,给出了适用于反舰导弹速度时变情况的大前置角下比例导引律和偏置比例导引律的剩余时间估计算法。该算法在现有分段迭代算法的基础上,依据闭环形式的反舰导弹速度微分方程,分转弯平飞段和近似直线飞行段2种情况,对导弹未来速度的大小进行分段迭代预测并对剩余时间估计进行修正。算法中还给出了偏置比例导引律作用下近似直线飞行段剩余飞行航程的估计公式。仿真结果验证了本文算法的有效性。

关键词：比例导引偏置比例导引剩余时间估计前置角攻击时间控制反舰导弹速度时变速度预测

深厚覆盖层上土质心墙坝防渗墙-心墙接头局部无网格大变形分析

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岩土工程学报 2023年第9期45卷 1773-1781页

作者：邹德高龚瑾孔宪京屈永倩刘京茂陈楷大连理工大学海岸和近海工程国家重点试验室辽宁大连116024 大连理工大学建设工程学部水利工程学院辽宁大连116024

土质心墙坝作为覆盖层地基上的一种重要坝型,其上部土质心墙与下部混凝土防渗墙直接相连,由于材料刚度差异悬殊,两者在接头区域往往存在防渗墙“贯入”心墙的局部大变形现象。在任意拉格朗日-欧拉(ALE)框架下,开发了无网格大变形弹塑性... 详细信息

土质心墙坝作为覆盖层地基上的一种重要坝型,其上部土质心墙与下部混凝土防渗墙直接相连,由于材料刚度差异悬殊,两者在接头区域往往存在防渗墙“贯入”心墙的局部大变形现象。在任意拉格朗日-欧拉(ALE)框架下,开发了无网格大变形弹塑性分析方法,协同发挥了ALE框架在大变形分析中稳定和高精度的优势以及无网格法(Meshless)无需单元拓扑的特点,解决了有限元法因网格扭曲引发的精度降低或复杂重剖分问题。基于面向对象的C++语言,将该方法集成到自主开发的GEODYNA计算系统中,实现无网格大变形方法与有限元(FEM)、比例边界有限元(SBFEM)的无缝耦合。将耦合Meshless-FEM-SBFEM方法应用于某深厚覆盖层上土质心墙坝,联合土体广义弹塑性模型,再现了坝体在填筑过程中防渗墙“贯入”心墙的局部大变形发展过程,发现在竣工期小变形分析低估防渗墙竖向应力约4.1 MPa(占13%),并指出了防渗墙顶部两侧土体间存在剪切带。

关键词：大变形无网格任意拉格朗日-欧拉深厚覆盖层土质心墙坝

深厚覆盖层上土石坝防渗墙损伤开裂精细化分析及防渗功能评价

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水利学报 2024年第2期55卷 147-157页

作者：邹德高屈永倩孔宪京刘京茂冉从勇张丹大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室辽宁大连116024 大连理工大学水利工程学院辽宁大连116024 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司四川成都610072

混凝土防渗墙是覆盖层上土石坝坝基的关键防渗结构,由于防渗墙与覆盖层的刚度和尺度差异巨大,通常的数值分析方法难以保证精度,且现有基于强度的安全评价方法,无法适应防渗墙作为防渗结构而非承载结构的功能评价要求。本文提出了比例边... 详细信息

混凝土防渗墙是覆盖层上土石坝坝基的关键防渗结构,由于防渗墙与覆盖层的刚度和尺度差异巨大,通常的数值分析方法难以保证精度,且现有基于强度的安全评价方法,无法适应防渗墙作为防渗结构而非承载结构的功能评价要求。本文提出了比例边界元-有限元耦合跨尺度离散、塑性损伤模型和内聚力模型分离描述压损伤和受拉开裂、破损后防渗功能目标评价的精细化分析方法,实现了深厚覆盖层上土石坝防渗墙的性态演化评价。研究结果表明:超深覆盖层上悬挂式防渗墙在两岸底部因近似垂直于岸坡的高压应力发生压损伤,类“外伸梁”的面内弯曲变形使靠近防渗墙两岸的顶部和底部区域产生坝轴向高拉应力导致槽段间出现竖向裂缝;在防渗墙两岸的上游侧局部设置辅助防渗措施,可有效降低防渗墙破损后的渗流量。本文方法揭示了混凝土防渗墙的损伤开裂模式,定位了防渗墙薄弱区域,评价了防渗墙损伤开裂对防渗功能的影响,量化防渗措施效果,实现了防渗墙从传统承载能力评价到功能性态评价的跨越,可为深厚覆盖层上土石坝防渗墙的安全评价和设计优化提供理论和技术支持。

关键词：深厚覆盖层防渗墙损伤开裂分析防渗功能性态评价

超深覆盖层上面板坝防渗墙连接板接缝变形机制及优化分析

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东南大学学报（自然科学版） 2024年第5期54卷 1089-1096页

作者：邹德高屈永倩孔宪京常哲瑜刘京茂陈楷大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室大连116024 大连理工大学建设工程学院大连116024

针对超深软弱覆盖层上的面板坝工程止水缝安全问题,从变形和应力2个方面开展优化研究,揭示了防渗墙连接板趾板面板防渗体系的变形模式,定位了薄弱位置,提出了优化方案,并量化了工程应用效果.结果表明,防渗墙与趾板间沉降差集中在防渗墙... 详细信息

针对超深软弱覆盖层上的面板坝工程止水缝安全问题,从变形和应力2个方面开展优化研究,揭示了防渗墙连接板趾板面板防渗体系的变形模式,定位了薄弱位置,提出了优化方案,并量化了工程应用效果.结果表明,防渗墙与趾板间沉降差集中在防渗墙与连接板之间的止水缝处,设置多块连接板无法起到逐步过渡沉降差的作用.防渗墙下游侧设置侧向支撑、制作倾斜形止水缝、趾板下设支撑墙均可减小防渗墙连接板间止水缝沉陷变形.相比垂直止水缝和多块连接板的传统方案,所提的防渗墙顶部拓宽连接板倾斜形止水缝以及防渗墙顶部拓宽倾斜形止水缝趾板下设支撑墙的深厚覆盖层上面板坝防渗体系综合优化方案可使防渗墙与连接板之间止水缝沉陷变形分别减小41.5%和53.8%.

关键词：深厚覆盖层面板堆石坝止水缝变形优化设计

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高土石坝极限抗震能力评价量化指标研究

中国科学：技术科学 2022年第12期52卷 1831-1838页

作者：邹德高孔宪京刘京茂屈永倩姜秋婷邵伟峰大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室大连116024 大连理工大学水利工程学院大连116024

土石坝极限抗震能力是评估土石坝抗震安全性的重要内容.然而目前国内尚无规范明确规定土石坝极限抗震能力的评价标准,且已有的关于土石坝地震破坏评价要素及其指标的研究成果尚不统一,此外还存在不同要素的指标得到的安全裕度不协调的问... 详细信息

土石坝极限抗震能力是评估土石坝抗震安全性的重要内容.然而目前国内尚无规范明确规定土石坝极限抗震能力的评价标准,且已有的关于土石坝地震破坏评价要素及其指标的研究成果尚不统一,此外还存在不同要素的指标得到的安全裕度不协调的问题.本文基于系统的高土石坝(坝高大于200 m)地震整体弹塑性变形和坝坡局部滑移量数值分析、全面的实测工程资料调研对比研究,提出了确定高土石坝极限抗震能力评价标准的4项基本原则:严格依据实测土石坝震陷率和震害程度映射关系;保证极端地震时不溃坝;震陷率是关键控制指标;确保震陷率、坝坡滑移量、接缝止水等评价要素的协调性.据此最终建议了地震条件下高面板坝和心墙坝的极限抗震能力的评价量化指标.研究成果可为高土石坝极限抗震能力分析提供重要的标准依据.

关键词：高土石坝地震极限抗震能力震陷率滑移量

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地基液化离心机试验的数值分析及验证

水利水运工程学报 2019年第6期2019卷 116-124页

作者：邹德高滕晓威刘京茂王峰刘鑫大连理工大学建设工程学部水利工程学院辽宁大连116024 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司四川成都610072 中广核工程有限公司核电安全监控技术与装备国家重点实验室广东深圳518024

地震液化数值分析方法的可靠性验证研究是开展实际工程液化安全评价的前提条件。采用基于u-p形式的Biot动力固结方程的非线性有限元程序GEODYNA,对液化试验和分析项目(LEAP)中的饱和斜坡地基离心机模型试验进行了动力弹塑性有效应力数... 详细信息

地震液化数值分析方法的可靠性验证研究是开展实际工程液化安全评价的前提条件。采用基于u-p形式的Biot动力固结方程的非线性有限元程序GEODYNA,对液化试验和分析项目(LEAP)中的饱和斜坡地基离心机模型试验进行了动力弹塑性有效应力数值分析,其中土体采用改进的广义塑性模型。结果表明:数值模拟的加速度反应谱和加速度时程与试验数据基本吻合;数值模拟再现了试验中孔隙水压力的累积、发展和消散规律,并再现了循环剪切作用下土体应力路径的发展规律和土体的剪胀现象;数值模拟合理地反映了残余变形的累积发展过程,并且数值模拟得到的地基变形分布规律与试验规律相符,变形量值也基本在试验的包线内。研究成果验证了该地震液化分析方法的可靠性,可以为工程液化安全评价提供有效的数值分析方法。

关键词：液化数值分析孔隙水压力离心机模型试验

基于超大型三轴试验和原型监测的堆石料模型参数缩尺效应修正

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岩土工程学报 2024年第12期46卷 2476-2483页

作者：邹德高刘京茂宁凡伟孔宪京崔更尧金伟湛正刚大连理工大学海岸和近海工程国家重点试验室辽宁大连116024 大连理工大学建设工程学院水利工程系辽宁大连116024 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司四川成都610072 中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司贵州贵阳550081

根据常规大型三轴(最大颗粒粒径60mm)试验堆石料模型参数计算的土石坝变形值与原型监测值存在显著的差异,但导致其差异的因素及其影响程度仍不清。采用中国首台超大型三轴仪(最大颗粒粒径200,160mm)及大型三轴仪,对5座世界级高坝筑坝堆... 详细信息

根据常规大型三轴(最大颗粒粒径60mm)试验堆石料模型参数计算的土石坝变形值与原型监测值存在显著的差异,但导致其差异的因素及其影响程度仍不清。采用中国首台超大型三轴仪(最大颗粒粒径200,160mm)及大型三轴仪,对5座世界级高坝筑坝堆石料开展了力学特性缩尺效应(包括缩尺方法、颗粒尺寸效应)试验研究,系统分析了本构模型(邓肯E-B,E-μ模型,广义塑性模型)对坝体计算变形的影响,结合两河口心墙坝和阿尔塔什面板坝的监测资料探讨了缩尺效应规律和本构模型的合理性,明晰了缩尺方法、颗粒尺寸效应以及本构模型三类误差是高土石坝计算失真的主要原因。研究结果表明:控制孔隙率一致时,混合法缩尺相比相似级配法会高估堆石料的模量,相似级配缩尺方法更加合理;基于相似级配法时,常规大型三轴试验相比超大型三轴会高估堆石料的模量,超大型三轴试验成果与实际工程监测资料反演结果十分接近,可以认为基本消除了尺寸效应影响;广义塑性模型计算结果(尤其是水平位移)比邓肯E-B,E-μ模型更符合实际。针对工程中应用最多的邓肯E-B,E-μ模型参数提出了缩尺效应分类修正方法,易于对大型三轴试验参数进行修正,避免低估大坝沉降变形。研究成果有助于深入理解堆石料缩尺效应及不同本构模型的影响,可为同类工程变形预测提供可靠的试验与数值计算依据。

关键词：堆石料超大型三轴缩尺效应本构模型

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重力和风对三维多约束末制导性能的影响分析

航空兵器 2018年第6期25卷 26-31页

作者：张友安寇昆湖刘京茂孙阳平烟台南山学院电气与电子工程系山东烟台265713 海军航空大学山东烟台264001 山东南山国际飞行有限公司山东烟台265713 中国人民解放军南部战区海军保障部广东湛江524001

本文研究了重力和风的干扰对三维多约束末制导律性能的影响。首先,给出了考虑重力补偿的三维多约束末制导律。然后,为便于分析风的干扰对导弹质心运动动力学方程组的影响,分别在纵向平面考虑了顺风和逆风的影响,在侧向平面考虑了正侧风... 详细信息

本文研究了重力和风的干扰对三维多约束末制导律性能的影响。首先,给出了考虑重力补偿的三维多约束末制导律。然后,为便于分析风的干扰对导弹质心运动动力学方程组的影响,分别在纵向平面考虑了顺风和逆风的影响,在侧向平面考虑了正侧风和负侧风的影响,在此基础上,进一步分析了前侧风和后侧风的影响,给出了各种风的干扰所产生的附加攻角或附加侧滑角的计算公式或计算方法。最后,进行了仿真研究,仿真结果表明考虑重力补偿的三维多约束末制导律能够有效克服重力和风的干扰,满足落角和末端攻角的约束。

关键词：三维多约束末制导律落角末端攻角风重力