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A hybrid contact approach for modeling soil-structure interaction using the material point method

Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering 2024年第5期16卷 1864-1882页

作者： Qinyang Sang Yonglin Xiong rongyue zheng Xiaohua Bao Guanlin Ye Feng Zhang Key Laboratory of Impact and Safety Engineering Ministry of EducationSchool of Mechanical Engineering and MechanicsNingbo UniversityNingbo315211China Institute of Geotechnical Engineering Ningbo UniversityNingbo315211China College of Civil and Transportation Engineering Shenzhen UniversityShenzhen518060China Department of Civil Engineering Shanghai Jiao Tong UniversityShanghai200240China Department of Civil Engineering Nagoya Institute of TechnologyShowa-kuGokiso-choNagoya466-8555Japan

The grid-based multi-velocity field technique has become increasingly popular for simulating the Material Point Method(MPM)in contact ***,this traditional technique has some shortcomings,such as(1)early contact and contact penetration can occur when the contact conditions are unsuitable,and(2)the method is not available for contact problems involving rigid-nonrigid materials,which can cause numerical *** study presents a new hybrid contact approach for the MPM to address these limitations to simulate the soil and structure *** approach combines the advantages of point-point and point-segment contacts to implement contact detection,satisfying the impenetrability condition and smoothing the corner contact *** proposed approach is first validated through a disk test on an inclined ***,several typical cases,such as granular collapse,bearing capacity,and deformation of a flexible retaining wall,are simulated to demonstrate the robustness of the proposed approach compared with FEM or analytical ***,the proposed method is used to simulate the impact of sand flow on a deformable *** results show that the proposed contact approach can well describe the phenomenon of soil-structure interaction problems.

关键词： Material point method Soil-structure interaction Numerical simulation Contact algorithm

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基于MFO-BPNN的螺旋钻机钻速预测研究

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机电工程 2024年第4期41卷 633-642页

作者：李嘉辉王英郑荣跃叶军赵京昊陈立宁波大学机械工程与力学学院浙江宁波315211 宁波大学土木工程与地理环境学院浙江宁波315211 浙江工业职业技术学院机电工程学院浙江绍兴312000 浙江易通特种基础工程股份有限公司浙江宁波315800

针对利用现有经验公式所建立的螺旋钻机钻速预测模型存在准确度不足的问题,提出了一种基于飞蛾扑火算法(MFO)的反向传播神经网络(BPNN)钻速预测模型。首先,对MFO算法的基本原理进行了研究,构建了MFO算法优化BPNN的具体流程;接着,采集了... 详细信息

针对利用现有经验公式所建立的螺旋钻机钻速预测模型存在准确度不足的问题,提出了一种基于飞蛾扑火算法(MFO)的反向传播神经网络(BPNN)钻速预测模型。首先,对MFO算法的基本原理进行了研究,构建了MFO算法优化BPNN的具体流程;接着,采集了江苏无锡某施工现场钻探数据,并分析了钻速影响因素,运用小波阈值降噪、归一化和灰色关联度分析等系列方法对采集数据进行了预处理,得到了训练和测试集;然后,将MFO算法运用于神经网络的权值和阈值训练,以代替原有梯度下降法,建立了MFO-BPNN钻速预测模型;最后,对上述预测模型与BPNN模型、遗传算法优化反向传播神经网络(GA-BPNN)模型以及粒子群优化算法优化反向传播神经网络(PSO-BPNN)模型的预测结果和评价指标进行了详细的对比分析。研究结果表明:运用MFO-BPNN建立的钻速预测模型,其可靠性达到了91.65%,其决定系数(R 2)优于其他3种预测模型,3项误差指标也是其中最低的,说明该模型的预测精度良好,适合于桩基础工程的实际应用,可为复杂因素影响下的钻速预测提供一种新思路。

关键词：螺旋钻机钻速预测飞蛾扑火算法反向传播神经网络遗传算法优化反向传播神经网络粒子群优化算法优化反向传播神经网络决定系数桩基础工程

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Model of nonlinear coupled thermo-hydro-elastodynamics response for a saturated poroelastic medium

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Science China(Technological Sciences) 2009年第8期52卷 2373-2383页

作者： LIU GanBin XIE KangHe zheng rongyue College of Civil Construction and Environmental EngineeringNingbo UniversityNingbo 315211China Institution of Geotechnical Engineering Zhejiang UniversityHangzhou 310027China

Based on the Biot’s wave equation and theory of thermodynamic, Darcy law of fluid and the modified Fourier law of heat conduction, a nonlinear fully coupled thermo-hydro-elastodynamic response model (THMD) for saturated porous medium is derived. The compressibility of the medium, the influence of fluid flux on the heat flux, and the influence of change of temperature on the fluid flux are considered in this model. With some simplification, the coupled nonlinear thermo-hydro-elastodynamic response model can be reduced to the thermo-elastodynamic (TMD) model based on the traditional Fourier law and, further more, to the Biot’s wave equation without considering the heat phase. At last, the problem of one dimensional cylindrical cavity subjected to a time-dependent thermal/mechanical shock is analyzed by using the Laplace technique, the numerical results are used to discuss the influence of Biot’s modulus M and coefficient of thermoos-mosis on displacement and to compare with the results of thermo-elastodynamic response to ascertain the validity of this model.

关键词： nonlinear thermo-hydro-elastodynamic dynamic response laplace transform

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Cyclic performance and simplified pushover analyses of precast segmental concrete bridge columns with circular section

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Earthquake Engineering and Engineering Vibration 2016年第2期15卷 297-312页

作者： Bu Zhanyu Guo Jian zheng rongyue Song Jianwei George C.Lee Faculty of Architectural Civil Engineering and Environment Ningbo University College of Civil Engineering and Architecture Zhejiang University of Technology Department of Civil Structural and Environmental Engineering University at Buffalo

In recent years, precast segmental concrete bridge columns became prevalent because of the benefits of accelerated construction, low environmental impact, high quality and low life cycle costs. The lack of a detailed configuration and appropriate design procedure to ensure a comparable performance with monolithic construction has impeded this structural system from being widely used in areas of high seismicity. In this study, precast segmental bridge column cyclic loading tests were conducted to investigate the performance of unbonded post-tensioned segmental bridge columns. One monolithic and two precast segmental columns were tested. The preeast segmental column exhibited minor damage and small residual displacement after the maximum 7% cyclic drift; energy dissipation （ED） can be enhanced byadding ED bars. The experimental results were modeled by a simplified pushover method （SPOM）, as well as a fiber model （FIBM） finite element method. Forty-five cases of columns with different aspect ratios, axial load ratios and ED bar ratios were analyzed with the SPOM and FIBM, respectively. Using these parametric results, a simplified design method was suggested by regressive analysis. Satisfactory correlation was found between the experimental results and the simplified design method for preeast segmental columns with different design parameters.

关键词： precast concrete segmental column simplified pushover fiber model

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移动简谐荷载下浮置板轨道-隧道-地基模型二维振动响应研究

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应用基础与工程科学学报 2023年第3期31卷 663-674页

作者：黄强冯青松黄宏伟郑荣跃宁波大学岩土工程研究所浙江宁波315211 河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室江苏南京210098 华东交通大学土木建筑学院江西南昌330013 同济大学地下建筑与工程系上海200092

为分析地铁隧道中浮置板轨道的减振特性,基于轨道-隧道-地基二维耦合模型,通过引入位移势函数和双重傅里叶变换,推导了移动简谐荷载作用下二维耦合模型的位移响应解答,研究了浮置板轨道参数敏感性.研究表明,二维耦合模型存在3个自振频率... 详细信息

为分析地铁隧道中浮置板轨道的减振特性,基于轨道-隧道-地基二维耦合模型,通过引入位移势函数和双重傅里叶变换,推导了移动简谐荷载作用下二维耦合模型的位移响应解答,研究了浮置板轨道参数敏感性.研究表明,二维耦合模型存在3个自振频率,地层的位移响应以低频为主,峰值频率在1Hz左右,不同荷载频率下地层竖向位移沿深度的变化规律不同.地层加速度响应以中低频为主,第二自振频率对应的地层加速度峰值最大,采用浮置板轨道并不能减少地层振动位移,但可以有效降低1.414倍第二自振频率以上地层振动的加速度响应.增加浮置板质量和降低钢弹簧刚度可以减少地层的加速度响应达到减振目的,改变钢轨扣件刚度和浮置板抗弯刚度对地层加速度响应的影响很小.研究可为地铁环境振动的快速评估提供参考.

关键词：轨道-隧道-地层模型荷载频率浮置板轨道竖向位移加速度

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疲劳性能数据处理中的微分建模方法

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机械强度 2005年第4期27卷 534-540页

作者：郑荣跃秦子增宁波大学建筑工程与环境学院宁波315211 国防科技大学航天与材料学院长沙410073

考虑疲劳问题由微分方程控制的实质,直接应用微分方程模型处理疲劳性能数据。为此,引用灰色建模思想,认为一般的疲劳试验数据序列经过按矩形面积累加生成或按梯形面积累加生成后,其随机部分减弱,确定性信息得到加强,从而可用微分方程描... 详细信息

考虑疲劳问题由微分方程控制的实质,直接应用微分方程模型处理疲劳性能数据。为此,引用灰色建模思想,认为一般的疲劳试验数据序列经过按矩形面积累加生成或按梯形面积累加生成后,其随机部分减弱,确定性信息得到加强,从而可用微分方程描述,微分方程的系数可通过微分近似公式由最小二乘法来直接辩识。由此导出线性微分方程DM(n,1)模型和非线性动态微分方程Verhulst模型的相关公式,并用于疲劳性能数据处理中的高周疲劳性能S—N曲线拟合、低周疲劳特性曲线拟合、疲劳裂纹扩展a—N曲线拟合与dadn—ΔK曲线拟合等问题,取得较好的效果,为疲劳性能数据处理提供新工具,对工程中建模和数据分析问题也有参考价值。

关键词：微分建模方法疲劳性能数据处理曲线拟合

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太阳能热排水固结模型试验研究

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防灾减灾工程学报 2022年第5期42卷 905-912页

作者：邓岳保韩逸冬郑良科郑荣跃姚燕明宁波大学滨海城市轨道交通协同创新中心浙江宁波315211 宁波市轨道交通集团有限公司浙江宁波315012

太阳能热排水固结技术是利用太阳能对软土地基进行加热,再结合竖井排水固结,由此达到提升软基处理效果的目标。为检验该技术加固效果,开展竖井地基排水固结模型试验,对比测试常规堆载预压和太阳能热排水固结加固软基的沉降和孔压发展规... 详细信息

太阳能热排水固结技术是利用太阳能对软土地基进行加热,再结合竖井排水固结,由此达到提升软基处理效果的目标。为检验该技术加固效果,开展竖井地基排水固结模型试验,对比测试常规堆载预压和太阳能热排水固结加固软基的沉降和孔压发展规律,结果发现:太阳能在模型地基中形成温度场,使地基土温度平均上升了15℃;太阳能循环变温引起土中孔压波动,其幅度达10 kPa;太阳能加快了软土地基排水固结过程,使模型地基土体固结系数提升了1.54倍,土层固结度达到90%所需时间减少34%;太阳能加热还使模型地基最终沉降增大12%,这对于加速软基沉降稳定、减小工后沉降有积极意义。

关键词：软基处理排水固结竖井太阳能模型试验

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饱和多孔热弹体界面SV波反射的松弛效应

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国防科技大学学报 2014年第2期36卷 1-6页

作者：郑荣跃刘干斌唐国金国防科技大学航天科学与工程学院湖南长沙410073 宁波大学岩土工程研究所浙江宁波315211

在Biot波动理论及饱和多孔热弹性波动理论基础上,引入三个松弛因子,建立了广义饱和多孔热弹性波动理论。通过对SV波在界面上的反射问题进行分析,得到了p1、p2、T及S波反射系数表达式,并利用算例对比分析了基于广义饱和多孔热弹性波动理... 详细信息

在Biot波动理论及饱和多孔热弹性波动理论基础上,引入三个松弛因子,建立了广义饱和多孔热弹性波动理论。通过对SV波在界面上的反射问题进行分析,得到了p1、p2、T及S波反射系数表达式,并利用算例对比分析了基于广义饱和多孔热弹性波动理论(G-TE)与L-S、G-L热弹性波动理论的SV波界面上反射系数的差异,讨论了松弛因子对反射系数的影响。结果表明:G-TE理论、L-S理论、G-L理论模型对p1、p2、S波反射幅值计算结果有较大的影响,且影响规律各不相同。松弛因子对p2波的影响较大,对p1波和S波的影响较小。

关键词：饱和多孔介质热弹性体 SV波反射松弛效应

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移动简谐荷载下曲线整体式轨道振动特性研究

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噪声与振动控制 2023年第4期43卷 7-13,41页

作者：崔正阳黄强黄腾锋张雨萱郑荣跃宁波大学土木与环境工程学院浙江宁波315211 宁波大学滨海城市轨道交通协同创新中心浙江宁波315211

随着城市轨道交通曲线段线路增多,曲线轨道的环境振动问题逐渐引发社会关注。以曲线整体式轨道为例,利用双重傅里叶变换和围道积分推导移动简谐荷载下曲线轨道的挠度响应解答,研究曲线轨道的频散特性及空间振动特性。研究表明,曲线轨道... 详细信息

随着城市轨道交通曲线段线路增多,曲线轨道的环境振动问题逐渐引发社会关注。以曲线整体式轨道为例,利用双重傅里叶变换和围道积分推导移动简谐荷载下曲线轨道的挠度响应解答,研究曲线轨道的频散特性及空间振动特性。研究表明,曲线轨道的自振频率与频散曲线的最小频率接近,约等于单自由度质量-弹簧系统的自振频率计算值。当扣件阻尼为欠阻尼时,轨道挠度随荷载频率升高先增大后减少,最大值在自振频率位置,当扣件阻尼过大时,轨道挠度随频率升高不断减少。在满足曲线轨道最小曲线半径的要求下,列车速度对曲线轨道竖向挠度的影响很小,径向挠度则随列车速度的增加先减小后增大,存在一个理想车速使得径向挠度为零。增加曲线半径对竖向挠度无影响,但会引起原理想车速范围内径向挠度增大和最大扭转角值减少,增加超高角对竖向挠度也无影响但可以有效减少径向挠度。研究对于曲线轨道的减振设计具有一定的参考价值。

关键词：振动与波曲线轨道频散曲线荷载频率轨道挠度曲线半径超高角

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半空间饱和土内置点载荷作用下的热弹性波动

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力学学报 2008年第3期40卷 413-420页

作者：郑荣跃刘干斌梧松宁波大学建筑工程与环境学院

基于Biot波动理论及热弹性动力理论,利用已建立的饱和多孔弹性介质热流固耦合控制方程,研究半无限地基在内置点热力源作用下的动力响应问题.求解过程引用Hankel变换技术,得到了热力源作用下土体中温度增量、应力、位移和孔隙水压力的积... 详细信息

基于Biot波动理论及热弹性动力理论,利用已建立的饱和多孔弹性介质热流固耦合控制方程,研究半无限地基在内置点热力源作用下的动力响应问题.求解过程引用Hankel变换技术,得到了热力源作用下土体中温度增量、应力、位移和孔隙水压力的积分形式解答.利用Hankel数值逆变换得到计算结果,分析了热流固耦合条件下激振频率对竖向位移和孔隙水压力响应的影响.对热流固耦合、热弹性和多孔弹性模型计算结果进行了比较.

关键词：半空间饱和土多孔弹性热流固耦合动力响应 Hankel变换

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