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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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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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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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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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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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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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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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索-桥动态相互作用及行波效应对斜拉桥地震反应的影响

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地震工程与工程振动 2011年第2期31卷 82-90页

作者：布占宇谢旭郑荣跃宁波大学建筑工程与环境学院浙江宁波315211 浙江大学建筑工程学院浙江杭州310058

主要研究斜拉桥地震响应中拉索与梁、塔动态相互作用和行波效应的影响,索-桥相互作用的影响是根据结构动力学中广义自由度的概念,把索的振型作为自由度来考虑,通过把索边界节点的位移和索局部振型位移叠加得到索的整体位移,行波效应是... 详细信息

主要研究斜拉桥地震响应中拉索与梁、塔动态相互作用和行波效应的影响,索-桥相互作用的影响是根据结构动力学中广义自由度的概念,把索的振型作为自由度来考虑,通过把索边界节点的位移和索局部振型位移叠加得到索的整体位移,行波效应是通过在不同支承点输入具有一定相位差的同一条地震动模拟。以一座斜拉桥为例进行了数值模拟和参数分析,结果表明考虑索-桥动态相互作用时,出现了很多频率密集分布的索桥耦合振动的振型,桥梁模态频率变化较小;在一致地震激励下考虑索-桥相互作用时,梁和塔地震响应有不同程度的增大,部分索的纵向位移增大,相应脉动索力也明显增大;行波效应引起梁某些截面处竖向位移和弯矩增大,塔的纵向位移和弯矩减小,索的位移和脉动索力减小。随着行波波速的减小,梁和塔纵向位移减小,梁竖向位移、梁和塔内力先增大后减小,呈周期性变化。

关键词：斜拉桥地震响应索-桥动态相互作用行波效应

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中支座可滑移连续索的静力分析

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机械强度 2008年第1期30卷 122-126页

作者：郑荣跃兰伟仁黄炎国防科技大学航天与材料工程学院长沙410073

根据柔索应变与位移的非线性几何关系以及自重作用与温度影响下的平衡方程,采用欧拉描述的坐标系统精确求得各点的位移和张力的一般解。由可滑移连续索静力问题建立的非线性代数方程组应用改进的Powell混合算法编制的高精度DNEQNF程序... 详细信息

根据柔索应变与位移的非线性几何关系以及自重作用与温度影响下的平衡方程,采用欧拉描述的坐标系统精确求得各点的位移和张力的一般解。由可滑移连续索静力问题建立的非线性代数方程组应用改进的Powell混合算法编制的高精度DNEQNF程序直接进行求解。在算例中对中支座可滑移的两跨连续索当两跨索的自重相同或不同时进行精确计算,特别是当两跨索完全相同时,这些问题均与其他学者用不同方法得到的结果进行对比和分析。

关键词：滑移索非线性变形解析解位移张力

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突出重点切实进行土木工程专业建设

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高等理科教育 2002年第2期 52-54页

作者：郑荣跃宁波大学建筑工程与环境学院浙江宁波315211

与'平台+模块'人才培养模式相对应,以课程群建设作为土木工程重点专业建设的核心,通过课程群建设可以全面带动相关课程建设,对应课程群设置系列课程教研小组,有利于教学质量的提高和年轻教师的培养,也便于监督管理、控制重点专业的建设... 详细信息

与'平台+模块'人才培养模式相对应,以课程群建设作为土木工程重点专业建设的核心,通过课程群建设可以全面带动相关课程建设,对应课程群设置系列课程教研小组,有利于教学质量的提高和年轻教师的培养,也便于监督管理、控制重点专业的建设进程.

关键词：土木工程专业人才培养模式专业建设课程群高等学校

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