浅谈改进接触力元模型及其在岩土工程中的应用

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1、大连理工大学硕士学位论文改进接触力元模型及其在岩土工程中的应用姓名：范静海申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：栾茂田;黎勇20040601摘要非连续性问题足岩土工程问题本身以及岩土一结构相互作用体系的一个非常重要的特征，如何应用力学分析方法对其变形、应力和接触应力进行真实地分析与模拟是具有重要学术意义和工程实用价值的课题。针对岩土工程中的非连续性问题，大连理工大学栾茂田教授与黎勇博士提出了非连续变形计算力学模型。该模型是基于广义有限单元和接触力元，吸收数值流形方法的优点，而发展的一种计算非连续性问题的数值分析方法。该方法能够仿真模拟多体系统的变

2、形和应力，不仅能够对多体系统进行静、动力耦合分析，而且还能够逐步模拟与预测多体系统的变形与应力响应及接触界面上的接触应力和相对运动等复杂的非线性过程。对于复杂的多体系统，其最为关键的特性是多体间的相互作用问题，即多体间的接触问题。在非连续变形计算力学模型中，由于模型中的接触力元模型假定接触应力沿接触界面为线性分布，从而所得到的接触界面应力分布往往出现跳跃等非光滑性特征。针对线性接触力元模型的非光滑性特点，本文采用具有高阶光滑性的非线性函数建立了能够考虑界面上接触应力非线性分布的接触力元模式，将应力分布模式以线性分布拓宽到非线性分布，以期合理地揭示多体

3、系统中界面的接触特性。通过数值算例，进行了非线性接触力元模型与Abaqus的验证分析，表明了本文计算分析方法的合理性。最后，应用所改进的非线性接触力元模型，对岩土工程中地基与基础相互作用这一典型课题进行了深入而系统地研究，得到的数值结果和结论为实际工程提供重要参考价值。总之，本文在原有非连续变形计算力学模型的线性接触力元模型的基础上，发展了非线性接触力元模型，在阐明了基本理论的基础上，同时完善了计算机仿真模拟程序，数值分析结果表明本文计算方法的合理性。关键词：非连续性；非连续变形计算力学模型：非线性接触力元模型：应力分布模式AbstractDisco

4、ntinuityisthemostessentialcharacteristicsofgeo-materialsandinteractionsystemofrockor／andsoilandstructures．Hence，averyimportantissueistorationallyevaluateandsimulatemechanicalbehaviorincludingdeformationandfailureprocessofsuchsysternssubjectedtoloadinginarationalway．Prof．LuanMao

5、tianandDr．LiYongofDalianUniversityofTechnologyadvancediscontinuousdeformationcomputationalmechanicsmodeltosolvetheproblemofdiscontinuityingeo—materials．Themodelisestablishedbasedonthegeneralizedfiniteelementsandcontactforceelementsandabsorbsmeritsofnumericalmanifoldmethod．Itisa

6、numericalmethodwhichisusedondiscontinuity．Thepresentmethodcannotonlyfulfillstaticanddynamiccouplinganalysissimultaneously,butalsocangraduallysimulatecomplexnonlinearprocessofmulti—bodysystemssuchasdeformationsandstressesandcontactstressesandrelativemovementsalongcontactinterfac

7、es．Forcomplexmulti—bodyinteractionsystems，thekeyproblemofthesystemsistheproblemofcontact．Inthediscontinuousdeformationcomputationalmechanicsmodel，thenon-smoothfeaturewillbemanifestedandiumpofcontactstressesfrequentlyoccurssincethecontactstressesalongthecontactslitfaceareassumed

8、tovarylinearly．Inordertoproperlydisplaythecontactbehav