桶形基础液压下沉过程的耦合欧拉-拉格朗日有限元法分析

发布时间：2019-10-02 15:48

【摘要】：由于结构物贯入时网格变形过大而产生扭曲畸变等问题,常会造成岩土工程下沉贯入领域的数值分析收敛困难甚至计算结果失真。采用合适的数值方法分析此类问题颇具挑战性。传统的有限元模拟方法往往会出现收敛困难、作出不合理的假设以及需要依赖用户的专业网格重划分和插值程序等问题。耦合的欧拉-拉格朗日(CEL)分析方法结合了拉格朗日网格与欧拉网格的优点,可以有效地解决有关大变形和材料破坏等诸多问题。通过位移控制法和力控制法两种下沉方式,进行桶形基础室内液压下沉模型试验,得出不同强度的黏土中桶形基础下沉阻力和下沉深度的关系及土塞高度。应用CEL有限元法进行模拟,计算结果与试验结果较为符合。采用的CEL有限元模拟方法不仅可对桶形基础自重下沉和液压下沉进行预测,也可为其他海洋基础结构的贯入模拟提供有益参考。
【图文】：

问题[13]中取得了一些成果，但鲜有应用CEL有限元法对桶形基础自重下沉和液压下沉分析的报道。本文首先简要介绍CEL有限元法的基本原理。然后进行桶形基础室内液压下沉模型试验过程和结果，并应用CEL有限元法进行模拟。文章提出的CEL有限元模拟方法不仅可为桶形基础自重下沉和液压下沉进行预测，也可为其他海洋基础结构的贯入模拟提供有益参考。2耦合的欧拉-拉格朗日（CEL）法耦合的CEL有限元分析方法结合了拉格朗日网格与欧拉网格的优点，采用欧拉网格中网格固定而材料可以在网格中自由流动的方式建立模型（如图1所示），有效地解决了有关大变形和材料破坏等诸多问题。同时，通过欧拉-拉格朗日的接触算法，利用拉格朗日网格得到准确的结构应力-应变响应。(a)拉格朗日分析(b)欧拉分析图1有限元分析中连续体的变形Fig.1Deformationofacontinuuminfiniteelementanalysis在耦合欧拉-拉格朗日有限元算法中，欧拉材料的变形是基于流体体积方法来体现。在这种方法中，，材料在网格中流动的轨迹是通过计算每一个单元中的欧拉体积分数（Eulerianvolumefraction，简称EVF）来确定的。如果一个单元完全被材料填充，则这个单元的欧拉体积分数EVF=1；如果某个单元里没有材料，则它的EVF=0。如果一个单元中所有材料体积分数的总和小于1，这个单元的剩余部分自动被“空”材料所占据，“空”材料既没有质量也没有强度。在欧拉网格中，使用体积分数工具，将用来描述材料初始状态及位置的参考体离散到欧拉体中，如图2所示。图2使用体积分数工具在欧拉体中定义材料的过程Fig.2ProceduresformaterialdefinitionbyusingthevolumefractiontoolinEuleriananalysisCEL分析方法是通过显示动力分析来实现的。这种显式算法的稳定性是有条件的，?

俊＠

本文编号：2545005