一种堆石坝宏观分阶耦合多尺度应力变形计算方法
摘要文本
本发明公开了一种堆石坝宏观分阶耦合多尺度应力变形计算方法，属于堆石坝数值模拟技术领域，基于有限元法框架进行堆石坝的全尺寸数值计算，对于颗粒破碎现象严重的区域，将宏观有限元框架中计算得到的高斯点上的应变增量作为边界条件，利用边界元—离散元联合法模拟代替该高斯点的表征元的细观力学演化过程，以考虑细观颗粒破碎现象，并向宏观层级的有限元框架求解过程中所需的总体刚度矩阵反馈应力和切线模量；而对于其他区域，则基于本构模型和应变增量直接计算高斯点上的应力和切线模量；最后，将总体刚度矩阵整合完成后，在基于有限元求解器进行堆石坝宏观力学特性的计算。本发明提高了计算效率。
申请人信息
- 申请人:水电水利规划设计总院; 水电水利规划设计总院有限公司; 中国水利水电建设工程咨询有限公司
- 申请人地址:100120 北京市西城区六铺炕一区北小街2号
- 发明人: 水电水利规划设计总院; 水电水利规划设计总院有限公司; 中国水利水电建设工程咨询有限公司
专利详细信息
| 项目 | 内容 |
|---|---|
| 专利名称 | 一种堆石坝宏观分阶耦合多尺度应力变形计算方法 |
| 专利类型 | 发明申请 |
| 申请号 | CN202311538932.7 |
| 申请日 | 2023/11/17 |
| 公告号 | CN117540600A |
| 公开日 | 2024/2/9 |
| IPC主分类号 | G06F30/23 |
| 权利人 | 水电水利规划设计总院; 水电水利规划设计总院有限公司; 中国水利水电建设工程咨询有限公司 |
| 发明人 | 刘彪; 何伟; 李祥; 张宗亮; 喻葭临; 程立; 刘广煜 |
| 地址 | 北京市西城区六铺炕一区北小街2号; 北京市东城区安定门外大街甲57号; 北京市西城区六铺炕一区北小街2号 |
专利主权项内容
1.一种堆石坝宏观分阶耦合多尺度应力变形计算方法，其特征在于，包括：S1：对堆石坝模型进行建模，并利用有限元网格进行数值离散化；S2：结合给定的堆石坝的堆石料的力学参数，建立代表体积元数值模型，进行复杂应力路径下的三轴数值试验，并进行代表体积元的应力、应变与颗粒破碎率的定性分析，以确定宏观有限元模型中的高斯积分点是否需要利用细观代表体积元进行替代的颗粒破碎率阈值；S3：给定一个宏观荷载增量步；S4：求解每个代表体积元的一致性切线模量；S5：结合具体边界条件，利用有限元初步求解整体平衡方程Kx＝r，其中，K为总体刚度矩阵；x为节点的待求解位移向量；r为外节点的荷载向量；S6：根据求解得到的每个有限元高斯积分点的变形增量Δx，将所有积分点划分为两类：无需代表体积元代替的宏观积分点和需要代表体积元替代计算的细观积分点；S7：针对需要代表体积元替代计算的细观积分点，将变形增量Δx作为边界条件进行相应代表体积元的颗粒应力和破碎的模拟计算，直至稳定，将计算得到的应力σ和切线模量D反馈至对应的细观积分点；S8：针对宏观积分点，利用本构模型进行求解得到对应积分点的应力σ和切线模量D；S9：利用公式R＝∫BσdΩ-f，计算残余力，其中R为残余力，Ω为求解域，B为应变矩阵的转置矩阵，f为外节点荷载向量；ΩTTS10：重复步骤S4到S9，直至R小于预设的容许残差，则x为最终解；S11：回到步骤S3，继续下一个荷载增量步，直至当前荷载增量步小于最终增量步。