发布时间 : 星期日 文章开题报告（定稿） - 图文更新完毕开始阅读
等[34]将Andersen等建议的软黏土循环强度概念与不排水条件下Duncan -Chang非线性应力应变关系相结合，通过ABAQUS建立了非线性弹塑性-循环强度模型，分析得出大圆筒结构物地基在循环破坏时的失稳形态及地基中等效塑性应变的分布与极限破坏状态时存在较大差异。 2010年，许哲等[35]采用有限元软件ANSYS建立大圆筒结构模型，对大圆筒中内填土压力进行有限元分析，改变地基土的变形模量、泊松比，得出大圆筒内填土的压力分布变化。王元战等[36]给出了构造筒形基础结构-地基系统弹塑性有限元数值模型的要点，提出了基于有限元数值计算结果进行结构稳定性判别的准则，建立了筒形基础结构稳定性分析的有限元方法。彭志豪等[37]将沉入式大直径薄壁圆筒等效成一个平面的刚体，根据日本规范中的测试结果，结合WINKLER地基模型和美国API 标准模拟土体对大圆筒的作用，分析沉入式大直径薄壁圆筒的变形、位移以及土抗力的发展情况。肖忠等[38]通过二次开发，将软黏土的循环强度与D-P屈服准则相结合，基于拟静力分析建立了波浪循环作用下考虑软土地基弱化效应的大圆筒结构稳定性计算模型，得出考虑地基循环弱化效应时，大圆筒结构的稳定性安全系数显著降低的结论。 2011年，蒋玲和刘祚秋[39]提出了垂直平分线法求大圆筒旋转点，通过有限差分软件模拟圆筒在水平荷载作用下的倾覆，由转动前后的模型定位寻找其倾覆旋转点，并分析了其倾覆转动点随不同控制参数的变化规律。 2012年，王元战和蔡雅慧[40]假设通过弱化土体强度来实现对结构极限破坏状态的模拟，建立了沉入式大圆筒防波堤稳定性分析的有限元强度折减法。 三、 基本内容、重点、方法和难点 基本内容： 目前，有关大圆筒结构的文献中甚少考虑土的固结对于大圆筒结构工作性能的影响。因此，本文主要内容是进行固结方面的研究，在这过程中将会逐一介绍土压力的分布，转动点的变化以及稳定性的变化等方面的内容。 第一章 绪论 阐述本课题的研究背景、研究意义、主要研究的内容，大圆筒结构的特点以及国内外的研究现状。 第二章 有限元计算相关理论。在本章详细介绍有限元法的基本原理，以及大型通用有限元软件ABAQUS分析时所涉及的一些概念，比如土的本构模型的选择，设置分析步时时间步长的确定，大圆筒结构稳定性分析时常用的强度折减法和加载系数法的方法和步骤，以及失稳判别准则。 第三章 数值分析模型的建立。通过大型通用有限元软件ABAQUS分别建立大圆筒结构在不考虑固结和考虑固结两种情况下的分析模型。建立过程中，需要通过合适的假定确定计算域的大小，根据实际工况，合理确定材料的相关系数，简化波浪力的作用，设置合适的接触面和接触模型，考虑土体初始应力场的模拟，以及土体边界条件的设置。在建立固结情况下的大圆筒模型时，需要注意如何模拟土体的固结情况，分析步的设置于不考虑固结情况有何不同。 第四章 固结模型与不考虑固结的模型模拟情况的对比。利用上一节中建立的分析模型，得出判别大圆筒结构是否失稳的强度曲线，比较这两种情况下结构稳定性安全因数的大小。提取数据，分别得出位移沿着大圆筒母线的变化，以及土压力的变化，比较固结过程中，土压力以及转动点分别有何改变。 第五章 考虑固结大圆筒结构稳定性影响因素分析。分别改变大圆筒结构的埋深、大圆筒的筒径、大圆筒的壁厚、土体的弹性模量等因素，分析这些因素对固结或者大圆筒结构的稳定性粉笔有何影响。 第六章 考虑固结的大圆筒结构稳定性的理论分析。结合现有学者提出相关筒内外土压力分布的理论以及大圆筒结构稳定性分析的相关概念，通过一定的假设简化，分析固结对大圆筒结构工作性能的影响。 第七章 结论和展望。总结上述章节的分析结果，以及本文中存在的不足之处，对本领域将来的工作提出一些参考意见和展望。 研究重点： 土的固结是指饱和土体在压力作用下，随着时间的变化，土中孔隙水不断排出，孔隙体积不断减小的过程。在固结过程中，发生改变的主要是孔隙水压力以及土体位移，导致土体发生沉降。由于结构材料的不均匀性以及受力的不均匀性，固结将会导致土的沉降不均匀，直接影响了大圆筒结构的工作性能发生变化。因此研究的内容主要集中在以下几个方面： 1、 2、 3、 4、 不均匀的压力将会导致不均匀的沉降，不均匀沉降对于大圆筒结构倾覆破坏有怎样的影响，是否可以利用这不均匀沉降来促进大圆筒结构的稳定。 土的固结，对于大圆筒结构失稳破坏时的转动点是否会发生影响。 研究大圆筒结构需要采用什么样的固结理论，太沙基单向固结理论还是采用相应的三向固结理论。如何用ABAQUS软件实现固结理论。 固结主要影响大圆筒结构的哪些方面，哪些因素影响了固结对大圆筒的作用。 5、 当考虑固结时，在实际应用中大圆筒结构的沉入深度又如何计算。 研究的对象主要是大圆筒防波堤和大圆筒码头两种主要类型。 研究难点： 1、 土压力的计算。现有的文献中，有关土压力的分布，大部分是通过朗肯土压力理论或者库伦土压力理论乘以相应的折减系数得到的，并且有关转动点一般是假设绕着筒底某点进行转动，通过实验证明，沉入式大圆筒结构的转动点可能为轴线上某点或者母线上的某点处，本文也假设转动点是位于轴线上某点出进行理论推导，因此，现有的土压力理论不适用于本文的研究。本文首先面临的一个困难是，当挡土墙围绕着墙中某一点发生转动时，挡土墙上的土压力是如何分布，如何计算。 2、 固结过程中转动点如何发生变化。在理论分析中如何考虑转动点的变化。 3、 数值模拟过程中，难点在于大圆筒模型的建立，以及怎样利用强度折减法进行大圆筒结构稳定性的分析。因为很少有文章研究固结对大圆筒结构的影响，选择怎样的土体本构模型，不同的本构模型对稳定性分析影响如何都是未知数。 4、 考虑固结情况的数值模拟结果的正确性如何进行验证。 四、 研究方法和预期结果 研究方法： 研究方法主要是理论分析，以及通过大型通用有限元软件ABAQUS进行数值模拟。 理论分析时先假设固结沉降后转动点在原处不变化或者固结沉降后转动点随沉降下降，下降位移为沉降位移。利用现有文献当中给出的有关土压力的分布分别计算出筒内外的主被动土压力的大小，筒底反力，筒底切向力等作用力的大小，利用力的极限平衡法推导大圆筒结构的工作机理。 数值模拟时，重点在于建立考虑不同因素的大圆筒模型，本文重点是研究固结对大圆筒结构的影响，因此需要分别建立不考虑固结的大圆筒结构的模型以及考虑固结的大圆筒结构的模型进行对比分析，利用大圆筒模型稳定性分析中常用的加载系数法或者强度折减法进行稳定性分析，提取得出的数据得出强度曲线，土压力分布曲线，位移变化曲线，分析稳定性、土压力、转动点的变化。 预期结果： 通过本课题的研究，拟在国内核心期刊上发表论文1-2篇，并完成硕士毕业论文。 参考文献： [01] Kascachek G D, Wanzakov O M. Interaction between regular wave and circular breakwaters. ASCE, 1971. [02] 列瓦切夫. 薄壳在水工结构中的应用[M]. 人民交通出版社. 1982. [03] Peter Justesen. Hydrodynamic Forces on Large Cylinders in Oscillatory Flow[J]. Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering, 1989, 115(4):497-514. [04] Ooi J Y, Rover J M. Wall pressure in squat steel silos from simple finite element analysis[J]. Computer and Structure, 1990, 37(4):361-373. [05] Ooi J Y, She K M. Finite element analysis of wall pressure in imperfect silos[J]. International Journal of Solids and Structures, 1997, 34(16):2061-2972. [06] Sumer B M, Fredsoe J. Wave Scour around a Large Vertical Circular Cylinder[J]. Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering, 2001, 127(3):125-134. [07] Winterstetter Th A, Schmidt H. Stability of circular cylindrical steel shells under combined loading[J]. Thin-Walled Structures, 2002, 40(10):893-910. [08] Sankarbabu K, Sannasiraj S A, Sundar V. Interaction of regular waves with a group of dual porous circular cylinders[J]. Applied Ocean Research, 2007, 29:180-190. [09] Vidal P, Gallego E, Guaita M, Ayuga F. Finite element analysis under different boundary conditions of the filling of cylindrical steel silos having an eccentric hopper[J]. Journal of Constructional Steel Research, 2008, 64:480-492. [10] Firooz Bakhtiari-Nejad, Seyed Milad Mousavi Bideleh. Nonlinear free vibration analysis of prestressed circular cylindrical shells on the Winkler/Pasternak foundation[J]. Thin-Walled Structures, 2012, 53:26-39. [11] 刘建起，陈宝珠，李久旺. 埋入式大直径圆筒岸壁土压力试验与稳定性计算研究[J]. 天津大学学报. [12] 刘建起，陈宝珠. 浅沉式大直径圆筒结构稳定性计算[J]. 天津大学学报，1994，27（4）：460—467. [13] 李炎保，张效铭，谷剑秋，张兴无. 大直径圆筒结构施工期稳定性的试验和分析[J]. 港口工程，1995，2：39—42. [14] 竺存宏，朱崇诚，邓冰，陈福全. 大直径圆筒抗倾计算模式的探讨[J]. 水道港口，1998，12（4）：14—21. [15] 杨联正，马永远. 对大直径圆筒下沉施工工艺的探讨[J]. 港工技术，1998，1：36—44. [16] 徐光明，章为民，赖忠中. 沉入式大圆筒结构码头工作机理离心模型试验研究[J]. 海洋工程，2001，19（1）：38—44. [17] 王广德，李颖，张凤珍，孙百顺. 沉入粘土中的大圆筒筒内外土压力分布规律及其计算方法[J]. 水道港口，2002，23（1）：18—21. [18] 刘海笑，王仲捷，唐云，张申. 随机波作用下沉入式大圆筒结构的动土压力及结构失稳机理探究[J]. 中国港湾建设，2002，6：21—25. [19] 竺存宏. 沉入式大圆筒筒内填料静止压力计算方法研究[J]. 港口技术，2002，3：39—43. [20] 竺存宏. 沉入式大圆筒外壁静止土压力计算方法的研究[J]. 港工技术，2003，4：20—23. [21] 王元战，王海龙，付瑞清. 沉入式大直径圆筒码头稳定性计算方法研究[J]. 岩土工程学报，2002，24（4）：417—420. [22] 王元战，王琳，黄长虹. 沉入式大圆筒防波堤稳定性计算方法[J]. 中国港湾建设，2003，10（5）：17—20. [23] 许英，鲁子爱，李桂波. 大圆筒结构稳定性分析[J]. 水运工程，2003，9：1—5（20）. [24] 王元战，黄长虹. 关于挡土墙主动土压力计算问题[J]. 港口技术，2003，6（2）：22—27. [25] 王元战，李蔚，黄长虹. 墙体绕基础转动情况下挡土墙主动土压力分布[J]. 岩土工程学报，2003，25（2）：208—211. [26] 王元战，唐照评，郑斌. 墙体绕墙顶转动情况下挡土墙主动土压力分布[J]. 应用数学和力学，2004，25（7）：695—700. [27] 王晖，王乐芹，周锡礽，孙克俐. 在波浪荷载作用下插入式大圆筒结构稳定性分析评述[J]. 海洋技术，2005，24（2）：104—108（134）. [28] 钟晓红，肖仕宝，周锡礽. 软土地基中插入式大直径薄壁圆筒结构的一种简化数值计算方法[J]. 海洋技术，2005，24（1）：108—112. [29] 王刚，陈杨，张建民. 大圆筒结构倾覆稳定分析的有限元法[J]. 岩土力学，2006，27（2）：238—241. [30] 李晓舟，吴相豪. 大直径圆筒结构墙前后土压力数值分析[J]. 计算机辅助工程，2008，17（3）：12—15. [31] 王元战，王文良. 大圆筒结构计算及工程应用[M]. 人民交通出版社，2008.8. [32] 李飞. 沉入式大直径圆筒结构倾覆转动点数值分析[J]. 计算机辅助工程，2009，18（1）：51—55. [33] 姚文娟，熊胜，陈景林. 沉入式大直径圆筒结构的动力塑性变位研究[J]. 水运工程，2009，11：11—17. [34] 范庆来，栾茂田，张可誉，许成顺. 深厚软基上大圆筒结构循环承载力有限元分析[J]. 北京工业大学学报，2009，35（8）：1039—1044. [35] 许哲，张日向，姜萌. 基于ANSYS下的大圆筒结构内填土压力数值分析[J]. 中国水运，2010，10（11）：230—231. [36] 王元战，肖忠，李元音，谢善文. 筒型基础结构稳定性分析的有限元方法[J]. 中国水运，2010，10（11）：230—231.