隧道结构NURBS无网格弹塑性快速分析方法及其应用

摘要：

为解决异型隧道结构建模分析困难、各类弹塑性数值计算方法精度有限、鲁棒性较低等问题,研究发展一种快速稳定的NURBS-MF(nonuniform rational B-spline-based meshfree)弹塑性分析方法,并将其应用于马蹄型隧道结构的塑性区计算中.NURBS-MF方法利用样条曲线参数化建模结构几何的优点,实现对异型结构的快速建模;通过规则参数空间的映射法则自动进行结点布设,合理地离散待分析区域,极大地降低了异型结构计算的前处理与分析难度.在此基础上推导基于NURBS映射的无网格弹塑性控制方程,提出改进的NURBS-MF弹塑性算法,以适用于异型断面结构的弹塑性快速分析.NURBS-MF弹塑性分析方法提出了一种全新的无网格结点与积分点生成方式,避免了边界积分单元被切割;没有多余的积分点且不产生额外的数值积分代价,能较为明显地降低无网格类数值方法在弹塑性分析中的计算代价、提高其鲁棒性.根据NURBS-MF弹塑性公式与Newton-Raphson迭代算法编写的弹塑性分析程序,可优化异型隧道结构的建模与计算过程.通过典型的弹塑性数值算例及某大断面异型隧道衬砌结构的数值试验表明,该方法具有简洁、稳定、精确等优点,且具有工程实用性.

关键词：NURBS、无网格法、弹塑性、隧道结构

所属期刊栏目：43

分类号：U45(隧道工程)

资助基金：中国博士后基金2022M712144

在线出版日期：2024-01-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共8页

页码：2114-2121