岩土力学 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (2): 687-694.doi: 10.16285/j.rsm.2019.0065

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基于二阶锥规划与高阶单元的 自适应上限有限元研究

孙锐1,杨峰1,阳军生1,赵乙丁1,郑响凑2,罗静静1,姚捷3   

  1. 1. 中南大学 土木工程学院,湖南 长沙 410075;2. 代尔夫特理工大学 土木工程和地球科学学院,荷兰 代尔夫特; 3. 中铁第四勘察设计院集团有限公司,湖北 武汉 430063
  • 收稿日期:2019-01-10 修回日期:2019-05-07 出版日期:2020-02-11 发布日期:2020-02-14
  • 通讯作者: 阳军生,男,1969年生,博士,教授,主要从事隧道与地下工程方面的研究工作。E-mail: jsyang@ csu.edu.cn E-mail:sunruilight@163.com
  • 作者简介:孙锐,男,1993年生,博士研究生,主要从事隧道与地下工程方面的研究工作。
  • 基金资助:
    中南大学中央高校基本科研业务费专项资金(No. 2019zzts292);国家重点研发计划(No. 2017YFB1302600);国家自然科学基金(No. 51878669)

Investigation of upper bound adaptive finite element method based on second-order cone programming and higher-order element

SUN Rui1, YANG Feng1, YANG Jun-sheng1, ZHAO Yi-ding1, ZHENG Xiang-cou2, LUO Jing-jing1, YAO Jie3   

  1. 1. School of Civil Engineering, Central South University, Changsha, Hunan 410075, China; 2. Faculty of Civil Engineering and Geosciences, Delft University of Technology, Delft, Netherlands; 3. China Railway Siyuan Survey and Design Group Co., Ltd., Wuhan, Hubei 430063, China
  • Received:2019-01-10 Revised:2019-05-07 Online:2020-02-11 Published:2020-02-14
  • Supported by:
    This work was supported by the Special Fund of Fundamental Research Funds for the Central Universities for Central South University (2019zzts292), the National Key R&D Program of China (2017YFB1302600) and the National Natural Science Foundation of China (51878669).

摘要: 基于六节点三角形高阶单元的自适应上限有限元法具有计算精度高,能够直观获取结构破坏模式等优点,但若采用屈服准则线性化方法,则计算效率较低。因此,为提高上限有限元计算效率,在既有研究基础上,引入计算效率较高的二阶锥规划方法,建立基于二阶锥规划与高阶单元的自适应上限有限元计算模型。通过分析边坡稳定性及条形基础地基承载力算例,表明所提方法计算精度较高且能够获取精细化的破坏模式。同时,在相同计算精度下,所提方法计算时长显著小于屈服准则线性化方法,有效提高上限有限元的计算效率。算例分析证明所提方法的正确性及有效性,可为类似理论研究及工程实践提供参考。

关键词: 上限有限元, 二阶锥规划, 三角形高阶单元, 自适应, 破坏模式

Abstract: Upper bound adaptive finite element method based on the six-node triangular high-order element has the advantages of high calculation accuracy and the ability to directly obtain structural failure mechanism from the refined mesh of the computational domain. However, if the linearization method of yield criterion is still used to establish the upper-bound finite element model, the calculation efficiency will be lower. Therefore, based on the previous research, a second-order cone programming method with higher computational efficiency is introduced to improve the computational efficiency of the upper bound finite element method. Upper bound adaptive finite element method based on second-order cone programming and the higher-order element is established. The analyses of slope stability and bearing capacity of strip foundation show that the proposed method improves the calculation efficiency of the upper bound finite element method, and the refined mesh of the computational domain can directly obtain the refine failure mechanism. It is also shown that the calculation time of the proposed method is significantly shorter than that of the linearization method of yield criterion under the same accuracy. Some examples are given in this paper to show the accuracy and effectiveness of the proposed method. This study can provide some references for theoretical research and engineering practice.

Key words: upper bound finite element method, second-order cone programming, higher-order triangular element, mesh adaptation, failure mechanism

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  • O 241
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