近年来,部分特高压换流变压器在运行中相继发生电弧短路故障并引发爆炸、起火事故,严重威胁直流系统安全稳定运行。充油设备故障冲击下的结构失效机制尚不明确,且缺乏成熟的数值计算方法,制约故障防爆技术的发展。基于此,该文提出一套...近年来,部分特高压换流变压器在运行中相继发生电弧短路故障并引发爆炸、起火事故,严重威胁直流系统安全稳定运行。充油设备故障冲击下的结构失效机制尚不明确,且缺乏成熟的数值计算方法,制约故障防爆技术的发展。基于此,该文提出一套适用于高能电弧故障冲击的结构失效仿真计算方法。首先,建立有限腔体内油中电弧能量持续注入的气泡动力学模型,准确描述故障气泡的脉动膨胀行为;其次,提出自适应有限元-光滑粒子流体动力学(finite element method-smoothed particle hydrodynamics,FEM-SPH)耦合方法,利用SPH粒子继承失效前的物理信息参与FEM计算;进行不同能量、不同位置的电弧故障仿真计算,获得换流变压器结构的薄弱区域及其破裂行为,复现了油箱结构失效行为。研究发现,油箱顶盖两侧及侧壁转角接缝位置容易发生应力集中现象。一旦结构出现裂缝,将在极短时间内沿着应力集中方向快速发展,最终导致壁面整体撕裂。可知,该方法揭示的结构失效行为可为改进变压器设计和提高设备安全性提供依据。展开更多
高位滑坡对建筑集群的冲击破坏时常导致严重的人员伤亡,基于光滑粒子流体动力学-离散元法-有限元法(smoothed particle hydrodynamics-discrete element method-finite element method,SPH-DEM-FEM)耦合的数值模型,开展了高位滑坡对框...高位滑坡对建筑集群的冲击破坏时常导致严重的人员伤亡,基于光滑粒子流体动力学-离散元法-有限元法(smoothed particle hydrodynamics-discrete element method-finite element method,SPH-DEM-FEM)耦合的数值模型,开展了高位滑坡对框架结构建筑群的冲击过程、建筑结构破坏机理、冲击力时程与框架柱关键点应力和弯矩等动力机制研究。研究结果表明:SPH-DEM-FEM耦合数值方法能够有效地模拟碎石土滑坡中土(SPH)石(DEM)混合物的抛射弹跳、爬高绕流冲击运动过程。考虑了常规建筑垂直、平行于滑坡流向的三排建筑组合布局,位于滑坡近端的纵向排列建筑表现为连续性倾倒破坏,横向排列的建筑则呈现整体倾倒破坏;因前排建筑群对滑坡冲击能量的耗散及滑坡自身摩擦耗能,位于滑坡后端建筑表现为引流面墙体和前排柱发生局部破坏,结构保持稳定,损毁程度依次为上游无建筑缓冲耗能的建筑>有横向排列的建筑>有纵向排列的建筑;纵向、横向排列的建筑冲击力衰减幅度分别31%、21%。横向框架建筑整体倾倒的损毁机制表现为框架柱的直接剪断或节点塑形铰链失效;纵向框架建筑连续性倾倒的损毁机制表现为前排框架柱的失效引起后排框架柱轴向压力和极限弯矩增加,持续冲击荷载超过其极限弯矩致使后排框架柱发生弯曲破坏,最终结构倾倒。系统能量在动能、内能和摩擦耗能间转化,其中摩擦耗能占65.5%,结构耗能占23.6%,动能快速下降与内能急剧增加是建筑破坏的关键特征。展开更多
为深入探究洪水在半封闭式地下空间的水流扩散过程,采用光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)与离散单元法(discrete element method,DEM)耦合的方法,研究洪水侵入地下公交车站的动态过程。通过建立物理模型试验及...为深入探究洪水在半封闭式地下空间的水流扩散过程,采用光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)与离散单元法(discrete element method,DEM)耦合的方法,研究洪水侵入地下公交车站的动态过程。通过建立物理模型试验及数值模拟,对SPH-DEM耦合方法进行标定及验证,证明该方法能有效模拟洪水侵入地下空间的物理力学过程。在此基础上,对比分析洪水从地下公交车站站厅层入口和隧道口灌入2种工况下在半封闭式地下空间的扩散演变规律以及不同类型车辆的动力学响应。研究结果表明:1)在半封闭式地下空间中,私家车相较于公交车面临的风险更高;2)车辆周围的建筑环境对疏散逃生具有显著影响;3)车辆的具体位置是影响疏散逃生效率的关键因素。展开更多
随着电子设备日益微型化和集成化,热仿真已成为其设计中的关键因素。电子封装模块的热仿真通常使用传统的有限元法FEM(finite element method),存在计算效率和精度之间的矛盾,在处理大变形问题和网格畸变方面也容易造成计算不收敛,从而...随着电子设备日益微型化和集成化,热仿真已成为其设计中的关键因素。电子封装模块的热仿真通常使用传统的有限元法FEM(finite element method),存在计算效率和精度之间的矛盾,在处理大变形问题和网格畸变方面也容易造成计算不收敛,从而导致结果错误。针对该问题,提出一种基于光滑粒子动力学SPH(smoothed particle hydrodynamics)算法的电子封装模块热仿真系统。该算法基于无网格拉格朗日数值方法,通过将热仿真对象离散为1组粒子的方式求解热传导方程,从而准确地预测电子封装模块的传热与散热,无需生成并处理大量的微小网格,不用担心网格失真等问题。SPH相对于FEM,仿真精度误差保持在1%~2%,仿真效率可提升近30倍,适合用于复杂和动态系统的模拟仿真。展开更多
文摘近年来,部分特高压换流变压器在运行中相继发生电弧短路故障并引发爆炸、起火事故,严重威胁直流系统安全稳定运行。充油设备故障冲击下的结构失效机制尚不明确,且缺乏成熟的数值计算方法,制约故障防爆技术的发展。基于此,该文提出一套适用于高能电弧故障冲击的结构失效仿真计算方法。首先,建立有限腔体内油中电弧能量持续注入的气泡动力学模型,准确描述故障气泡的脉动膨胀行为;其次,提出自适应有限元-光滑粒子流体动力学(finite element method-smoothed particle hydrodynamics,FEM-SPH)耦合方法,利用SPH粒子继承失效前的物理信息参与FEM计算;进行不同能量、不同位置的电弧故障仿真计算,获得换流变压器结构的薄弱区域及其破裂行为,复现了油箱结构失效行为。研究发现,油箱顶盖两侧及侧壁转角接缝位置容易发生应力集中现象。一旦结构出现裂缝,将在极短时间内沿着应力集中方向快速发展,最终导致壁面整体撕裂。可知,该方法揭示的结构失效行为可为改进变压器设计和提高设备安全性提供依据。
文摘高位滑坡对建筑集群的冲击破坏时常导致严重的人员伤亡,基于光滑粒子流体动力学-离散元法-有限元法(smoothed particle hydrodynamics-discrete element method-finite element method,SPH-DEM-FEM)耦合的数值模型,开展了高位滑坡对框架结构建筑群的冲击过程、建筑结构破坏机理、冲击力时程与框架柱关键点应力和弯矩等动力机制研究。研究结果表明:SPH-DEM-FEM耦合数值方法能够有效地模拟碎石土滑坡中土(SPH)石(DEM)混合物的抛射弹跳、爬高绕流冲击运动过程。考虑了常规建筑垂直、平行于滑坡流向的三排建筑组合布局,位于滑坡近端的纵向排列建筑表现为连续性倾倒破坏,横向排列的建筑则呈现整体倾倒破坏;因前排建筑群对滑坡冲击能量的耗散及滑坡自身摩擦耗能,位于滑坡后端建筑表现为引流面墙体和前排柱发生局部破坏,结构保持稳定,损毁程度依次为上游无建筑缓冲耗能的建筑>有横向排列的建筑>有纵向排列的建筑;纵向、横向排列的建筑冲击力衰减幅度分别31%、21%。横向框架建筑整体倾倒的损毁机制表现为框架柱的直接剪断或节点塑形铰链失效;纵向框架建筑连续性倾倒的损毁机制表现为前排框架柱的失效引起后排框架柱轴向压力和极限弯矩增加,持续冲击荷载超过其极限弯矩致使后排框架柱发生弯曲破坏,最终结构倾倒。系统能量在动能、内能和摩擦耗能间转化,其中摩擦耗能占65.5%,结构耗能占23.6%,动能快速下降与内能急剧增加是建筑破坏的关键特征。
文摘为深入探究洪水在半封闭式地下空间的水流扩散过程,采用光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)与离散单元法(discrete element method,DEM)耦合的方法,研究洪水侵入地下公交车站的动态过程。通过建立物理模型试验及数值模拟,对SPH-DEM耦合方法进行标定及验证,证明该方法能有效模拟洪水侵入地下空间的物理力学过程。在此基础上,对比分析洪水从地下公交车站站厅层入口和隧道口灌入2种工况下在半封闭式地下空间的扩散演变规律以及不同类型车辆的动力学响应。研究结果表明:1)在半封闭式地下空间中,私家车相较于公交车面临的风险更高;2)车辆周围的建筑环境对疏散逃生具有显著影响;3)车辆的具体位置是影响疏散逃生效率的关键因素。
文摘随着电子设备日益微型化和集成化,热仿真已成为其设计中的关键因素。电子封装模块的热仿真通常使用传统的有限元法FEM(finite element method),存在计算效率和精度之间的矛盾,在处理大变形问题和网格畸变方面也容易造成计算不收敛,从而导致结果错误。针对该问题,提出一种基于光滑粒子动力学SPH(smoothed particle hydrodynamics)算法的电子封装模块热仿真系统。该算法基于无网格拉格朗日数值方法,通过将热仿真对象离散为1组粒子的方式求解热传导方程,从而准确地预测电子封装模块的传热与散热,无需生成并处理大量的微小网格,不用担心网格失真等问题。SPH相对于FEM,仿真精度误差保持在1%~2%,仿真效率可提升近30倍,适合用于复杂和动态系统的模拟仿真。
