月球车与月壤交互作用的离散元-多体动力学耦合建模 被引量：2

1

作者 徐鸿 雷波 刘锦阳 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第4期239-249,共11页

目前,对于散体颗粒物质与复杂机械系统的耦合作用研究,面临着跨尺度、计算规模庞大以及非光滑表面的接触检测困难等问题。为了探究月球车与月壤交互作用,首先对颗粒-多体耦合系统动力学建模与接触算法进行研究。分别用离散元方法(discre... 目前,对于散体颗粒物质与复杂机械系统的耦合作用研究,面临着跨尺度、计算规模庞大以及非光滑表面的接触检测困难等问题。为了探究月球车与月壤交互作用,首先对颗粒-多体耦合系统动力学建模与接触算法进行研究。分别用离散元方法(discrete element method, DEM)和多体动力学(multibody dynamics, MBD)笛卡尔方法建立了散体球形颗粒和含约束多体系统的动力学模型,并基于Hertz-Mindlin模型计算颗粒与刚体的接触力,在此基础上给出顺序耦合策略,建立了离散元和多体耦合的动力学模型。针对月球车齿状车轮的非光滑表面与颗粒之间接触检测规模庞大的问题,提出了非光滑形状物体的分区域局部检测方法,降低了局部检测的规模。通过对比圆柱体冲击颗粒的试验和仿真结果,验证了离散元-多体耦合模型的准确性。在耦合动力学建模和接触算法研究的基础上,对具有齿状车轮的月球车在月壤上行驶过程进行动力学仿真,研究不同驱动参数下的系统动力学特性以及不同轮胎形状对行驶运动的影响,研究结果表明,交错形轮齿的月球车相较直齿形轮齿前进距离多14%,前进效率较高,该研究对月球车的设计具有理论指导意义。 展开更多

关键词 离散元方法(DEM) 多体动力学(MBD) 月球车 耦合建模 高效接触检测

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道砟-软枕垫相互作用的离散元-柔性体耦合分析 被引量：2

2

作者 陈成 林晓东 +2 位作者 罗启天 张磊 芮瑞 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第S02期149-156,169,共9页

随着铁路列车的高速重载化,路桥过渡段的不均匀沉降与道床劣化问题日益严重。通过在轨枕下方铺设轨枕垫,可以有效改善有砟轨道应力分布从而减少轨枕沉降。为探究轨枕垫-道床-路基的力学传递机制,采用离散元-多柔性体动力学耦合方法建立... 随着铁路列车的高速重载化,路桥过渡段的不均匀沉降与道床劣化问题日益严重。通过在轨枕下方铺设轨枕垫,可以有效改善有砟轨道应力分布从而减少轨枕沉降。为探究轨枕垫-道床-路基的力学传递机制,采用离散元-多柔性体动力学耦合方法建立了道砟箱和轨枕垫模型,从细观上分析动荷载下道砟-轨枕垫相互作用。通过建立全尺寸路桥过渡段耦合模型,研究铺设轨枕垫措施的减振效果及效能评价。研究结果表明,铺设轨枕垫后,道床沉降和刚度分别减小了约27.3%和39.7%;柔性轨枕垫增大了轨枕与道砟的接触面积,使道砟颗粒间最大接触力减小了约26%,与试验结果吻合;通过在全尺寸路桥过渡段中铺设轨枕垫,测得过渡路基区的最大沉降减少了约9.2%,桥梁路基区的最大应力减小了约18.3%,且道砟颗粒振动加速度峰值减小了约14.1%。研究证明轨枕垫可有效改善轨枕-道砟界面接触和过渡路基区的应力应变等动态响应,具有良好的防灾减灾效果。 展开更多

关键词 路桥过渡段 有砟轨道 轨枕垫 应力分布 离散元-多柔性体耦合方法

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针对有砟道床动力特性分析的嵌入式离散元-有限元耦合方法 被引量：2

3

作者 邵帅 吕泉江 +1 位作者 纪丹阳 严颖 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期180-187,共8页

在离散元-有限元耦合方法中,离散元和有限元交界面处的耦合方式对整体有砟道床的力学行为影响显著。采用基于球形单元的镶嵌单元或粘结单元模拟有砟道床时,由于球形单元和有限单元表面的自锁能力较差,使道砟层在列车载荷作用下容易产生... 在离散元-有限元耦合方法中,离散元和有限元交界面处的耦合方式对整体有砟道床的力学行为影响显著。采用基于球形单元的镶嵌单元或粘结单元模拟有砟道床时,由于球形单元和有限单元表面的自锁能力较差,使道砟层在列车载荷作用下容易产生侧向滑移,导致数值模型不稳定。此外,在实际铁路道床中,底部道砟均不同程度地嵌入路堤。为此,发展了一种嵌入式离散元-有限元耦合方法,通过设置一层嵌入地基有限元模型中的球形颗粒传递离散元域和有限元域间的力学参数,实现离散元和有限元方法的耦合。数值结果表明,嵌入式离散元-有限元耦合模型能够有效降低有砟道床的侧向位移,数值结果更加稳定,在处理与有砟道床类似的连续介质与散体介质的耦合问题时推荐采用嵌入式耦合算法。 展开更多

关键词 有砟道床 离散元方法 有限元方法 离散元-有限元耦合法 动力特性

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基于离散裂隙网络与离散元耦合方法的礼让隧道岩体力学参数确定 被引量：8

4

作者 刘波 杨亚刚 《科学技术与工程》 北大核心 2020年第23期9567-9573,共7页

为了准确地确定礼让隧道节理岩体力学参数,采用3DEC程序中离散裂隙网络(discrete fracture network, DFN)技术,建立了能反映节理裂隙分布特征的离散裂隙网络模型。在此基础上,结合室内岩石、节理力学试验,运用等效岩体技术及3DEC程序,... 为了准确地确定礼让隧道节理岩体力学参数,采用3DEC程序中离散裂隙网络(discrete fracture network, DFN)技术,建立了能反映节理裂隙分布特征的离散裂隙网络模型。在此基础上,结合室内岩石、节理力学试验,运用等效岩体技术及3DEC程序,建立基于离散裂隙网络-离散元(discrete fracture network-discrete element method,DFN-DEM)耦合方法的等效岩体模型,并构建反映工程岩体节理分布特征的多尺度等效节理岩体计算模型;通过对多尺度等效节理岩体计算模型进行单轴压缩试验,获取岩体峰前及峰后的力学性质,分析节理岩体的尺寸效应、各向异性、表征单元体及等效岩体力学参数。结果表明:DFN-DEM耦合技术解决了非贯通节理的建模问题;随着等效岩体尺度增大,节理岩体峰值强度、弹性模量逐渐减小,各向异性特性逐渐减弱,且尺度达到5 m×5 m×10 m趋于稳定得到表征单元体;表征单元体尺度下等效岩体力学参数为弹性模量9 GPa、单轴抗压强度0.7 MPa、内摩擦角25°、黏聚力0.3 MPa、抗拉强度0.12 MPa,与Hoek-Brown强度准则所得力学参数对比,两者较为接近。该法为研究工程岩体的稳定性提供了数据基础。 展开更多

关键词 礼让隧道 离散裂隙网络与离散元耦合方法 等效岩体 表征单元体 节理岩体力学参数

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基于离散元与光滑粒子流体力学耦合的高浓度尾砂浓密过程仿真 被引量：3

5

作者 熊有为 刘福春 +2 位作者 陈伟 刘恩彦 雷显权 《金属矿山》 CAS 北大核心 2021年第11期19-24,共6页

为实现对高浓度尾砂浓密过程的动态可视化观测和定量化表征,弥补常规物理相似模拟和数值模拟方法适用性较差的不足,提出了一种基于离散元(DEM)和光滑粒子流体动力学(SPH)耦合的高浓度尾砂浓密仿真方法,并采用该方法对某矿全尾砂浓密工... 为实现对高浓度尾砂浓密过程的动态可视化观测和定量化表征,弥补常规物理相似模拟和数值模拟方法适用性较差的不足,提出了一种基于离散元(DEM)和光滑粒子流体动力学(SPH)耦合的高浓度尾砂浓密仿真方法,并采用该方法对某矿全尾砂浓密工艺进行了模拟仿真。通过建立与工业机结构一致的全尺寸深锥浓密机模型,基于物理试验标定固液两相流体仿真参数,以浓密机底流浓度作为主要评价指标,将仿真结果与现场生产情况进行对比,结果显示二者误差极小,验证了仿真模型的准确性和可靠性,为矿山充填浓密工艺研究与优化设计提供了一种新方法。 展开更多

关键词 膏体充填 尾砂浓密 数值仿真 离散元方法 光滑粒子流体动力学方法 DEM-SPH耦合

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黏土岩中水泥锚固体滑脱的有限-离散元模型初探 被引量：1

6

作者 程树范 曾亚武 +2 位作者 高睿 张嘉凡 覃祥瑞 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期2594-2603,共10页

锚固体与围岩有效黏结是保证锚杆(索)系统正常工作的重要前提,为研究黏土岩内水泥锚固体在拉拔荷载作用下的滑移脱黏机理,开展黏土岩三轴试验、黏土岩-水泥砂浆界面直剪试验和水泥锚固体拉拔的物理模型试验,基于有限-离散元方法(FDEM),... 锚固体与围岩有效黏结是保证锚杆(索)系统正常工作的重要前提,为研究黏土岩内水泥锚固体在拉拔荷载作用下的滑移脱黏机理,开展黏土岩三轴试验、黏土岩-水泥砂浆界面直剪试验和水泥锚固体拉拔的物理模型试验,基于有限-离散元方法(FDEM),建立黏土岩-水泥砂浆的二元体模型,对水泥锚固体拉拔过程进行模拟。研究表明:黏土岩黏聚力小于黏土岩-水泥砂浆界面的切向黏结强度,低法向压力时二元体的剪切破坏多为黏土岩的剪切破坏,但黏土岩内摩擦角较大,高法向压力下界面抗剪强度低于黏土岩,二元体剪切破坏逐渐转变为界面脱黏;考虑剪切失效的双线性黏聚力模型在模拟软岩破坏时是适用的,而二元体黏结界面更适合通过黏结-摩擦模型模拟;水泥锚固体拉拔失效过程可分为黏结变形阶段,界面脱黏阶段,剪胀咬合阶段和滑移阶段4个阶段,界面脱黏后,锚固体附近黏土岩的剪切破坏也是导致锚固失效的重要因素,剪胀咬合阶段的咬合力决定了锚固体的峰值抗拔能力。研究结果对于软岩地区锚固结构设计有一定的指导作用。 展开更多

关键词 二元体界面 黏聚力单元 剪胀作用 锚杆(索)锚固体 有限-离散元方法

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基于SPH-DEM并行计算的滑坡涌浪模拟

7

作者 唐岳灏 姜清辉 《人民长江》 北大核心 2025年第5期136-142,共7页

为解决滑坡体与水体的强耦合及非线性水波演化形成的复杂流-固耦合问题,采用光滑粒子流方法(SPH)模拟水体动力学特性,通过离散元方法(DEM)模拟滑坡体大变形与不连续问题,构建了SPH-DEM流-固耦合算法,并开发了基于分布式MPI的并行计算程... 为解决滑坡体与水体的强耦合及非线性水波演化形成的复杂流-固耦合问题,采用光滑粒子流方法(SPH)模拟水体动力学特性,通过离散元方法(DEM)模拟滑坡体大变形与不连续问题,构建了SPH-DEM流-固耦合算法,并开发了基于分布式MPI的并行计算程序,实现了SPH-DEM耦合过程的大规模高性能计算。将该程序应用于湖北省江坪河水库白日垭崩塌体滑坡模拟,再现了滑坡发展、涌浪形成、河道传播、冲击大坝的灾害链过程。结果显示:涌浪在坝前最大壅高474.00 m,低于坝高476.00 m,此程序在进程数量128时取得了超过70%的并行加速效率。研究成果能有效分析滑坡涌浪灾害动力学过程,开发的并行程序可为其他国产同类软件提供借鉴。 展开更多

关键词 滑坡涌浪 流-固耦合 离散元(DEM) 光滑粒子流(SPH) 白日垭崩塌体 江坪河水库

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基于DEM-MBD耦合方法的路桥过渡段不均匀沉降研究 被引量：13

8

作者 陈成 罗启天 +2 位作者 杨超 芮瑞 王晓壮 《中国铁道科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期69-77,共9页

为了从细观力学机理上研究路桥过渡段的劣化规律及其影响因素,采用离散单元(DEM)法生成轨枕与道砟模型,并施加相位荷载,通过多体动力学(MBD)方法建立相互独立的路基弹簧,实现对路桥过渡段中路基刚度变化的模拟,进而建立轨枕-道砟-路基... 为了从细观力学机理上研究路桥过渡段的劣化规律及其影响因素,采用离散单元(DEM)法生成轨枕与道砟模型,并施加相位荷载,通过多体动力学(MBD)方法建立相互独立的路基弹簧,实现对路桥过渡段中路基刚度变化的模拟,进而建立轨枕-道砟-路基过渡段耦合模型,进行不同路基刚度、列车速度、轴重以及桩基加固下过渡段不均匀沉降研究。结果表明:列车荷载作用下,路桥过渡段中过渡路基区沉降最大,普通路基区次之,桥面路基区最小;当列车车速由94 km·h^(-1)增加至281 km·h^(-1)、轴重由16 t提升至32 t时,过渡段不均匀沉降分别增大60.9%和259.4%,轴重的影响更为突出;当列车车速为94 km·h^(-1)和轴重为16 t时,采用刚度渐变路基或桩基加固软路基措施后,过渡段各路基区沉降均有减小,过渡段不均匀沉降分别减小56.5%和53.6%,验证了路桥过渡段采用搭板法与桩基加固法的合理性。 展开更多

关键词 路基 路桥过渡段 不均匀沉降 加固 离散元-多体动力学耦合 道床劣化

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基于点-单元接触模式的水平岩层运动连续-非连续方法模拟 被引量：5

9

作者 王学滨 薛承宇 岑子豪 《山东科技大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2022年第6期40-49,共10页

采场上覆岩层的开裂和破断在力学上可归结为连续介质向非连续介质转化或非连续介质进一步演化。正确模拟采场上覆岩层运动过程对于岩层稳定性控制和有关灾害预防具有极其重要的意义。介绍了历时10年自主开发的拉格朗日元与离散元耦合方... 采场上覆岩层的开裂和破断在力学上可归结为连续介质向非连续介质转化或非连续介质进一步演化。正确模拟采场上覆岩层运动过程对于岩层稳定性控制和有关灾害预防具有极其重要的意义。介绍了历时10年自主开发的拉格朗日元与离散元耦合方法的基本原理,以及以此为基础最新发展的水平岩层运动计算方法。以接触-摩擦模块为例进行介绍。采用点-单元接触模式取代单元-单元接触模式,以起到精简算法和适于图形处理器(GPU)并行计算的目的。通过3个采场算例,展现了该方法的优势。该方法适于研究采动条件下岩层的变形、开裂、离层、破断和冒落等,具有需要参数少且参数容易获取的特点。 展开更多

关键词 水平岩层 岩层运动 图形处理器(GPU) 拉格朗日元与离散元耦合方法 点-单元接触模式

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冲旋步进钻井提速方法的井底裂纹拓展特性

10

作者 刘永旺 刘嘉雄 +3 位作者 管志川 王华健 赵国山 张曙辉 《石油机械》 北大核心 2024年第7期45-53,106,共10页

针对深部地层井底岩石硬度高、强度大和应力集中现象导致的岩石可钻性差、破岩效率低和使用寿命短的问题,提出旋冲钻井和差压步进破岩方法相结合的冲旋步进钻井提速新理念。为了研究冲击作用下差压步进钻头破碎地层岩石的裂纹拓展规律,... 针对深部地层井底岩石硬度高、强度大和应力集中现象导致的岩石可钻性差、破岩效率低和使用寿命短的问题,提出旋冲钻井和差压步进破岩方法相结合的冲旋步进钻井提速新理念。为了研究冲击作用下差压步进钻头破碎地层岩石的裂纹拓展规律,采用有限-离散元(FDEM)方法建立了球齿冲击三维薄板模型,开展了球齿在不同冲击能量、冲击位置及岩石种类等条件下的冲击破岩过程模拟,获得了阶梯型井底岩石在冲击作用下的裂纹扩展规律。研究结果表明:由于阶梯面的存在,球齿在冲击作用下对阶梯型井底造成的预损伤区域比常规井底更大,冲击位置靠近阶梯面的裂纹扩展效果更好;双球齿冲击阶梯井底容易形成较大范围的岩石破碎区,降低了破碎阶梯井底地层岩石的难度;球齿冲击过程中对青砂岩造成的预损伤区域比花岗岩大,在冲击能量相同的情况下球齿冲击破碎花岗岩更为困难。利用冲旋步进钻井方法理论上可以进一步提高难钻地层钻井速度,但具体效果需要经现场试验及优化。所得结论可为深部难钻地层钻井速度的提升提供新的思路。 展开更多

关键词 冲旋步进钻井方法 阶梯井底 差压步进钻头 有限-离散元耦合 裂纹扩展

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基于DEM-MFBD-CFD方法的冰雪飞溅击打应答器力学研究 被引量：1

11

作者 迟义浩 肖宏 +2 位作者 郄录朝 张智海 路锟 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2023年第24期290-297,共8页

严寒地区冰雪飞溅问题对高速铁路运营安全性有直接影响,现场调研发现多处冰块脱落击打应答器的现象,而国内外对此研究尚未见文献报道。采用基于离散元-多柔性体动力学-计算流体力学(discrete element method-multi flexible body dynami... 严寒地区冰雪飞溅问题对高速铁路运营安全性有直接影响,现场调研发现多处冰块脱落击打应答器的现象,而国内外对此研究尚未见文献报道。采用基于离散元-多柔性体动力学-计算流体力学(discrete element method-multi flexible body dynamics-computational fluid dynamics, DEM-MFBD-CFD)耦合分析法,建立车厢底板结冰脱落击打应答器模型,并借助风洞和现场试验结果,验证了模型的可靠性;基于建立的分析模型研究不同列车速度、风压变化、冰块质量等因素对应答器击打的受力影响。结果表明:应答器受到的最大应力随列车运行速度呈现幂函数增长关系,当行车速度增大到350 km/h时,最大应力达15.591 MPa,约为150 km/h时的3.5倍;且随冰块质量增加应答器最大应力呈现先迅速增加后缓慢增长趋势;当横风风速为5~20 m/s作用时,应答器表面所受到的最大应力相差不大,表明横风对冰雪击打应答器作用可忽略不计;为减小冰雪飞溅击打应答器危害,可采取除融雪手段、列车降速等措施。 展开更多

关键词 冰雪飞溅 离散单元法 离散元-多柔性体动力学-计算流体力学(DEM-MFBD-CFD)耦合分析法 应答器 力学响应

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遇水湿化对堆石体颗粒破碎和压缩特性的影响研究 被引量：12

12

作者 马刚 王渊 +4 位作者 程家林 叶晓峰 邹宇雄 周伟 刘其文 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期1640-1648,共9页

堆石体遇水后产生的湿化变形会影响堆石坝的安全稳定运行,一直是工程界和学术界关注的焦点问题,但目前对湿化变形细观机理的认识还不够充分。采用室内试验、电镜扫描、连续-离散耦合分析方法,进行了湿化对堆石体破碎特性和压缩特性的影... 堆石体遇水后产生的湿化变形会影响堆石坝的安全稳定运行,一直是工程界和学术界关注的焦点问题,但目前对湿化变形细观机理的认识还不够充分。采用室内试验、电镜扫描、连续-离散耦合分析方法,进行了湿化对堆石体破碎特性和压缩特性的影响研究。干燥和饱和状态的单颗粒破碎试验和SEM电镜扫描表明,遇水饱和导致颗粒的岩石矿物成分和微观结构发生变化,其孔隙、微裂纹等缺陷增多,颗粒破碎强度和表面摩擦系数降低。率定了干燥与饱和颗粒的细观参数,开展了干燥和饱和状态的单颗粒破碎和颗粒集合体单轴压缩的数值试验。遇水湿化对堆石体有润滑、软化和劣化作用,使堆石颗粒的摩擦系数、变形模量和破碎强度均出现了不同程度的降低。湿化使颗粒破碎强度降低了22.6%,使颗粒间摩擦系数降低了11.7%,使颗粒集合体的压缩模量降低了13.1%。破碎强度降低导致的颗粒破碎是堆石体产生湿化变形的最主要原因。 展开更多

关键词 堆石体 湿化变形 颗粒破碎 连续-离散耦合分析方法

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FEM/DEM法在典型柱状危岩体破坏过程数值分析中的应用 被引量：10

13

作者 陈小婷 黄波林 《水文地质工程地质》 CAS CSCD 北大核心 2018年第4期137-141,共5页

有限元/离散元耦合分析方法(FEM/DEM法)可计算连续介质的小变形,也可在新生裂缝并在裂隙间开展大变形计算。文章以位于重庆市巫山县长江左岸的箭穿洞柱状危岩体为例,分析了箭穿洞危岩体可能的破坏过程。分析表明:柱状危岩体的基座处于... 有限元/离散元耦合分析方法(FEM/DEM法)可计算连续介质的小变形,也可在新生裂缝并在裂隙间开展大变形计算。文章以位于重庆市巫山县长江左岸的箭穿洞柱状危岩体为例,分析了箭穿洞危岩体可能的破坏过程。分析表明:柱状危岩体的基座处于应力集中状态,既有拉应力集中区也有压应力集中区,应力集中造成柱状危岩体的基座附近边界岩体易破坏。应力集中新生了裂隙,裂隙的延展导致了危岩体的解体和最终的破坏。FEM/DEM方法预演了柱状危岩体压致拉裂的裂隙网络形成和破碎岩体运动过程。FEM/DEM对帮助分析大小变形混合的斜坡变形十分有利,是未来数值模拟的发展方向之一。 展开更多

关键词 有限元/离散元耦合分析方法 柱状危岩体 应力集中 裂缝延展

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煤粉界面厚度影响下结合面接触刚度分析

14

作者 杨辛未 孙东 +2 位作者 张帅 吴东璇 陈洪月 《振动与冲击》 北大核心 2025年第2期120-130,共11页

为研究煤粉界面厚度对结合面接触刚度的影响,对接触表面的微观形貌进行了刻画,试验测量了煤粉颗粒间及其与接触面间的接触参数,并基于颗粒液桥与颗粒破碎理论,采用有限元-离散元耦合方法,建立了含有煤粉界面的结合面三体接触模型,分析... 为研究煤粉界面厚度对结合面接触刚度的影响,对接触表面的微观形貌进行了刻画,试验测量了煤粉颗粒间及其与接触面间的接触参数,并基于颗粒液桥与颗粒破碎理论,采用有限元-离散元耦合方法,建立了含有煤粉界面的结合面三体接触模型,分析了不同煤粉界面厚度对结合面接触刚度的影响。研究结果表明:随着煤粉界面厚度增加,煤粉颗粒破碎数量先增加后降低,当界面厚度为0.5 mm时发生破碎的颗粒数量最多,其中中大粒径颗粒主要起到承载作用;随着界面厚度的增加,煤粉颗粒力链数量和长度随之增加,煤粉颗粒间的液桥力随之减小,随着大粒径颗粒的破碎,液桥力会发生骤降;当界面厚度为0.3 mm、0.5 mm、0.7 mm时,结合面三体接触刚度分别为1.792×10^(8) Pa/m、1.659×10^(8) Pa/m、1.600×10^(8) Pa/m,最后采用试验方法进行了验证。研究结果为煤矿装备动态特性与寿命预测研究提供依据。 展开更多

关键词 煤粉界面 三体接触刚度 多尺度方法 有限元-离散元耦合方法

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富水岩溶地区新建隧道对上跨既有隧道渗流场及应力场的影响机制

15

作者 莫小兵 郝世全 +3 位作者 李伟 郭辉 邹俊鹏 马彩霞 《安全与环境工程》 北大核心 2025年第2期151-159,共9页

富水岩溶地层中新建隧道跨越既有隧道施工时,区域渗流场及应力场发生变化,导致新建隧道以及既有隧道的安全性受到威胁,存在隧道渗涌水及结构失稳的风险。通过有限元-离散元耦合方法(FDEM)孔隙-应力渗流模型研究了地下水水位变化对杨木... 富水岩溶地层中新建隧道跨越既有隧道施工时,区域渗流场及应力场发生变化,导致新建隧道以及既有隧道的安全性受到威胁,存在隧道渗涌水及结构失稳的风险。通过有限元-离散元耦合方法(FDEM)孔隙-应力渗流模型研究了地下水水位变化对杨木岭隧道开挖后隧道模型渗流场、应力场和位移场的影响,以及隧道模型中天然裂缝密度变化对渗流场和位移场的影响。结果表明:杨木岭隧道开挖后周围孔隙水压力形成降落漏斗,随着地下水水位的升高,降落漏斗范围增大;隧道模型的最大水平位移和最大压应力随着地下水水位的升高而增大,最大竖直位移和最大拉应力则减小;考虑天然裂隙分布时,孔隙水压力的分布受裂缝密度和位置的影响显著,且孔隙水压力越小的区域,裂缝的阻碍效果愈加明显,同时天然裂缝对隧道模型中水平位移的分布有较大影响,且裂缝越靠近隧道影响越明显。 展开更多

关键词 富水岩溶区 隧道 流固耦合 渗流场 应力场 天然裂缝 有限元-离散元耦合方法(FDEM)

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断层带破碎岩体采动剪切变形与渗透性演化规律 被引量：18

16

作者 李樯 马丹 +2 位作者 张吉雄 刘勇 侯文涛 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期150-160,共11页

为探索采动影响下的断层活化突水机理,开展断层破碎岩体剪切变形与渗透性演化试验研究。基于流固耦合原理设计一套破碎岩体压剪渗流试验系统,实现破碎岩体剪切变形与渗流的耦合过程,开展多因素影响下的破碎岩体剪切-渗流耦合试验,获得... 为探索采动影响下的断层活化突水机理,开展断层破碎岩体剪切变形与渗透性演化试验研究。基于流固耦合原理设计一套破碎岩体压剪渗流试验系统,实现破碎岩体剪切变形与渗流的耦合过程,开展多因素影响下的破碎岩体剪切-渗流耦合试验,获得连续剪切过程中颗粒级配和初始孔隙率对孔隙率和渗透性参量的影响规律。结果表明,连续剪切条件下,破碎岩体的渗透率和孔隙率变化过程大致相同,可分为3个阶段:缓慢增长阶段,破碎岩石颗粒由散乱状态向有序的组织结构调整;加速增长阶段,破碎岩石颗粒剪切膨胀;增速放缓阶段,破碎岩体颗粒的剪切变形在围压的约束下达到动态平衡。试样Talbot指数越小或初始孔隙率越大,渗透率和孔隙率敏感性越强,渗透率和孔隙率越大;非Darcy流β因子的演化规律与渗透率的演化规律相反。结合数值模拟发现,剪切作用下破碎岩体剪切带内岩石颗粒的运移是剪胀现象发生的主要原因,破碎岩体剪胀过程中颗粒的力链由随机分布向特定方向转化,表现为局部孔隙和孔喉的膨胀,是孔隙率和渗透率增加的主要原因。研究成果可为深部煤矿突水灾害机理揭示与灾害防治提供参考。 展开更多

关键词 断层突水 破碎岩体 剪切-渗流耦合 渗透特性 离散元模拟

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考虑摩擦系数和颗粒强度劣化效应的堆石体湿化细观数值模拟 被引量：2

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作者 黄绪武 周伟 +2 位作者 马刚 陈远 常晓林 《中国农村水利水电》 北大核心 2017年第9期125-131,共7页

堆石体遇水之后,水的润滑作用会导致颗粒之间的滑移和重新排列,水的软化作用则会导致颗粒破碎增加。在考虑颗粒破碎的连续-离散耦合分析方法(FDEM)中,引入代表水对于堆石体颗粒间摩擦系数和颗粒强度劣化作用的湿化模型,并按照室内单线... 堆石体遇水之后,水的润滑作用会导致颗粒之间的滑移和重新排列,水的软化作用则会导致颗粒破碎增加。在考虑颗粒破碎的连续-离散耦合分析方法(FDEM)中,引入代表水对于堆石体颗粒间摩擦系数和颗粒强度劣化作用的湿化模型,并按照室内单线法湿化试验的步骤进行了一系列数值试验。数值试验得到的湿化轴向应变与室内试验结果接近,表明水对于颗粒间摩擦系数和颗粒强度的劣化作用是产生湿化轴向应变的主要原因,堆石体颗粒间摩擦系数的降低是引起湿化轴向应变的主要原因,其次是颗粒强度的降低。湿化过程中的颗粒破碎分布呈现出局部集中的现象。湿化后颗粒之间的法向接触力平均值略有增加而切向接触力平均值则下降明显。 展开更多

关键词 堆石体 连续-离散耦合分析方法 湿化变形 颗粒破碎 接触力

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孔洞形状对层状岩石力学特性影响的FDEM数值模拟研究 被引量：3

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作者 刘平 刘泉声 +4 位作者 夏明锬 罗勇 陈梓韬 黄兴 伯音 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期595-606,共12页

为揭示孔洞形状对层状岩石力学性质和破坏模式的影响,采用有限元-离散元耦合数值模拟方法(FDEM)开展系列数值模拟研究。首先,阐述FDEM模拟层状岩石的基本原理,然后,开展不同层理倾角完整试样的单轴压缩模拟,并与试验结果进行对比验证。... 为揭示孔洞形状对层状岩石力学性质和破坏模式的影响,采用有限元-离散元耦合数值模拟方法(FDEM)开展系列数值模拟研究。首先,阐述FDEM模拟层状岩石的基本原理,然后,开展不同层理倾角完整试样的单轴压缩模拟,并与试验结果进行对比验证。最后,对含有圆形、椭圆形、三角形、矩形和方形孔洞的层状岩石试样(β为0°、30°、45°、60°和90°)进行单轴压缩模拟研究。研究结果表明:对于不同孔洞形状的试样,抗压强度和试样破坏程度随层理倾角的增大呈V字型变化趋势,且均在层理倾角为0°时抗压强度取得最大值,在90°时破坏程度最为严重;孔洞的存在严重削弱了试样的力学性能,且削弱幅度与孔洞形状密切相关,其中方形和圆形孔洞对抗压强度的削弱能力最弱。将含不同形状孔洞试样的破坏模式随层理倾角的变化主要分为穿层理面拉剪混合破坏(β=0°)、沿层理面与穿层理面混合拉剪破坏(β=30°)、沿层理面剪切破坏(β=45°和60°)和沿层理面拉剪劈裂破坏(β=90°)。 展开更多

关键词 有限元-离散元耦合数值模拟方法 层状岩石 孔洞形状 单轴压缩模拟 力学性质

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高速颗粒流冲击下负泊松比力学超材料夹芯梁的动态响应及缓冲吸能机理 被引量：2

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作者 胡朝磊 孙海亮 +3 位作者 王志鹏 包兆鹏 崔天宁 秦庆华 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期20-34,共15页

建立了颗粒流子弹发射有限元模型,利用离散元和有限元的联合模拟方法,研究了高速颗粒流冲击负泊松比内凹蜂窝夹芯梁的动态响应及缓冲吸能机理。分析了加载冲量、冲击角、芯材强度以及颗粒流子弹与面板间的摩擦力等因素对夹芯梁动态响应... 建立了颗粒流子弹发射有限元模型,利用离散元和有限元的联合模拟方法,研究了高速颗粒流冲击负泊松比内凹蜂窝夹芯梁的动态响应及缓冲吸能机理。分析了加载冲量、冲击角、芯材强度以及颗粒流子弹与面板间的摩擦力等因素对夹芯梁动态响应的影响。研究结果表明:夹芯梁在正向颗粒流子弹冲击载荷作用下表现为局部凹陷和整体弯曲的耦合变形模式,面内设计芯材因胞壁弯曲呈现局部内凹的变形模式,面外设计芯材因胞壁屈曲呈现局部褶皱的变形模式。在等面密度的条件下,采用面外设计的硬芯夹芯梁面板的跨中最大挠度比采用面内设计的软芯夹芯梁小,但初始冲击力峰值和冲击力整体水平较高,冲击力响应时间较短。夹芯梁前后面板的跨中最大挠度与冲击载荷近似呈对数线性递增关系。与正向冲击相比,斜冲击下夹芯梁的变形模式具有非对称性,局部凹陷程度减小;在颗粒流子弹不同冲击角度作用下,夹芯梁前后面板的跨中最大挠度、初始冲击力峰值以及传递到夹芯梁的动能和动量占比随冲击角度的增大而减小,而颗粒流子弹与夹芯梁面板间的摩擦因数对夹芯梁的动态响应无显著影响。 展开更多

关键词 夹芯结构 力学超材料 负泊松比 高速颗粒流 离散元-有限元耦合方法 动态响应 缓冲吸能

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中缅油气管道龙陵段管沟回填土冲蚀过程模拟 被引量：1

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作者 葛华 方迎潮 +3 位作者 赵飞 孔志岗 戴国文 张垚 《人民长江》 北大核心 2021年第11期122-127,共6页

基于Navier-Stokes方程和牛顿第二定律构建的颗粒离散元流-固耦合数值模拟方法,以滇西龙陵县中缅油气管道穿越的强烈风化花岗岩区的土体为研究对象,构建了冲沟数值模型,研究了边坡回填土的冲蚀过程。模拟结果显示:①当模型中水流速度较... 基于Navier-Stokes方程和牛顿第二定律构建的颗粒离散元流-固耦合数值模拟方法,以滇西龙陵县中缅油气管道穿越的强烈风化花岗岩区的土体为研究对象,构建了冲沟数值模型,研究了边坡回填土的冲蚀过程。模拟结果显示:①当模型中水流速度较大时,土坎被迅速冲毁,冲毁的土体呈现散体状,并且沟底的部分土体颗粒也被流水挟带走;随着水流速度降低,土坎被冲毁的速度降低,冲毁的土体局部黏结在一起,流水对沟底的侵蚀现象不明显。②提高模型中颗粒间的黏结强度,在较低流速的流水冲刷下土坎未出现冲蚀破坏现象;较高流速的流水作用下,被冲走的土坎呈整体块状,沟底未出现侵蚀的现象。③降低坡面流水的动力条件和改善土体本身的强度特征将有助于防止土体流水侵蚀现象的发生。 展开更多

关键词 油气管道边坡 回填土冲蚀 水流速度 离散元方法 流-固耦合方法

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