颗粒材料具有非连续、离散性等特征,在进行数值模拟时面临着较大的计算压力。通过将精确缩尺准则和粗粒化方法引入到连续-离散耦合(combined finite-discrete element method,FDEM)方法中,旨在为加速基于FDEM的颗粒材料数值模拟提供一...颗粒材料具有非连续、离散性等特征,在进行数值模拟时面临着较大的计算压力。通过将精确缩尺准则和粗粒化方法引入到连续-离散耦合(combined finite-discrete element method,FDEM)方法中,旨在为加速基于FDEM的颗粒材料数值模拟提供一种解决方案。基于精确缩尺和粗粒化等理论,推导了FDEM中应遵循的精确缩尺准则,在此基础上分别进行了等粒径颗粒体系及二元颗粒体系的三轴剪切数值试验。试验结果表明,在未引入精确缩尺准则时,粗粒化模型表现的力学响应特征会发生改变,结果出现失真,因此必须对粗粒化模型参数进行修正。引入精确缩尺准则后,粗粒化模型的力学响应特征会得到补正。试验结果论证了FDEM引入精确缩尺准则和粗粒化方法的有效性,即能在近似原始颗粒体系的条件下大幅度提升采用FDEM进行颗粒材料数值模拟的计算效率。基于数值试验结果进行了宏细观力学分析,宏观应力变形和细观接触力相互映证,揭示了精确缩尺和粗粒化方法的细观力学机理。展开更多
为了研究混凝土在轴向应力作用下的微裂纹萌生扩展过程和位移场、应力场的变化,采用有限-离散元法(Combined finite-discrete element method, FDEM)进行混凝土数值模型重构,生成了结构上含多边形随机骨料、砂浆和界面过渡区三相物质的...为了研究混凝土在轴向应力作用下的微裂纹萌生扩展过程和位移场、应力场的变化,采用有限-离散元法(Combined finite-discrete element method, FDEM)进行混凝土数值模型重构,生成了结构上含多边形随机骨料、砂浆和界面过渡区三相物质的数值模型。主要结论如下:(1)有限-离散元法可以很好地模拟混凝土在外部轴向荷载下开裂的全过程,包括微裂纹萌生、扩展、贯通等过程。(2)由骨料、砂浆和两者之间的界面过渡区造成的力学参数非均质性和混凝土内部结构的非均质性共同造成了混凝土位移场和应力场分布的不均匀性。且界面过渡区由于力学参数较为薄弱,最易萌生微裂纹,首先产生破坏。(3)非均质性会影响混凝土的局部应力场分布,造成应力集中现象。(4)FDEM能够较好地模拟高性能混凝土的拉压比(0.064),为更进一步模拟大尺度混凝土建筑物的工程特性打下良好的基础。展开更多
岩石热破裂研究在地热开采、核废料处置、石油开采中具有重要的工程应用价值和理论价值。基于FDEM（finite discrete element method）方法,用建立的FDEM-TM（finite discrete element method with thermo-mechanical coupling）方法对...岩石热破裂研究在地热开采、核废料处置、石油开采中具有重要的工程应用价值和理论价值。基于FDEM（finite discrete element method）方法,用建立的FDEM-TM（finite discrete element method with thermo-mechanical coupling）方法对一个圆筒试样在两种不同温度边界条件下的热破裂进行了分析。研究表明,当内边界温度保持不变,外边界温度不断增大时（Tr0〈TR0）,起裂前,圆盘内侧处于受压状态,而圆盘外侧处于拉伸状态;当拉应力超过材料的抗拉强度时,从圆盘外边界起裂,从外向内扩展,形成发散裂纹。当外边界温度保持不变，内边界温度不断增大时（Tr0〉TR0），起裂前，圆盘内侧处于受压状态，而圆盘外侧处于拉伸状态；当拉应力超过材料的抗拉强度时，从圆盘外边界起裂，从外向内扩展，形成从外向内扩展的径向裂纹。模拟结果和已有文献结果保持较好的一致性，验证了FDEM-TM方法模拟岩石热破裂的有效性。展开更多
结合有限元离散元方法(finite-discrete element method,FDEM),对计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)软件FLOW-3D进行二次开发,建立了基于CFD-DEM的流固耦合模型,模拟了多块石入水、沉降以及触底的动力过程,分析了不同块...结合有限元离散元方法(finite-discrete element method,FDEM),对计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)软件FLOW-3D进行二次开发,建立了基于CFD-DEM的流固耦合模型,模拟了多块石入水、沉降以及触底的动力过程,分析了不同块石等效直径、形状和入水速度对触底速度和反力的影响。研究发现,块石入水后速度迅速减小,并逐渐趋于定值,随后做动态平衡沉降运动,直至与底面发生碰撞。块石抛填的触底速度随等效直径的增大而增大,不同等效直径下球形块石触底速度绝对值最大,其次是纺锤形块石,最小为圆盘形块石。最大触底反力也随等效直径的增大而增大,成非线性关系,通过拟合得到了触底反力的经验公式。显著性分析结果表明,块石等效直径对触底反力影响最大,其次是块石形状,最小为入水速度。展开更多
本文分别基于有限单元法(Finite ElementMethod,FEM)和有限离散单元法(Finite Discrete Element Method,FDEM)对冰水池中的典型柱状模型冰开展了单轴压缩数值模拟,并对2种数值方法进行对比研究。FEM数值模拟时利用DruckerPrager塑性模...本文分别基于有限单元法(Finite ElementMethod,FEM)和有限离散单元法(Finite Discrete Element Method,FDEM)对冰水池中的典型柱状模型冰开展了单轴压缩数值模拟,并对2种数值方法进行对比研究。FEM数值模拟时利用DruckerPrager塑性模型和延性损伤模型表征了模型冰的非弹性阶段力学行为和损伤。FDEM数值模拟时则利用Cohesive单元模拟模型冰的失效破碎行为。此外,在FDEM数值模型中考虑模型冰晶界和晶间强度差异,仅模拟晶界处的失效。研究发现,基于FDEM的模型冰裂纹扩展形态和物理试验更为相似。最后通过网格映射的方法,改善了数值模型网格的质量,提高了FDEM的计算效率。本文工作可为模型冰力学特性精细模拟研究提供有益参考。展开更多
文摘颗粒材料具有非连续、离散性等特征,在进行数值模拟时面临着较大的计算压力。通过将精确缩尺准则和粗粒化方法引入到连续-离散耦合(combined finite-discrete element method,FDEM)方法中,旨在为加速基于FDEM的颗粒材料数值模拟提供一种解决方案。基于精确缩尺和粗粒化等理论,推导了FDEM中应遵循的精确缩尺准则,在此基础上分别进行了等粒径颗粒体系及二元颗粒体系的三轴剪切数值试验。试验结果表明,在未引入精确缩尺准则时,粗粒化模型表现的力学响应特征会发生改变,结果出现失真,因此必须对粗粒化模型参数进行修正。引入精确缩尺准则后,粗粒化模型的力学响应特征会得到补正。试验结果论证了FDEM引入精确缩尺准则和粗粒化方法的有效性,即能在近似原始颗粒体系的条件下大幅度提升采用FDEM进行颗粒材料数值模拟的计算效率。基于数值试验结果进行了宏细观力学分析,宏观应力变形和细观接触力相互映证,揭示了精确缩尺和粗粒化方法的细观力学机理。
文摘为了研究混凝土在轴向应力作用下的微裂纹萌生扩展过程和位移场、应力场的变化,采用有限-离散元法(Combined finite-discrete element method, FDEM)进行混凝土数值模型重构,生成了结构上含多边形随机骨料、砂浆和界面过渡区三相物质的数值模型。主要结论如下:(1)有限-离散元法可以很好地模拟混凝土在外部轴向荷载下开裂的全过程,包括微裂纹萌生、扩展、贯通等过程。(2)由骨料、砂浆和两者之间的界面过渡区造成的力学参数非均质性和混凝土内部结构的非均质性共同造成了混凝土位移场和应力场分布的不均匀性。且界面过渡区由于力学参数较为薄弱,最易萌生微裂纹,首先产生破坏。(3)非均质性会影响混凝土的局部应力场分布,造成应力集中现象。(4)FDEM能够较好地模拟高性能混凝土的拉压比(0.064),为更进一步模拟大尺度混凝土建筑物的工程特性打下良好的基础。
文摘岩石热破裂研究在地热开采、核废料处置、石油开采中具有重要的工程应用价值和理论价值。基于FDEM（finite discrete element method）方法,用建立的FDEM-TM（finite discrete element method with thermo-mechanical coupling）方法对一个圆筒试样在两种不同温度边界条件下的热破裂进行了分析。研究表明,当内边界温度保持不变,外边界温度不断增大时（Tr0〈TR0）,起裂前,圆盘内侧处于受压状态,而圆盘外侧处于拉伸状态;当拉应力超过材料的抗拉强度时,从圆盘外边界起裂,从外向内扩展,形成发散裂纹。当外边界温度保持不变，内边界温度不断增大时（Tr0〉TR0），起裂前，圆盘内侧处于受压状态，而圆盘外侧处于拉伸状态；当拉应力超过材料的抗拉强度时，从圆盘外边界起裂，从外向内扩展，形成从外向内扩展的径向裂纹。模拟结果和已有文献结果保持较好的一致性，验证了FDEM-TM方法模拟岩石热破裂的有效性。
文摘结合有限元离散元方法(finite-discrete element method,FDEM),对计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)软件FLOW-3D进行二次开发,建立了基于CFD-DEM的流固耦合模型,模拟了多块石入水、沉降以及触底的动力过程,分析了不同块石等效直径、形状和入水速度对触底速度和反力的影响。研究发现,块石入水后速度迅速减小,并逐渐趋于定值,随后做动态平衡沉降运动,直至与底面发生碰撞。块石抛填的触底速度随等效直径的增大而增大,不同等效直径下球形块石触底速度绝对值最大,其次是纺锤形块石,最小为圆盘形块石。最大触底反力也随等效直径的增大而增大,成非线性关系,通过拟合得到了触底反力的经验公式。显著性分析结果表明,块石等效直径对触底反力影响最大,其次是块石形状,最小为入水速度。
文摘本文分别基于有限单元法(Finite ElementMethod,FEM)和有限离散单元法(Finite Discrete Element Method,FDEM)对冰水池中的典型柱状模型冰开展了单轴压缩数值模拟,并对2种数值方法进行对比研究。FEM数值模拟时利用DruckerPrager塑性模型和延性损伤模型表征了模型冰的非弹性阶段力学行为和损伤。FDEM数值模拟时则利用Cohesive单元模拟模型冰的失效破碎行为。此外,在FDEM数值模型中考虑模型冰晶界和晶间强度差异,仅模拟晶界处的失效。研究发现,基于FDEM的模型冰裂纹扩展形态和物理试验更为相似。最后通过网格映射的方法,改善了数值模型网格的质量,提高了FDEM的计算效率。本文工作可为模型冰力学特性精细模拟研究提供有益参考。
