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基于CEL与SPH对比分析的深海采矿车履带转向特性研究
1
作者
蒋志豪
吕海宁
+3 位作者
杨建民
孙鹏飞
夏茂臻
毛竞航
《海洋工程》
北大核心
2025年第4期11-23,共13页
目前,大变形有限元方法被广泛应用于履带式深海采矿车直行过程中的履带-土体相互作用研究,而被应用于转向运动的相关研究并不充分。基于两种适用于大变形分析的数值方法——耦合欧拉-拉格朗日(CEL)方法与光滑粒子流体动力学(SPH)方法进...
目前,大变形有限元方法被广泛应用于履带式深海采矿车直行过程中的履带-土体相互作用研究,而被应用于转向运动的相关研究并不充分。基于两种适用于大变形分析的数值方法——耦合欧拉-拉格朗日(CEL)方法与光滑粒子流体动力学(SPH)方法进行对比分析,研究履带式深海采矿车在海底土转向运动中的动力学特性。首先基于海底土的物理力学特性建立弹塑性力学表征的土体数值模型,并进行了土力学直剪试验的数值模拟,验证了土体数值模型的准确性。接着采用CEL与SPH方法开展了不同履齿高度、履齿形状和履带长宽比对于履带板转向牵引性能的分析,并对比了两种大变形有限元方法的结果差异。进一步,通过开展不同转向速度、履带俯仰角度以及流体作用对转向牵引性能的影响研究,得到了转向运动中流场、履带以及海底稀软底质的“流-固-土”三相耦合力学响应特性,为研究深海采矿车转向时的土体牵引性能提供了参考,并为深海采矿车海底行进的高效安全设计积累经验。
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关键词
履带式深海采矿车
转向运动
CEL
数值
方法
sph数值方法
履带-土体相互作用
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职称材料
基于光滑粒子数值方法的坡面水动力过程模拟研究
被引量：
2
2
作者
莫诗玙
田丽蓉
顾声龙
《水利水电技术（中英文）》
北大核心
2024年第10期124-136,共13页
【目的】为模拟降雨后在不透水边界层上的坡面流水动力过程,【方法】建立了一种基于浅水方程(SWE)的降雨-径流模型(SWE-SPH-RR)。SWE-SPH-RR模型采用光滑粒子数值方法求解一维浅水方程,该数值方法通过改变流体粒子质量来模拟降雨输入,...
【目的】为模拟降雨后在不透水边界层上的坡面流水动力过程,【方法】建立了一种基于浅水方程(SWE)的降雨-径流模型(SWE-SPH-RR)。SWE-SPH-RR模型采用光滑粒子数值方法求解一维浅水方程,该数值方法通过改变流体粒子质量来模拟降雨输入,采用粒子重构技术实现了无需新的入流粒子来模拟坡面径流过程。利用该模型分别模拟了四个不透水边界层上的降雨-径流案例,分析了不同降雨强度和地形坡度等变量对坡面径流水动力学特性的影响。【结果】结果表明:无论是恒定降雨或非恒定降雨时,模型都能够较好地捕捉坡面上的急流、缓流现象,模拟值与试验值在出口流量或水深等方面具有较好的一致性,平均相对误差均在5%以内。在三种不同坡度组合的地形上施加降雨时,陡坡上产生的径流动量较大,与缓坡上的径流相遇时会在流量图中出现凸起现象,这与试验得到的结果趋势基本一致,说明该模型对于复杂地形和混合流态同样适用,能够准确建模并表现出良好的性能。对于出口流量结果中出现了少数的数值振荡问题,可能需要调整人工粘性项的参数,或是使用其他出流边界,以抑制振荡波的发生。【结论】该模型框架简单,计算结果合理准确,能够较好地模拟不同地形和降雨模式下的坡面流过程,具有一定的可行性和可靠性。
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关键词
降雨
数值
模拟
坡面水动力过程
光滑粒子
数值
方法
(
sph
)
浅水方程(SWE)
变质量粒子
粒子重构技术
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职称材料
题名
基于CEL与SPH对比分析的深海采矿车履带转向特性研究
1
作者
蒋志豪
吕海宁
杨建民
孙鹏飞
夏茂臻
毛竞航
机构
上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院
上海交通大学海南研究院
上海交通大学海洋装备研究院
出处
《海洋工程》
北大核心
2025年第4期11-23,共13页
基金
海南省科技计划三亚崖州湾科技城联合项目(520LH015)
上海市战略性新兴产业重大项目“深海矿产资源开发关键技术研究与装备研制”(BH3230001)。
文摘
目前,大变形有限元方法被广泛应用于履带式深海采矿车直行过程中的履带-土体相互作用研究,而被应用于转向运动的相关研究并不充分。基于两种适用于大变形分析的数值方法——耦合欧拉-拉格朗日(CEL)方法与光滑粒子流体动力学(SPH)方法进行对比分析,研究履带式深海采矿车在海底土转向运动中的动力学特性。首先基于海底土的物理力学特性建立弹塑性力学表征的土体数值模型,并进行了土力学直剪试验的数值模拟,验证了土体数值模型的准确性。接着采用CEL与SPH方法开展了不同履齿高度、履齿形状和履带长宽比对于履带板转向牵引性能的分析,并对比了两种大变形有限元方法的结果差异。进一步,通过开展不同转向速度、履带俯仰角度以及流体作用对转向牵引性能的影响研究,得到了转向运动中流场、履带以及海底稀软底质的“流-固-土”三相耦合力学响应特性,为研究深海采矿车转向时的土体牵引性能提供了参考,并为深海采矿车海底行进的高效安全设计积累经验。
关键词
履带式深海采矿车
转向运动
CEL
数值
方法
sph数值方法
履带-土体相互作用
Keywords
deep-sea mining vehicle
steering motion
CEL numerical method
sph
numerical method
track-soil interaction
分类号
P751 [交通运输工程—港口、海岸及近海工程]
TD431 [矿业工程—矿山机电]
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职称材料
题名
基于光滑粒子数值方法的坡面水动力过程模拟研究
被引量：
2
2
作者
莫诗玙
田丽蓉
顾声龙
机构
青海大学土木水利学院
黄河上游生态保护与高质量发展实验室
水利部江河源区水生态治理与保护重点实验室
出处
《水利水电技术（中英文）》
北大核心
2024年第10期124-136,共13页
基金
国家自然科学基金项目(52369016)
国家重点研发计划(2023YFC3206303)
+1 种基金
水圈科学与水利工程全国重点实验室开放基金资助项目(sklhse-2023-B-04)
青海大学青年科研基金项目(2022-QGY-09)。
文摘
【目的】为模拟降雨后在不透水边界层上的坡面流水动力过程,【方法】建立了一种基于浅水方程(SWE)的降雨-径流模型(SWE-SPH-RR)。SWE-SPH-RR模型采用光滑粒子数值方法求解一维浅水方程,该数值方法通过改变流体粒子质量来模拟降雨输入,采用粒子重构技术实现了无需新的入流粒子来模拟坡面径流过程。利用该模型分别模拟了四个不透水边界层上的降雨-径流案例,分析了不同降雨强度和地形坡度等变量对坡面径流水动力学特性的影响。【结果】结果表明:无论是恒定降雨或非恒定降雨时,模型都能够较好地捕捉坡面上的急流、缓流现象,模拟值与试验值在出口流量或水深等方面具有较好的一致性,平均相对误差均在5%以内。在三种不同坡度组合的地形上施加降雨时,陡坡上产生的径流动量较大,与缓坡上的径流相遇时会在流量图中出现凸起现象,这与试验得到的结果趋势基本一致,说明该模型对于复杂地形和混合流态同样适用,能够准确建模并表现出良好的性能。对于出口流量结果中出现了少数的数值振荡问题,可能需要调整人工粘性项的参数,或是使用其他出流边界,以抑制振荡波的发生。【结论】该模型框架简单,计算结果合理准确,能够较好地模拟不同地形和降雨模式下的坡面流过程,具有一定的可行性和可靠性。
关键词
降雨
数值
模拟
坡面水动力过程
光滑粒子
数值
方法
(
sph
)
浅水方程(SWE)
变质量粒子
粒子重构技术
Keywords
rainfall
numerical simulation
overland flow
Smoothed Particle Hydrodynamics(
sph
)
Shallow Water Equations(SWE)
variable mass particles
particle reconstruction technique
分类号
TV135.2 [水利工程—水力学及河流动力学]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
基于CEL与SPH对比分析的深海采矿车履带转向特性研究
蒋志豪
吕海宁
杨建民
孙鹏飞
夏茂臻
毛竞航
《海洋工程》
北大核心
2025
0
在线阅读
下载PDF
职称材料
2
基于光滑粒子数值方法的坡面水动力过程模拟研究
莫诗玙
田丽蓉
顾声龙
《水利水电技术（中英文）》
北大核心
2024
2
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职称材料
已选择
0
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