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深层页岩气井压裂窜扰—生产一体化数值模拟
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作者 王强 王玉丰 +5 位作者 赵金洲 宋毅 沈骋 胡永全 李小伟 杨郁 《天然气工业》 北大核心 2025年第8期53-66,共14页
中国深层页岩气资源量丰富,但其储层中裂缝带、断层等结构弱面发育,井工厂水平井压裂作业模式下井间窜扰频发,严重影响了深层页岩气井产能的发挥。为此,针对当前深层页岩气井井间裂缝交汇及其对气井产能影响规律认识不清的问题,基于有... 中国深层页岩气资源量丰富,但其储层中裂缝带、断层等结构弱面发育,井工厂水平井压裂作业模式下井间窜扰频发,严重影响了深层页岩气井产能的发挥。为此,针对当前深层页岩气井井间裂缝交汇及其对气井产能影响规律认识不清的问题,基于有限离散元方法和嵌入式离散裂缝模型构建了复杂裂缝扩展—渗流一体化模型,采用微地震数据及商业软件验证了模型的可靠性和准确性,并研究了裂缝窜扰对页岩气水平井产能的影响机制,基于对4类典型储层的分析,定量优化了不同类型压裂段施工规模。研究结果表明:①天然裂缝和小断层越发育,响应井压裂裂缝长度、停泵后裂缝二次扩展长度越长,引发井间裂缝窜扰发生时间越早,压力涨幅越高,激动井压裂后储层改造效率越低;②压窜后继续增加压裂规模对提高激动井页岩气产量效果有限,对于低风险窜扰段,激动井累计产气量随压裂规模呈近线性增加,对于中、高风险窜扰段,激动井累计产气量在压窜前呈近线性增加,在压窜后呈缓慢增加或不增加趋势;③随着窜扰风险增加,激动井第一次压裂最优规模逐渐降低,后续可采用一次或多次暂堵压裂措施以提高页岩储层改造效率。结论认为,该认识厘清了井间窜扰程度对气井产能的影响,提出了针对不同窜扰风险储层的最优施工方案及暂堵等应对措施,为深层页岩气开发工艺优化提供了理论指导和实践依据。 展开更多
关键词 深层页岩气 有限离散元 嵌入式离散裂缝模型 压裂窜扰 产能模型 拉链式压裂
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时频电磁法三维自适应有限元正演及含油储层灵敏度分析研究
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作者 李宗杰 蔡盼盼 +3 位作者 李清坤 秦策 高文龙 王绪本 《石油地球物理勘探》 北大核心 2025年第3期806-816,共11页
时频电磁法在油气勘探领域应用非常广泛。三维正演模拟能够获得地下三维电性结构的电磁响应,是电磁数据定性解释和电磁勘探观测系统设计的重要工具,也是三维反演的基础。利用时频电磁三维自适应有限元正演模拟算法,求解电场需满足的二... 时频电磁法在油气勘探领域应用非常广泛。三维正演模拟能够获得地下三维电性结构的电磁响应,是电磁数据定性解释和电磁勘探观测系统设计的重要工具,也是三维反演的基础。利用时频电磁三维自适应有限元正演模拟算法,求解电场需满足的二阶偏微分方程,并基于电磁场连续性条件估计后验误差,据此指导网格自适应加密,实现电磁响应的高效、精确模拟。相比传统正演方法,该方法能够在保证计算精度的前提下,有效减少计算量。通过数值算例验证算法的计算精度和效率,然后对油气模型进行模拟,分析时频电磁响应对储层的灵敏度。该研究为利用时频电磁法进行油气勘探提供了重要的参考。 展开更多
关键词 时频电磁法 三维正演 自适应有限元 油气勘探 电磁响应
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轨道交通涡流制动器三维电磁模型与性能分析
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作者 吕刚 韩天宇 《北京交通大学学报》 北大核心 2025年第4期52-62,共11页
针对计算轨道交通涡流制动器(EddyCurrentBrake,ECB)制动力的问题,提出一种三维电磁模型,并对其制动性能受不同参数的影响进行分析.首先,采用等效磁路法和麦克斯韦方程组推导出静态气隙磁密的表达式.分析横向边缘效应对制动力的影响,推... 针对计算轨道交通涡流制动器(EddyCurrentBrake,ECB)制动力的问题,提出一种三维电磁模型,并对其制动性能受不同参数的影响进行分析.首先,采用等效磁路法和麦克斯韦方程组推导出静态气隙磁密的表达式.分析横向边缘效应对制动力的影响,推导出导体板电导率修正系数的表达式.建立等效涡流密度模型,推导出气隙磁密和涡流密度的表达式.然后,分析纵向边端效应对制动力的影响,推导出附加气隙磁密的表达式,并结合涡流密度与气隙磁密之间的关系推导出制动力的表达式.最后,根据上海TR-08型高速磁浮列车ECB的设计参数搭建三维有限元模型来验证三维电磁模型的准确性,应用三维电磁模型分析不同参数对制动性能的影响.研究结果表明:三维电磁模型与三维有限元模型计算结果的最大误差为5.18%,平均误差为2.35%,验证了三维电磁模型的准确性;制动力随速度增加而先增大后减小,其变化曲线具备线性、临界、衰减和平缓4种特征,附加制动力随速度增加而增大;适当加宽导体板能有效削弱横向边缘效应的影响;制动力随励磁绕组安匝和初级铁芯宽度增加而增大,随导体板的电导率和磁导率及初级极距的增加而先增大后减小;制动力随气隙厚度增加而减小,峰值制动力对应的速度将增大;导体板厚度减小,制动力增长变缓慢;无论是增加气隙厚度,还是减小导体板厚度,均能使制动性能更平稳. 展开更多
关键词 涡流制动器 三维电磁模型 有限元法 制动性能
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新型高速定子爪极式永磁电机的三维等效磁网络模型 被引量:1
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作者 褚帅君 梁得亮 +1 位作者 贾少锋 梁阳 《电机与控制学报》 北大核心 2025年第3期1-11,共11页
为了解决高速电机绕组端部长度冗长、绕组利用率不高的问题,提出一种新型高速定子爪极式永磁电机。该电机的定子拓扑结构由全局环形集中绕组和爪极单元模块构成;此外,通过利用粉末冶金技术制作的定子铁心可以显著降低加工难度和成本。... 为了解决高速电机绕组端部长度冗长、绕组利用率不高的问题,提出一种新型高速定子爪极式永磁电机。该电机的定子拓扑结构由全局环形集中绕组和爪极单元模块构成;此外,通过利用粉末冶金技术制作的定子铁心可以显著降低加工难度和成本。针对电机结构的独特性和三维磁场分布的复杂性,首先分析电机的结构特点及其工作原理;其次,通过分析电机定子和转子在不同位置时的磁场分布,依次构建定子和转子的等效磁路模型、气隙磁导等效模型以及完整的三维等效磁网络模型;最后,分别利用该模型和三维有限元方法对电机的气隙磁通密度分布、磁链、电动势和转矩等电磁性能进行对比分析。为了验证计算结果的准确性,设计并制造试验样机,搭建测试平台对电机进行相关试验验证。 展开更多
关键词 高速永磁电机 定子爪极 环形集中绕组 三维等效磁网络模型 有限元模型 电磁性能
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基于Creatar XModeling的地应力场模拟自动化系统研究 被引量:5
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作者 刘振 吴耕宇 +3 位作者 杨博 潘懋 刘培刚 贾志宾 《科学技术与工程》 北大核心 2017年第15期19-25,共7页
有限元地应力场数值模拟在石油勘探开发、工程开挖领域应用广泛,有限元应力分析软件ANSYS凭借其强大的通用处理能力受到青睐;但是在地应力分析过程中该软件建模能力较弱,不能构建复杂的三维地质模型;其建模过程烦琐,且无法直接处理钻孔... 有限元地应力场数值模拟在石油勘探开发、工程开挖领域应用广泛,有限元应力分析软件ANSYS凭借其强大的通用处理能力受到青睐;但是在地应力分析过程中该软件建模能力较弱,不能构建复杂的三维地质模型;其建模过程烦琐,且无法直接处理钻孔、测井与地震等地学数据,同时考虑整个地应力求解过程人工参与较多,自动化水平较低。针对以上问题,地应力场模拟自动化系统将地质建模与地应力求解置于同一个平台环境下,利用三维地质建模技术构建地下岩体模型,展现地层之间的相互接触关系,并进行有限元求解得到三维地应力场分布。该系统能够提高建模效率、降低建模误差、简化材料参数设置,从而提高了地应力场建模自动化水平。 展开更多
关键词 有限元 地应力 三维地质建模 岩石力学参数 建模效率 系统一体化
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颗粒破碎的离散元及有限离散元模拟方法比较 被引量:1
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作者 杨开源 陈锡忠 《化工学报》 北大核心 2025年第9期4398-4411,F0001,共15页
颗粒物料团聚体在化工过程中普遍存在,其在运输时常因内部相互作用或与反应器碰撞引发变形及破碎现象。这些破坏过程时间极短,传统实验手段难以有效观测。离散元方法(DEM)和有限元方法(FEM)是两种常见的数值模拟方法。结合这两种方法的... 颗粒物料团聚体在化工过程中普遍存在,其在运输时常因内部相互作用或与反应器碰撞引发变形及破碎现象。这些破坏过程时间极短,传统实验手段难以有效观测。离散元方法(DEM)和有限元方法(FEM)是两种常见的数值模拟方法。结合这两种方法的优势,有限离散元方法(FDEM)应运而生。使用改进的弹塑性铁摩辛柯梁胶结DEM模型(上交胶结模型,SJBM)与弹塑性FDEM模型,分别对颗粒碰撞和单轴压缩进行模拟。结果表明,SJBM能更精细刻画颗粒体系的应力集中与演化,在变形过程中展现出更细节的微观力学特征;FDEM在保证模拟精度的前提下,自动转换材料行为,具有相对较低的计算资源消耗。两种方法的比较,为更复杂化工过程优化和颗粒过程预测提供了模拟工具的选择依据。 展开更多
关键词 颗粒物料 离散元方法 有限离散元方法 上交胶结模型 颗粒过程 数值模拟
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加盖状态对铁包内铁水温降行为的影响
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作者 邓凇任 金雅璇 +3 位作者 韩伟刚 沙远洋 庄辉 丁旭 《冶金能源》 北大核心 2025年第5期27-33,共7页
针对包盖的工作状态对铁包内铁水温降的影响尚不明确的问题,文章采用COMSOL Multiphysics 6.0软件,对首钢京唐300 t铁水包运行过程中包盖密封性和耐材完整性对铁水温降的影响进行了二维有限元数值模拟。结果表明:包体与包盖间隙为20、12... 针对包盖的工作状态对铁包内铁水温降的影响尚不明确的问题,文章采用COMSOL Multiphysics 6.0软件,对首钢京唐300 t铁水包运行过程中包盖密封性和耐材完整性对铁水温降的影响进行了二维有限元数值模拟。结果表明:包体与包盖间隙为20、120、220 mm时,对应的最终铁水平均温度分别为1 379.18、1 377.20和1 375.74℃;包盖耐材无破损及径向破损宽度分别为1/8、2/8、3/8时,最终铁水平均温度分别为1 379.18、1 374.14 、1 372.86和1 371.86℃。建议钢铁企业加强在线铁水包运行管理,定期清理包口粘渣,及时修复包盖耐材破损,提高铁水包包盖完整性和密封性,达到降低铁钢界面铁水温降的目的。 展开更多
关键词 铁水包 包盖 铁水温降 二维有限元模型 数值模拟
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大尺寸直拉硅单晶生长的多物理场建模与优化
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作者 林海鑫 高德东 +3 位作者 王珊 张振忠 安燕 张文永 《人工晶体学报》 北大核心 2025年第1期17-33,共17页
随着光伏和半导体行业的快速发展,制备更大直径(12英寸及以上,1英寸=2.54 cm)的硅单晶成为趋势,直拉法作为硅单晶最主要的制备方法备受重视。然而在制备大直径和高质量的直拉硅单晶的过程中,随着晶体直径和坩埚尺寸的增加,熔体体积显著... 随着光伏和半导体行业的快速发展,制备更大直径(12英寸及以上,1英寸=2.54 cm)的硅单晶成为趋势,直拉法作为硅单晶最主要的制备方法备受重视。然而在制备大直径和高质量的直拉硅单晶的过程中,随着晶体直径和坩埚尺寸的增加,熔体体积显著增加,热场、流场及应力场的复杂性显著提升,涡流、热浮力和科里奥利力的相互作用会造成熔体流动的强烈湍流和速度、温度波动,出现诸如固液界面温度分布不均,熔体内热对流复杂等问题,从而影响硅单晶中的缺陷分布。因此,如何实现对工艺参数的控制,以获得理想的大直径硅晶体具有重要的研究意义。本文针对实际生产的滞后性和成本问题,建立了可以实时预测、动态控制和优化工艺参数的40英寸热场制备18英寸硅单晶棒的二维轴对称全局数值模拟模型,考虑了坩埚深度及热传导路径的延长,在主加热器的基础上,增加底部加热器,采用有限元法逐一分析晶体转速、坩埚转速、气体压强的变化对单晶硅热场和硅晶体生长的影响,包括固液界面形状、温度梯度、V/G值、氧浓度及缺陷分布等。通过多次仿真实验,获得了一组较为合适的工艺参数组合:晶体转速15 r/min、坩埚转速5 r/min、炉内气压1200 Pa,可使固液界面温度梯度较小,且温度分布更加均匀,有效避免了过度湍流化。进一步采用制备18英寸硅单晶棒的验证实验及性能检测发现,采用仿真所得最优工艺参数组合生产的硅单晶棒能将成晶率提升至87.44%。这组针对18英寸硅单晶棒的最佳工艺参数组合(包括晶体转速、坩埚转速及炉内气压等)经过精细优化,主要基于大尺寸(12英寸及以上)直拉硅单晶生长过程中热场和流场的复杂性,对大尺寸硅单晶具有较好的适应性,但在更小尺寸(如4、6或8英寸)的硅单晶生长中,由于热传递和气流扰动的不同,最佳工艺参数组合可以作为参考,但还需要进行具体条件下的验证和调整。本研究建立的数字化模型能够准确预测并优化大尺寸直拉硅单晶的生长过程,提质降本,具有实际应用前景。 展开更多
关键词 硅单晶 直拉法 二维轴对称 有限元法 工艺参数 数值模拟 数字化模型
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某抽水蓄能电站下水库混凝土重力坝渗流计算及防渗优化分析 被引量:1
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作者 冯先伟 高东红 +1 位作者 田金波 李皓璇 《水电能源科学》 北大核心 2025年第1期108-111,78,共5页
大坝防渗措施不当会增加坝基渗漏量,增大坝体扬压力,对坝体稳定造成不利影响,同时防渗工程投资占比较大,需合理布置工程防渗方案。依托某抽水蓄能电站下水库混凝土重力坝坝址区工程的实际情况,建立了三维有限元模型,分析了防渗设计方案... 大坝防渗措施不当会增加坝基渗漏量,增大坝体扬压力,对坝体稳定造成不利影响,同时防渗工程投资占比较大,需合理布置工程防渗方案。依托某抽水蓄能电站下水库混凝土重力坝坝址区工程的实际情况,建立了三维有限元模型,分析了防渗设计方案下坝址区渗流场分布性态及各部位渗透坡降和渗透流量等要素,研究了延伸坝肩帷幕长度、加深帷幕底线和帷幕双排布置中的单因素和多因素作用对坝址区渗透流量的影响,并依据分析结果对设计防渗方案进行优化。结果表明,设计防渗方案渗控效果明显,坝址区防渗帷幕渗透坡降和坝基各部位渗透流量均小于允许值;综合工程经济性和防渗控制效果,采用拦河坝和拦沙坝帷幕底线整体加深1/3方案对防渗系统的优化措施最优。 展开更多
关键词 混凝土重力坝 三维有限元模型 防渗帷幕 渗透流量 优化分析
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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
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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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高速刀柄—刀具系统动力学建模及其仿真方法研究
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作者 杨劲威 沈春根 +1 位作者 戴欣雨 潘云龙 《工具技术》 北大核心 2025年第8期99-104,共6页
提出一种结合二维耦合三维循环对称模型的新型仿真方法来分析高速机床主轴—轴承—刀具系统的动力学特性。该方法基于有限元法,集成二维傅里叶多谐波与三维循环对称建模技术,实现对机夹立铣刀系统动态响应的精确预测。研究表明,该方法... 提出一种结合二维耦合三维循环对称模型的新型仿真方法来分析高速机床主轴—轴承—刀具系统的动力学特性。该方法基于有限元法,集成二维傅里叶多谐波与三维循环对称建模技术,实现对机夹立铣刀系统动态响应的精确预测。研究表明,该方法不仅显著提高系统动力学特性的计算效率,还为系统设计与故障诊断提供有效的理论支持。通过对刀柄与刀杆接触面的详细分析,验证该方法的实用性与可靠性。模拟分析表明,该方法在处理复杂模型时能够显著提升计算效率和结果的可靠性。 展开更多
关键词 主轴—轴承—刀具系统 有限元法 转子动力学 三维循环对称建模 动态特性
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波流耦合作用下深水桥墩群桩基础动力响应研究
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作者 金仁贵 吴文兵 陈力博 《安全与环境工程》 北大核心 2025年第3期136-142,共7页
为探明深水桥墩群桩基础在波流耦合作用下的动力响应特征,选用会战谱模拟波浪的非线性作用,运用MATLAB软件编程求解波流力时程曲线,基于ANSYS数值分析软件建立泰和赣江特大桥3#桥墩结构的三维有限元模型,模拟深水桥墩群桩基础在波流耦... 为探明深水桥墩群桩基础在波流耦合作用下的动力响应特征,选用会战谱模拟波浪的非线性作用,运用MATLAB软件编程求解波流力时程曲线,基于ANSYS数值分析软件建立泰和赣江特大桥3#桥墩结构的三维有限元模型,模拟深水桥墩群桩基础在波流耦合作用下的响应规律,并开展瞬态动力分析。结果表明:桥墩基础墩顶处位移表现出累积趋势,墩身、墩底和桩顶处的位移、应力、应变呈现非线性波动特征;横桥向变形量在墩顶处最大,向下逐渐减小,最小值在桩顶处;墩身的应力、应变的最大值分别位于静水面处和墩底与承台相交处,最小值位于墩顶、桩顶处。该研究结果可为深水桥墩基础的设计与运营维护提供理论指导。 展开更多
关键词 深水桥墩 群桩基础 动力响应 波流耦合作用 数值计算 三维有限元模型
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基于纳米压痕和量纲分析的单晶锗本构模型反演
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作者 陈铮 李珊 +2 位作者 汤克彬 陆豆豆 王良涛 《宇航材料工艺》 北大核心 2025年第5期43-51,共9页
通过纳米压痕技术结合有限元仿真与量纲分析方法,反演分析单晶锗的幂律型本构模型参数。对单晶锗(111)晶面进行纳米压痕测试,获取载荷-位移数据;基于有限元仿真建立与实验对应的无量纲函数关系,并通过拟合确定幂律本构模型的具体参数。... 通过纳米压痕技术结合有限元仿真与量纲分析方法,反演分析单晶锗的幂律型本构模型参数。对单晶锗(111)晶面进行纳米压痕测试,获取载荷-位移数据;基于有限元仿真建立与实验对应的无量纲函数关系,并通过拟合确定幂律本构模型的具体参数。实验所得载荷-位移曲线与有限元仿真结果呈现出较高一致性,验证了反演过程的可靠性。结果表明,通过该方法反演获得的幂律本构模型能够较好地描述单晶锗在纳米压痕过程中的弹塑性力学行为,为该类材料在微纳尺度下的力学建模提供了可靠依据。 展开更多
关键词 纳米压痕 有限元仿真 幂律本构模型 量纲分析 单晶锗
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考虑防渗墙塑性损伤的深厚覆盖层上沥青混凝土心墙坝应力渗流分析
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作者 林恒星 邹浩 +2 位作者 冯先伟 孙继文 李文亮 《水电能源科学》 北大核心 2025年第2期142-146,87,共6页
深厚覆盖层上建坝常采用混凝土防渗墙作为防渗结构,常规有限元分析对混凝土防渗墙通常采用线弹性本构,导致防渗墙易出现应力超限现象,而实际上,应力超限后混凝土防渗墙会发生塑性损伤,应力会释放并重新分布,因此线弹性模型计算的防渗墙... 深厚覆盖层上建坝常采用混凝土防渗墙作为防渗结构,常规有限元分析对混凝土防渗墙通常采用线弹性本构,导致防渗墙易出现应力超限现象,而实际上,应力超限后混凝土防渗墙会发生塑性损伤,应力会释放并重新分布,因此线弹性模型计算的防渗墙应力不符合实际情况。依托某深厚覆盖层上沥青混凝土心墙坝建立三维有限元模型,对混凝土防渗墙分别采用混凝土塑性损伤和线弹性本构,研究对比防渗墙损伤对沥青混凝土心墙坝应力和渗流的影响。结果表明,采用塑性损伤本构后,防渗墙应力出现重分布,拉压应力有所下降,最大拉应力减小了7.00 MPa,最大压应力减小了3.32 MPa;大坝整体的总水头、压力水头和渗漏量变化不大,防渗墙损伤区域的渗透坡降减小,防渗墙的渗漏量因损伤增大了246.21%,大坝整体的渗漏量仅增大了12.33%。 展开更多
关键词 沥青混凝土心墙坝 三维有限元模型 防渗墙 应力 渗流
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圆形利兹线绕组高频损耗三维快速计算模型 被引量:5
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作者 赵志刚 刘朝阳 +2 位作者 贾慧杰 陈天缘 郑宇萱 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第19期7901-7910,I0035,共11页
绕组损耗作为高频变压器总体损耗的重要组成,是影响磁性元件体积、效率和温升的关键参数。利兹线复杂的三维绞合结构,可以有效降低高频集肤效应与邻近效应引起的附加绕组损耗,广泛应用于高频变压器。然而,利兹线绕组内部的涡流分布极为... 绕组损耗作为高频变压器总体损耗的重要组成,是影响磁性元件体积、效率和温升的关键参数。利兹线复杂的三维绞合结构,可以有效降低高频集肤效应与邻近效应引起的附加绕组损耗,广泛应用于高频变压器。然而,利兹线绕组内部的涡流分布极为复杂,现有解析计算方法需要对模型进行较多简化和近似处理,难以精确表征利兹线绕组高频涡流效应。数值计算方法需要对利兹线进行精细化建模,造成计算资源的严重耗费。因此,如何准确、快速计算利兹线绕组损耗对高频磁性元件的优化设计具有重要意义。该文通过分析利兹线绕组损耗机理,并基于解析法与有限元数值法,建立一种同时考虑绕组端部效应及圆形利兹线绞合结构的绕组损耗三维快速计算模型。最后,针对两种不同利兹线绕组的变压器模型,从计算精度和计算成本的角度分别进行详细的实验研究与对比分析。结果表明,所提模型实现了宽频范围内圆形利兹线绕组损耗的精确、高效计算。 展开更多
关键词 利兹线 Tourkhani模型 邻近效应 集肤效应 二维有限元模型
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土壤—耕作工具相互作用建模分析研究现状 被引量:3
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作者 宋禹莹 郑炫 +3 位作者 刘进宝 杨怀君 李帆 胡赫岩 《中国农机化学报》 北大核心 2024年第4期250-257,共8页
准确模拟土壤—耕作工具之间的相互作用可以实现部分替代田间试验环节,不仅能提高效率降低成本,还能优化耕作工具。从经典力学的分析和数值模型分析(有限元分析、离散元分析、流体动力学分析和耦合算法分析)两个方面对土壤—耕作工具相... 准确模拟土壤—耕作工具之间的相互作用可以实现部分替代田间试验环节,不仅能提高效率降低成本,还能优化耕作工具。从经典力学的分析和数值模型分析(有限元分析、离散元分析、流体动力学分析和耦合算法分析)两个方面对土壤—耕作工具相互作用建模分析的研究现状进行综述。提出目前土壤—耕作工具相互作用的建模中对土壤的模拟不够贴近实际、单一建模方法对土壤的模拟有局限性和多软件耦合算法中通过优化边界穿越等问题。通过对多耦合软件中不同模型边界进行优化,提高模拟土壤与耕作工具相互作用的准确性,使模拟结果更贴近实际。 展开更多
关键词 土壤耕作 数值建模 有限元 离散元 流体动力学
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建立基于浸入边界有限元法的三维静脉瓣流固耦合数值模型 被引量:4
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作者 汪波 韩阳 齐楠 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期40-45,共6页
目的 探究静脉内血液与瓣膜之间的流固耦合动态过程和保证血液单向回流的生理机制。方法 基于浸入边界有限元法,结合人体下肢静脉医学图像及牛大隐静脉的解剖结构和尺寸,采用超弹性本构模型描述静脉瓣膜在生理条件下不可压缩、非线性和... 目的 探究静脉内血液与瓣膜之间的流固耦合动态过程和保证血液单向回流的生理机制。方法 基于浸入边界有限元法,结合人体下肢静脉医学图像及牛大隐静脉的解剖结构和尺寸,采用超弹性本构模型描述静脉瓣膜在生理条件下不可压缩、非线性和超弹性力学响应,构建静脉血管和静脉瓣膜的三维数值模型。结果 研究结果可视化地展示静脉动态运输血液的过程以及静脉瓣膜防止反流的功能机制,再现静脉内瓣膜运动和血液流动的周期性特点,讨论和量化了整个心动周期内的重要生理数据,包括静脉内血液的压力、流速和流量以及静脉瓣膜的开口面积、静脉瓣膜表面的应力和应变分布等。结论 三维流固耦合模型可数值再现静脉内生理动态过程,为进一步揭示静脉疾病相关机制提供重要的参考和指导意义。 展开更多
关键词 流固耦合 静脉瓣膜 浸入边界法 有限元分析 三维模型
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脊柱胸腰段应力分布与骨折相关性的三维有限元分析 被引量:4
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作者 袁飞 任杰 +2 位作者 唐悦峰 申小刚 郭涛 《中国脊柱脊髓杂志》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期408-417,共10页
目的:观察脊柱胸腰段骨折与椎体骨性结构及韧带间应力分布的相关性,探索脊柱胸腰段椎体骨折的力学机制。方法:招募8名健康男性青年志愿者,行脊柱全长X线片和CT检查排除脊柱畸形、肿瘤及骨病,对脊柱各椎体及股骨行骨密度测定排除骨质疏... 目的:观察脊柱胸腰段骨折与椎体骨性结构及韧带间应力分布的相关性,探索脊柱胸腰段椎体骨折的力学机制。方法:招募8名健康男性青年志愿者,行脊柱全长X线片和CT检查排除脊柱畸形、肿瘤及骨病,对脊柱各椎体及股骨行骨密度测定排除骨质疏松。均行自T11椎体上终板至L2椎体下缘CT薄层扫描,将8名志愿者CT图像参数导入ABAQUS 2016软件中进行标准化,并进行有限元网格化构建。应用MIMICS 17.0、GEOMAGICS 15.0和PRO/ENGINEER 5.0软件处理,建立脊柱胸腰段有限元模型,测量模型相关参数,并验证模型有效性。在T11椎体上终板上加载竖直轴向载荷500N、附加扭矩10N·m模拟垂直压缩、前屈、后伸、左右侧屈、左右旋转7种运动状态,使用ABAQUS软件对有限元模型7种运动状态下的应力分布特点及变化规律进行分析,观察应力分布与脊柱胸腰段骨折的相关性。结果:建立的三维有限元模型共有309583个节点和428760个单元,包括4个椎体、3个椎间盘、前纵韧带、后纵韧带、横突间韧带、棘间韧带等结构。7种运动状态下的数据与文献报道的数据无明显偏差,模型有效。T11~L2椎体椎弓根截面积分别为135mm^(2)、154mm^(2)、105mm^(2)、139.2mm^(2)。应力云图结果显示各运动状态下高应力区存在于椎体的松质骨、椎弓根及其周围骨皮质。在垂直压缩状况下,T12椎体所受应力最大(617.4MPa),前屈状态下T11所受应力最大(200.7MPa),后伸、左右侧屈和左右旋转状态下L1椎体所受应力最大(314.2MPa、574.4MPa、626.2MPa、641.3MPa、527.1MPa),且前屈体位时椎体所能承受的应力最小,左旋转时所能承受的应力最大。垂直压缩状况下T12椎体发生骨折,前屈状态下T11发生骨折伴韧带损伤,后伸、左右侧屈和左右旋转状态下L1椎体发生骨折伴韧带损伤。骨折发生时,前纵韧带在后伸、左右侧屈状态下存在高应力区,后纵韧带在前屈状态下存在高应力区,横突间韧带和棘间韧带在前屈、左右侧屈、左右旋转状态下存在高应力区。结论:在构建包括重要韧带、椎间盘等软组织结构的脊柱胸腰段三维模型中,椎体松质骨、椎弓根及其周围骨皮质、韧带均存在高应力区,不同状态下所受应力最大椎体不同,发生骨折的椎体和韧带损伤也不同;L1椎弓根截面积最小,最易发生骨折。 展开更多
关键词 椎体骨折 胸腰段脊柱 三维有限元模型 应力分析
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水平振动式滚磨光整加工残余应力离散元有限元耦合仿真与实验研究 被引量:2
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作者 田涛 李文辉 +2 位作者 温学杰 李秀红 杨胜强 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期1667-1676,共10页
为探究水平振动式滚磨光整加工对零件表面残余应力的影响,提出一种适用于动态零件的离散元有限元(DEM-FEM)耦合仿真方法。分析了振动周期内颗粒运动状态以及颗粒间平均接触力的变化,构建了颗粒与零件间的随机接触模型,开展了不同振动参... 为探究水平振动式滚磨光整加工对零件表面残余应力的影响,提出一种适用于动态零件的离散元有限元(DEM-FEM)耦合仿真方法。分析了振动周期内颗粒运动状态以及颗粒间平均接触力的变化,构建了颗粒与零件间的随机接触模型,开展了不同振动参数下的残余应力仿真,并进行了实验验证。研究结果表明:随着振动强度的增大,容器内颗粒运动更加剧烈,颗粒与零件间有效法向接触力发生概率及均值增大,导致零件表面残余压应力呈增大趋势。残余应力仿真值与实验值对振动参数的响应趋势一致,误差在3.6%~11.3%之间。 展开更多
关键词 离散元有限元 水平振动式滚磨光整加工 残余应力 颗粒运动 随机接触模型
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“6.1”芦山地震作用下宝兴新华村滑坡动力响应与失稳过程离散元模拟 被引量:2
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作者 周赞 罗永红 +2 位作者 南凯 李均益 马潇 《地质科技通报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期226-237,共12页
斜坡浅表层是各类地震地质灾害发育的潜在破坏位置,坡面形态和坡体结构往往造成斜坡动力响应及破坏的复杂化。为探究不稳定斜坡浅表潜在滑动层动力响应特征与失稳过程,以芦山M_(s)6.1级地震触发的新华村滑坡为例,基于现场调查采用离散... 斜坡浅表层是各类地震地质灾害发育的潜在破坏位置,坡面形态和坡体结构往往造成斜坡动力响应及破坏的复杂化。为探究不稳定斜坡浅表潜在滑动层动力响应特征与失稳过程,以芦山M_(s)6.1级地震触发的新华村滑坡为例,基于现场调查采用离散元方法建立了二维计算模型,分析了该斜坡潜在滑动层及坡面形态的动力响应特征并对其失稳过程进行了模拟。结果表明:(1)斜坡浅表潜在滑动层具有强烈动力放大效应;(2)微地貌对于潜在不稳定斜坡坡面的放大效应具有明显的影响,浅表潜在滑动层水平向及竖直向加速度在凸出部位的放大效应显著,凹陷部位相较于凸出部位放大效应较低;(3)研究揭示新华村滑坡在微地貌的作用下凸起地形呈现先于凹陷地形遭受破坏,其失稳过程分为震动放大局部震裂-凸出地形破坏-凹陷地形破坏-完全破坏整体下滑-重力堆积5个阶段。该研究结果有助于提升防灾人员对地震诱发潜在不稳定斜坡失稳的认识,为防灾减灾提供理论和数据支撑。 展开更多
关键词 芦山M_(s)6.1级地震 地震滑坡 动力响应 变形破坏模型 二维离散元模拟 新华村滑坡
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