超大型泥水平衡盾构施工的三维非线性模拟

根据超大型泥水平衡盾构的实际施工过程,以长江隧道东线工程为依托,采用非线性有限元分析软件ABAQUS,对超大型泥水平衡盾构在浅覆土工况下的施工过程进行准动态非线性有限元三维仿真模拟.模型比较全面地考虑了盾构施工过程中土体、盾构、管片和浆体之间的相互作用,较好地反映了泥水平衡盾构的实际施工过程.分析结果和现场实测数据作了对比,结果证实了该方法的有效性.     

基于统一解的重叠盾构隧道施工引起土体变形研究

基于盾构法隧道统一土体移动模型解,通过分别计算上线、下线隧道引起的土体变形再进一步叠加的方法,建立重叠盾构施工引起的土体沉降和深层土体水平位移计算公式.将本文方法所得计算结果与实测结果、有限元模拟结果进行对比,并对深层土体水平位移变化规律进行研究.研究结果表明:本文方法所得计算结果与实测结果、有限元模拟结果比较吻合,验...     

埋地管道断层错动反应分析

跨断层埋地管道在断层错动下力学模型设计和受力分析一直是生命线工程的前沿问题.弹簧-管道-土体模型中,断层每侧沿管道方向的近断层土体采用实体建模,此范围内的土体与管道相互作用采用接触进行模拟,远离断层的管道与土体相互作用采用等效非线性弹簧模拟.采用有限元分析软件对模型进行实现,有限元模型考虑了管道与土体的材料非线性、几何非线性,管道采用四节点壳单元.分析了断层破碎带宽度、断层错距、管道埋深、直径,壁厚对管道的受力影响,得出一些有益结论.     

盾构隧道管片弯矩分布特性数值模拟分析

为了研究盾构隧道衬砌内力分布规律,对盾构隧道设计中常用的三种衬砌内力计算方法进行了归纳和分析。基于土力学理论土压力的计算方法,提出了计算管片内力分布新的荷载-结构模型。以沈阳地铁盾构隧道为例,比较分析了惯用法、有限元法以及荷载-结构计算方法的区别。计算结果表明,不同的计算方法得到的弯矩分布特性存在一定的差异。采用有限元数值模拟方法,分析了土体泊松比对盾构隧道管片弯矩的影响。研究表明,随着土体泊松比的增加,管片最大弯矩值减小。     

群桩横向非线性力学响应的三维有限元数值模拟

利用有限元软件ANSYS,针对群桩横向力学响应问题,进行了三维有限元数值模拟.计算模型中,考虑了土体的材料非线性、桩-土界面状态非线性等因素,对群桩横向力学响应的影响.通过算例分析,验证了模型的正确性.在此基础上,进一步研究了群桩-土横向相互作用的非线性特性,计算结果对于桩基础的分析和设计,有较好的参考价值.     

强夯处治粉煤灰路基的显式动力非线性数值模拟

基于显式动力非线性有限元分析方法,利用ANSYS/LS-DYNA软件对强夯问题进行分析,得出了显式动力非线性数值模拟方法的一般步骤.结合某路基强夯实例建立三维立体模型,对碰撞过程进行数值模拟,得到了强夯加固范围及夯后土体的应力场、位移场.通过与现场实测数据的比对,验证了显式动力非线性有限元数值模拟方法在强夯问题中的适用性.在此基础上,研究和探讨了岳阳地区强夯处治粉煤灰路基中的夯锤参数选取问题,分析比较了夯后土体的沉降,结果表明同能级下重锤低落距有更好的加固效果.     

曲墙式土体隧道围岩结构的爆炸动力响应

为了找出爆炸动力作用下的力学规律、隧道围岩结构的薄弱部位和最容易失效的单元,通过建立土体隧道动力分析有限元整体模型,综合考虑非线性动力方程的求解方法、材料模型的选取、爆炸冲击波的输入方法和收敛性及流-固耦合效应的实现因素,利用显式动力有限元程序ANSYS/LS-DYNA进行数值模拟,探讨了土体隧道围岩结构在爆炸作用下不同单元的时间历程曲线,分析了爆炸作用下土体隧道围岩结构的动力响应问题,从而为隧道的抗爆设防设计提供参考依据.     

大规模输水隧道水锤效应三维数值模拟

为研究大型输水隧道的水锤效应,提出基于任意拉格朗日欧拉(ALE)流固耦合技术的三维水锤分析方法,并通过算例与实验结果进行相互对比,验证了该仿真方法的有效性.基于多尺度仿真技术,建立了某大型输水隧道土体-结构-水体三维耦合非线性有限元模型,并利用所述分析方法,结合混合显式积分算法及其并行技术完成三维水锤效应的模拟计算.结果表明,水锤压力随阀门关闭时间延长及隧道长度减少而减小;隧道结构受水锤影响最大的部分出现在靠近出口处.     

出入段线下穿路桥过渡段盾构施工对轨道结构的影响分析

在城市轨道交通的建设中,地铁车辆段及停车场的出入段(场)线多采用下穿正线的方式进行施工,由此产生了出入段(场)线下穿正线的多种工况.采用ABAQUS有限元分析软件,建立盾构隧道下穿路桥过渡段整体模型并考虑土体的非线性因素,研究地铁出入段(场)线下穿路桥过渡段,盾构施工对桥梁轨道结构的变形的影响.     

基于并行计算的盾构隧道施工三维动态仿真

以上海地区某双孔盾构隧道中试验段的施工为仿真对象,在现有多种计算方法的基础上,进一步突出盾构机施工工序和细节模拟,建立了大规模的全三维动态仿真模型,最后在高性能计算平台上结合并行求解算法完成了一系列计算.仿真结果显示了施工引起的具体地表三维隆沉情况,通过实测数据验证计算模型的合理性;同时也研究了不同并行求解方案对大规模盾构隧道开挖模拟的影响.     

基于计算流体动力学的盾构刀盘开挖面土体分析

针对土压平衡盾构掘进过程中土体、刀盘及土舱控制等复杂的耦合作用关系,利用经改良的切削渣土的"塑性流变状态",建立了包括土体、刀盘、土舱和螺旋输送机在内的CFD模型,研究了刀盘开口率和埋深等因素对刀盘开挖面土体压力及速度分布规律的影响.建立了土体压力及其速度分布的拟合数学模型,揭示了刀盘拓扑结构特征对掘进过程的重要影响.利用实际工程掘进数据对比验证了CFD模型计算结果的正确性与方法的可行性,可对高效、稳定掘进的刀盘拓扑结构的优化设计提供分析支持.     

微铣刀磨损对工件温度场影响的数值模拟

针对微铣削加工过程中的温度难以准确测量和精准控制的问题,主要从温度的角度出发建立了有限元数值分析模型.选取ALE自适应网格技术和热-机耦合方法,按照实际情况合理设置所需参数,并结合刀具磨损后其微切削刃半径变大这一重要条件,对工件温度变化的影响进行了数值模拟仿真.数值仿真结果表明:工件各温度区的温度变化趋势基本符合实际的微铣削加工过程温度场的变化趋势.这一数值分析结果将对微铣削实验加工有一定的指导意义.     

复杂铝型材挤压成形有限体积仿真

根据型材挤压成形属于特大变形、热-力耦合、坯料头部存在变形死区等特点,采用欧拉描述有限体积法(FVM)模拟了3级复杂型材的挤压成形过程,避免了传统刚塑性有限元法无法模拟变形死区,拉格朗日描述有限变形弹塑性有限元法难以重划特大变形网格等难题．模拟过程中,采用欧拉描述FVM仿真坏料流动,采用拉格朗日描述有限元法仿真模具变形和应力,采用显式动态接触算法仿真坏料与模具之间的相互作用．确定了兼顾仿真精度和速度的有限体积网格的最小尺寸和单元最大数量,提高了计算效率;建立了6063-T5铝合金在不同变形温度下的系列热-本构-摩擦模型,获得了金属流动、力能、温度、密度变化分布．为工艺和模具参数优化提供了依据．     

基于Lagrangian模型与Eulerian模型耦合的建筑物周边气体扩散模拟

该文旨在建立一个适用于城市建筑物周边的基于Lagrangian模型与Eulerian模型耦合的气体扩散数值模型,同时具有Lagrangian模型与Eulerian模型各自的优点,提高预测精度。该文利用耦合模型对单个建筑物周边的气体扩散过程进行数值模拟,并将平均风速、湍流动能和平均浓度几个参量的结果与风洞实验数据进行对比分析。结果表明,耦合模型对于建筑物周边靠近扩散源和远离扩散源的区域均能给出较高精度的预测结果。最后,利用COST-732模型评价方法对Lagrangian模型、Eulerian模型和耦合扩散模型实施了评价,其中耦合模型的评价结果最好。     

用ALE方法实现射流侵彻靶板的三维数值模拟

为了给一些非轴对称成型装药的设计提供一种有效的计算手段,需要对射流侵彻靶板进行三维数值模拟。采用软件ＬＳ－ＤＹＮＡ中的ＡｒｂｉｔｒａｒｙＬａｇｒａｎｇｅ－Ｅｕｌｅｒ描述法。成功地实现了切割器射流器射流切割靶板的三维数值模拟,计算结果与实验吻合。     

泥饼工况下盾构刀盘热力耦合分析

由于在渣粘土质中盾构刀盘中心泥饼的形成造成刀盘出现热损伤等失效,研究了在泥饼作用下刀盘在盾构掘进过程中的热应力耦合问题,得出刀盘在泥饼作用下的温度场和热应力耦合场分布规律。利用Solidworks和ANSYS软件建立了盾构刀盘三维有限元模型,结果表明：泥饼形成时,温度在短时间内急剧升高,导致热应力在同一时间内急剧增大到168.2 MPa,最大热变形达到3.1 mm,并且刀盘中心出现了翘曲现象。     

基于有限差分方法的水中爆炸三维数值模拟

针对水中爆炸的三维数值模拟问题,采用基于有限差分的拉格朗日与欧拉相结合的方法,在矩形网格上离散差分基本方程组;在欧拉步中引入模糊方法处理界面,计算各输运量;编写了数值模拟程序,进行了炸药在水中爆炸的三维数值模拟.爆炸场中考虑了有刚性障碍物及有反射有限边界计算域.结果表明,模拟结果与实际情况基本吻合,特别是冲击波在水中传播的模拟效果较好,证明所采用的三维数值模拟方法是有效和可行的.     

基于刚体动力学-离散元耦合数值方法的复合地层盾构滚刀响应

随着盾构机制造技术的不断进步,隧道工程中使用盾构机的情况愈加普遍。滚刀作为一种优异的掘进刀具,在复合地层盾构机中普遍应用。滚刀在使用过程中处于动态滚动状态,离散多元化的岩土体将导致滚刀的动态状态呈现异常状态,从而导致滚刀和岩土体接触面间存在较大的相对滑动速率。在以往的离散元滚刀模拟中,研究者将滚刀设定为固定转速而未实现滚刀的动态滚动过程。本文使用刚体动力学（RBD）-离散元（DEM）耦合的数值模拟方法,实现了在数值模拟中的滚刀动态被动转动,进一步贴近工程实际。本文以强风化岩为破岩对象,模拟分析了不同贯入度、不同运动速度下的滚刀的动态运动过程。基于本文的初步研究分析发现：滚刀存在最优贯入度区间,低于该区间时滚刀不能进入动态转动状态,大于该区间时改善效果不明显且增大滚刀受力;滚刀启动时受到的扭矩先随滚刀运动而升高,到达某一峰值点附近后开始下降,随后在零值附近波动;滚刀启动峰值扭矩和运动速度正相关;滚刀达到峰值扭矩的时间和运动速度负相关。本文的研究手段可为相关研究者提供参考,本文的研究结果可为盾构刀盘刀具设计及盾构机的操作提供参考。     

软硬不均地层对盾构刀盘受力计算方法与分析

盾构掘进软硬不均地层过程中刀盘承受偏载、应力集中等非均布荷载,引起刀盘局部损伤、刀具异常磨损等问题,特别是超大直径刀盘受力不均现象更加显著。针对上述问题,重点考虑软硬不均地层承载力容许值、面积比两个主要特征变量,提出了一种盾构掘进软硬不均地层的刀盘受力计算方法。依托某超大直径盾构隧道工程,利用该方法计算出软硬不均地层对刀盘作用力,结合数值仿真方法进一步得到刀盘整体应力与应变分布规律,进而提出了刀盘过载的刀盘总推力合理值。该计算方法不仅反映了软硬不均地层与刀盘刀具耦合作用特征,而且方便进一步计算刀盘整体应力与应变分布情况,确定刀盘推力,避免刀盘局部受力过大。