高温下混凝土多相耦合模型数值求解

随着混凝土,特别是高性能混凝土(HPC)在工程中的推广和应用,建立其在不同自然和工程条件下的数学模型,模拟其中发生、发展的物理-化学现象与耦合过程,具有重要科学意义和经济效益.将混凝土材料模型化为非饱和多孔多相系统,基于含有多相流体的变形多孔介质的质量、动量和能量守恒方程,建立高温下混凝土热—湿—气—力学多相耦合数学模型.采用有限单元法进行空间数值离散、时域差分法进行迭代求解,为进一步实现高温下(低于孔隙水的临界温度647.3 K)混凝土的多相耦合行为模拟、分析其中的控制机理提供理论基础及可行性论证.     

基于多物理场耦合的混凝土湿热变形数值模拟

为研究混凝土湿热耦合变形,基于混凝土微观组成结构特点,根据多物理场耦合作用和多孔介质湿热传输原理,建立了混凝土湿-热-力多物理场模型.并利用COMSOL数值仿真软件和提出的混凝土湿膨胀系数,在人机交互环境下,实现湿-热-力耦合数值求解.首先以Hundt试验为算例,验证了耦合模型和求解方法的可行性,然后利用该方法对某隧道混凝土湿热耦合变形进行了模拟计算.将多物理场耦合数值模拟结果与解析-有限元结合解法计算结果和现场光纤光栅监测结果对比表明,基于多物理场耦合的混凝土湿热耦合变形数值模拟更接近监测结果,更能反映实际物理过程且具备更好的通用性.     

对流效应对氯离子侵蚀混凝土过程的影响

氯离子侵蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的主要原因之一.为预测氯盐环境下混凝土中氯离子的概况,建立了多相耦合的氯离子侵蚀模型,模型中考虑到了非饱和条件下氯离子以扩散和对流两种方式传输.基于此模型,利用数值模拟手段探讨了对流效应对氯离子侵蚀混凝土过程的影响.分析结果表明:不仅扩散而且对流效应也对氯离子侵蚀混凝土过程有着显著影响,可为混凝土结构耐久性评估与设计提供参考.     

混凝土搅拌车罐体及拌合物的流-固耦合数值分析

利用Pro/E建立了混凝土搅拌车罐体的简化模型,导入有限元软件ABAQUS进行数值分析,模拟搅拌时的流场和流速的空间分布以及罐体外壳及搅拌叶片的应力分布.通过CEL(耦合欧拉-拉格朗日)分析,模拟了搅拌车进料、搅拌、出料三种动态过程.研究表明,在常规运输情况下,叶片的搅拌速度能够保证混凝土的均匀性,但罐体外壳和搅拌叶片...     

高速航行体通气空泡形态

采用数值模拟方法,对高速航行体垂直发射上升过程重力场中的通气空泡流进行了研究.基于Mixture多相流模型和耦合自然空化模型,建立气、汽、液多相空泡流数学模型,求解整个流场域内的Reynolds平均Navier-Stokes方程.使用动网格技术(Dynamic Mesh Method)结合用户自定义函数(UDF)的程序,数值模拟了重力影响下高速航行体垂直发射水下运动过程,揭示了通气空泡的演化规律及流动载荷变化特征.     

蜡沉积凝析气-液-固变相态复杂渗流数学模型

含蜡凝析气藏开采过程中伴有凝析液、蜡析出呈气-液-固变相态多相复杂流动. 在渗流机理的实验研究基础上,对气-液-固复杂渗流的数学模型进行描述,以期揭示伴有蜡沉积的凝析气-液-固变相态复杂渗流规律. 根据相的变化受析蜡线、露点线的相态变化规律控制,分析相变特性会导致储层内油气饱和度的变化,揭示蜡沉积在多孔介质表面引起孔隙性质改变和气、液、固在储集层中的微观空间分布会影响凝析气的流动特征. 在蜡沉积变相态渗流实验和渗流数学模型的研究基础上,引入蜡沉积数学模型、考虑毛管力和表面张力的相对渗透率模型等,建立了相应的多孔介质中气-液-固变相态多相流-固耦合渗流数学模型. 数值模拟结果表明,蜡沉积可使部分区域孔隙减少,流动阻力增大. 不考虑蜡沉积会对产量预测明显偏大,蜡沉积可使产量下降. 该模型较好地反映了凝析气-液-固变相态复杂渗流的物理实质.     

计算混凝土湿热耦合变形的解析-有限元结合解法

根据混凝土的多孔介质特点和多孔介质湿热传输理论,给出了一种计算混凝土湿热耦合变形的解析-有限元结合解法.该方法的计算过程包括"温湿度分布的解析法求解"、"湿度分布向湿度应力转换的公式计算"和"湿热耦合变形的有限元分析"三部分.同时介绍了基于Visual Basic调用Matlab和ANSYS的编程策略通过混合编程开发的混凝土湿热耦合计算分析程序CTMSoft.根据所提出的解析-有限元结合解法,利用自行开发的CTMSoft程序对实际工程结构混凝土变形进行了数值计算,与现场实测及光纤光栅监测结果的对比分析表明了该计算方法和程序的合理性和有效性.     

冲击载荷下混凝土破坏过程数值模拟

用二维梁-颗粒模型BPM2D(Beam-Particle Model in Two dimensions)模拟了混凝土动态破坏过程.梁-颗粒模型BPM2D是在离散元法基础上,结合有限元法开发的二维数值计算模型. 在模型中用三种类型梁单元形成混凝土数值试样.每种类型梁单元的力学性质均按韦伯(Weibull) 分布随机赋值以模拟混凝土细观结构的非均匀性,同时梁单元的强度随应变率不同而变化.利用此模型分析了混凝土板在弹体冲击条件下的破坏过程,并给出不同弹体初始速度条件下混凝土内部应力波传播过程.通过将计算结果与实验数据相比较,表明梁-颗粒模型可有效应用于计算和模拟脆性材料动态破坏问题.     

多孔介质中水气二相流动力学行为分析

基于多相渗流力学理论,探讨了多孔介质(孔隙介质、孔隙-裂隙介质)中水、气二相渗流的微观机理,系统地建立了水、气二相渗流的数学模型,并采用有限元法对数学模型进行了离散化,推导出三维有限元(FEM)数值模型;利用二相流系统渗流数值模拟程序2PFCSM,对一天然气储气层进行了数值模拟.     

基于连续-非连续耦合方法的降雨滑坡数值模拟研究

为研究降雨滑坡过程和破坏特征,基于连续-非连续耦合分析方法,采用边界墙耦合方法建立了连续数值模型与离散元数值模型的耦合边界,利用连续模型进行降雨入渗的饱和-非饱和渗流分析,而后生成连续-非连续耦合模型.通过等效力的方法将渗流场和孔压场施加到离散模型中,进行了降雨影响下的滑坡过程耦合分析.通过案例探讨了该方法的可行性,分析了降雨耦合分析中阻尼参数对结果的影响规律.结果表明,通过连续-非连续耦合计算方式对降雨滑坡进行耦合分析,能够较好地进行降雨作用下滑坡过程和破坏特征分析,研究结论可为连续-非连续数值仿真在岩土工程中的应用提供参考.     

混凝土的热湿传导耦合分析

为研究混凝土体的温度和湿度变形及开裂,根据多相体系非连续介质中的热质耦合传导理论对混凝土的热湿状态和耦合传导进行了研究。应用简化的热湿耦合方程,提出对混凝土中温度场和湿度场进行数值计算的方法,并根据多孔介质微观物理模型和利用测量混凝土内湿度的简便方法提供数据来确定计算格式中的质扩散系数和热质扩散系数。计算结果与实验结果吻合良好。这说明该算法可用于碾压混凝土拱坝表面和堆石面板坝的结构设计。     

混凝土热湿耦合数值计算中的参数拟合

为了更深入地研究混凝土中的湿度和温度场,根据多相体系非连续介质中的热湿耦合传导理论对混凝土的热湿状态和耦合传导进行了研究。使用高精度电容湿度测量仪器对混凝土预留孔中的空气含湿饱和度进行测量,发现测量值与混凝土相对含湿率在相对含湿率大于0.85小于1.0时存在线性关系,进而拟合了热湿耦合方程中的物理参数。耦合计算结果表明,这种拟合参数的物理意义明确、确定参数简便、数值稳定性好,为混凝土温湿度场计算提供了一种新的方法。     

吸湿性墙体霉菌滋生风险室内温湿度临界值对比研究

建立吸湿性墙体热湿耦合迁移瞬态数学模型,通过与典型案例对比验证数学模型;为了评价霉菌滋生风险,提出了霉菌滋生风险室内湿度临界值及温湿度临界线等概念。研究我国南方主要城市两种典型墙体(红砖墙体与加气混凝土墙体)霉菌滋生风险室内温湿度临界值。研究结果发现:1)随着室内温度逐步升高,各地市两种墙体的霉菌滋生风险湿度临界值均逐步降低; 2)各地市霉菌滋生风险室内湿度临界值相差较大; 3)不同墙体的室内温湿度临界值各不相同,加气混凝土墙体温湿度临界线均高于红砖墙体。     

河流冰盖热力增长的数值模拟

文章基于多相流理论,建立了河流的热力与水力条件耦合的二维河道模型.模型把河流当作大气-冰体-水体的一个耦合系统,考虑了系统中界面的热量交换,并考虑了冰花在冰盖下堆积对冰盖热量交换的影响.在不同的入口冰花浓度、冰盖上表面温度、入口水流速度的工况下,对冰盖的增长进行了模拟分析,获得了冰盖厚度的增长特征与冰盖形成后水体速度场和温度场的分布特征.模拟结果表明:入口冰花浓度越大、冰盖上表面温度越低、入口流速越小,则形成的冰盖厚度越大;断面上的流速越大,水温越低.     

大体积混凝土湿热耦合研究

从传热传湿的机理出发,结合水工混凝土特点,建立了以温度和含水量为基本变量,含内热源和内湿源的大坝混凝土湿热耦合传导模型,实现了基于交替变量的伽辽金(Galerkin)法的混凝土湿热传导耦合模型的有限元求解.该方法可用于大坝混凝土湿热耦合传导过程的仿真计算与分析,为混凝土坝采用保温保湿的方式来防止混凝土裂缝提供科学依据.     

多相Mo-Si-B合金材料的性质

多相Mo-Si-B合金是非常具有吸引力的新型高温结构材料. 它熔点高、抗氧化性、抗蠕变性和室温断裂韧性好.阐述了Mo-Si-B微观结构对多相Mo-Si-B合金性能的影响,举例说明了多相Mo-Si-B合金的抗氧化性及断裂韧性比钼或钼的硅化物有明显提高.指出了存在的问题和今后努力方向.     

高温下无黏结预应力混凝土中钢绞线预应力的损失

对高温作用下无黏结预应力混凝土中钢绞线的预应力损失进行了试验研究,根据试验结果分析了高温作用下产生预应力损失的主要因素,并建立了高温作用下无黏结预应力混凝土结构预应力损失的计算模型.结果表明:在高温作用下,预应力混凝土结构会产生预应力损失,钢绞线的预应力损失随温度的升高而增大;试件完全冷却后,钢绞线的预应力损失会有所恢复,但钢绞线经历的温度越高,其恢复值就越小.受高温作用的预应力构件产生附加预应力损失的主要因素有高温作用下预应力钢筋的松弛和蠕变、混凝土的高温徐变和钢筋与混凝土的热膨胀差.高温作用下无黏结预应力混凝土结构预应力损失的计算模型可为无黏结预应力混凝土结构的抗火设计和火灾后预应力混凝土结构的评估提供参考.     

混凝土结构早龄期开裂的预测

为了减少混凝土结构早龄期的开裂,提高混凝土结构的使用寿命,以可靠度理论为基础,建立了混凝土结构早龄期开裂的功能函数(?)=r-s.利用敏感系数来表征混凝土早期的水化放热和自收缩对功能函数的影响,引入部分系数,描述混凝土结构实际值与设计值之间的关系,并确定混凝土结构的临界开裂风险.计算了混凝土挡土墙的开裂风险,并对其开裂情况进行预测,预测的结果与观测的情况基本一致.混凝土结构早龄期开裂的预测为优化混凝土材料的组成提供了依据,可以减少混凝土结构早龄期的开裂.