土工格室与砂土拉拔试验离散元细观分析

为研究土工格室加筋砂土的界面作用特性,采用离散元程序(PFC3D)建立土工格室加筋砂土的拉拔试验数值模型,分析了拉拔过程中的筋土界面位移、格室节点受力及界面接触力和孔隙率等宏细观参数的变化规律,揭示了土工格室加筋砂土在拉拔过程中筋土界面作用的宏细观机理。结果表明:格室拉拔阻力主要由格室纵肋界面摩擦阻力及格室横肋的被动承载力组成,界面摩擦阻力在前期发挥主要作用,而横肋的被动承载力在后期发挥主要作用;筋土界面区域的土体接触力和局部孔隙率随拉拔位移发生疏密相间的变化,界面区域砂土发生脱空,同时局部土体产生剪胀作用,对应界面孔隙率增大;宏观上随着拉拔位移增加,颗粒挤密咬合能力增强,对应的细观参数(界面接触力和界面局部孔隙率)发生起伏变化,界面区域接触力增大从而使得拉拔阻力随格室拉拔位移的增大而增大。     

土工格栅横肋与砂土接触面的细观试验

利用拉拔模型试验设备,在不同法向压力下进行一系列的拉拔试验,应用数码可视化跟踪技术,结合土体变形无标点量测技术来研究双向土工格栅横肋与砂土界面相互作用的细观特性.以数码可视化跟踪技术跟踪拍摄土工格栅横肋与砂土界面的相互作用过程,并通过量化分析得到界面的运动变化规律.分析结果表明,拉拔试验的似摩擦系数与上部法向应力相关,细观试验表明横肋与砂土接触的上下界面厚度并不一样,上界面厚度大于下界面厚度,横肋上界面运动较为剧烈.细观试验位移应变图显示,横肋刺入的破坏与Jewell提出的计算模式非常相似,但上部区域略大于下部区域,基本验证了Jewell刺入破坏机理.     

土石坝动力离心模型试验颗粒流数值模拟

以长河坝离心模型试验为基础,开展颗粒流细观数值模拟研究,分析大坝在不同地震加速度和离心加速度下的动力响应(加速度和位移)和破坏模式,并对长河坝双向振动台模型试验进行了数值模拟分析.数值模拟结果表明:数值模拟规律与离心振动台试验规律基本一致,坝体的地震破坏模式为坝顶局部滑动破坏;同一高程坝坡位置的动力响应大于心墙位置;随...     

砂土单调剪切力学性状的颗粒流模拟

利用离散单元法中的二维颗粒流方法(PFC2D),采用了两种不同接触刚度模型对福建标准砂常规三轴试验结果进行了细观数值模拟,并探讨了不同围压水平下两种接触刚度模型的适用性.研究结果表明:对于Hertz-Mindlin接触模型,细观剪切模量影响数值试样的宏观变形模量,颗粒摩擦系数影响试样的峰值强度,细观泊松比变化对试样宏观响应影响不大.当考虑一个确定围压水平下的三轴试验模拟时,两种接触刚度模型均能得到较理想的结果;而当考虑不同围压条件时,由Hertz-Mindlin接触模型得到的结果要比线性接触模型更加符合实际砂土的性质.     

基于颗粒流离散元的粘性土三轴剪切试验数值模拟

为了研究粘性土体的工程力学性质,本文通过对粘性试样进行室内三轴固结排水试验,得到了试样土体的应力—应变关系曲线以及强度指标,基于颗粒流离散元法的原理,利用PFC3D软件建立三轴试样模型,并设定颗粒间的接触为接触黏结模型,通过颗粒流数值试验对细观参数进行标定,从细观角度对粘性土的工程力学特性做了一定的研究。对比了不同围压下数值试验与室内试验的应力应变关系曲线,得到了较好的模拟效果。分析细观参数的变化对粘性土的应力—应变关系曲线的影响,得出边界条件、孔隙率、粘结强度、摩擦系数、接触刚度等细观参数的取值对粘性土的宏观力学性质有着显著的影响并对影响规律做了探讨,为今后的三轴试验颗粒流数值模拟提供了有价值的参考。     

扩径桩抗压抗拔性能的颗粒流数值模拟

在地下水位以下较深的地下工程中,常采用扩径桩来承担结构今后受到的浮力．为了研究承担竖向受压荷载对抗拔桩今后承担上拔荷载的承载力的影响需要开展研究．采用二维颗粒流分析程序PFC2D对载荷试验中同一扩径桩先受压后抗拔进行了数值模拟分析．通过研究扩径桩在单纯承担上拔荷载和先受压、后受拔的过程中不同受荷阶段桩时步．位移曲线、桩土颗粒排列变化、颗粒位移的变化及荷载～沉降（上拔量）的对比分析,得出桩在下压和上拔到达极限荷载时的破坏性状,并与现场试验结果进行了对比．对先承担竖向受压然后抗拔的桩,与直接承担上拔的桩相比较,得知桩下压过程中桩周土体结构的破坏对桩随后的抗拔承载力有较大的影响．     

堆积体直剪试验颗粒流细观数值模拟研究

作为一种非均匀、非均质、多相体系的松散岩土介质,堆积体力学性质的研究颇受国内外众多学者关注和重视。以室内重塑样直剪试验结果为依据,可确定基于现场试验颗粒粒度累积曲线和三维颗粒离散元方法建立的堆积体直剪试验模型土石颗粒细观力学参数。在此基础上进行不同岩性、不同含石量的堆积体直剪试验模拟研究,结果表明:堆积体直剪试验剪切屈服面并非一个平面,而是存在一个带内变形以设计剪切平面为基准呈S形变化的剪切带,块石最大粒径越大剪切面影响范围越广,块石刚度越大剪切面则越粗糙;介质抗剪切强度特性在很大程度上受控于岩块的含量和岩性,块石和块石间的咬合力是造成介质内摩擦角较高的根源;在高围压下介质特性表现为应变硬化、低剪胀率,但不排除表现为剪缩的可能,而在低围压下则容易发生剪胀、软化现象,这与重塑样试验结果基本一致;颗粒摩擦系数与含石量呈二次抛物线递增关系,但剪切过程中应变能随摩擦能增加先升后降;黏聚力随基质颗粒刚度增加而提高,而随充填介质颗粒刚度增加而降低;数值试验与室内试验吻合程度较好表明,该方法可作为工程堆积体确定力学参数的有益补充。     

高密度聚乙烯土工膜与固体废物界面接触强度的试验研究

对贵州省内5种主要工业固体废物(脱硫石膏、粉煤灰、锰渣、汞渣、铅锌渣)以及黏土、砂土与高密度聚乙烯(HDPE)土工膜的接触摩擦强度开展摩擦破坏直接剪切试验;测定HDPE土工膜与各种固体废物接触面的摩擦强度参数(界面摩擦角、表观黏聚力),分析光面、糙面土工膜与各种固体废弃物接触界面的抗剪强度特性。结果表明:HDPE土工膜与工业固体废物接触界面的剪应力随剪切位移的增加而增大,剪应力-剪切位移曲线的斜率逐渐减小,当剪切位移增大到一定范围后,界面剪应力将保持不变;糙面土工膜与固体废物的界面抗剪强度大于光面土工膜与固体废物之间的,糙面土工膜具有更好的抗拉裂、抗剪切性能。     

微肋角度对开缝翅片流动与传热性能影响的三维数值模拟

利用数值模拟的方法,结合计算流动与传热软件研究了空调系统用的翅片管式换热器开缝型翅片的开缝微肋结构对翅片整体的流动与传热特性的影响.将模拟结果与实验测值进行了比较,两者基本吻合.结合场协同理论分析了计算结果,得出了翅片开缝微肋在既定工况下存在最佳倾斜角度等结论,为改进翅片结构提供参考.     

基于正交试验的超燃燃烧室小肋片数值优化

为研究超燃燃烧室中小肋片长、宽、高对流场特性的影响及参数择优问题,采取正交试验设计方法对其进行了数值模拟。对比分析25种不同小肋片参数组合情况下其燃料与空气的混合效率、总压损失、穿透深度之间的差异。研究表明,小肋片高度对燃料和空气的混合效率影响程度最显著,其次是宽度和长度;长宽高对超燃燃烧室中总压损失、穿透深度影响程度不显著。经过优化后的小肋片燃料和空气的混合效率(0.712 439)高于正交试验里的所有结果,其总压损失(0.130 3)通过损失2%的总压换取了燃料与空气的混合效率37%的增强,其穿透深度(10.023)通过损失1%的穿透深度换取了燃料与空气的混合效率9%的增强,为小肋片的设计和改进提供了方法借鉴和参考依据。     

砂土地层水下盾构隧道开挖面被动破坏数值模拟

基于Mohr-Coulomb强度准则和不相关联的流动法则,采用Abaqus模拟砂土地层水下盾构隧道开挖面被动破坏,分析埋深比C/D、地层上覆水位高度H、砂土内摩擦角φ对地表位移的影响,并探讨开挖面前方土体破坏模式。结果表明：标准开挖面支护压力与C/D、H和砂土φ均呈正相关关系;地表位移受C/D变化影响较大,C/D由0.8增大到1.5,最大纵向和横向位移值分别减小80%和86%;静水压力仅会限制横向地表位移的发展,对纵向地表位移的影响较小;C/D较小时,被动破坏模式呈现延伸至地表的倒棱台形,属于整体破坏;C/D增大至4.3时,土拱无法达到地表,属于局部破坏。     

住宅厨房油烟浓度的数值模拟和实测

为了确定住宅厨房合理的排风量,改善厨房内空气质量,运用CFD技术对不同排风量下厨房油烟的浓度场分布进行了建模和数值模拟,利用有限容积法和SIMPLE算法对微分方程进行离散求解,对模拟结果进行了分析和实测验证.认为增加排油烟机的排风量对改善厨房的排烟效果是有效的.但一味增加排风量不仅浪费能量,而且对改善排烟效果作用也不大.结合实例结果,对排烟效率进行了分析.     

吸灌条件下土壤水分运动数值模拟

通过对节水灌溉新技术——吸灌技术机理的研究，建立了吸灌条件下的土层土壤水分运动数学模型，通过对蒸发作用下土壤含水量变化的数值分析，和对裸露地面与有植物生长两种情况的数值模拟验证，表明数值分析结果与实测值有较好的一致性。     

矩形盒拉深成形的数值模拟与实验

建立了矩形盒拉深成形的有限元三维模型,对其进行了数值模拟分析,并把数值模拟结果和实验结果进行了对比分析,讨论了在有限元数值模拟过程中虚拟冲压速度对模拟结果的影响,发现增加虚拟冲压速度会带来系统的惯性效应,当虚拟冲压速度大于一定值时,会使模拟结果严重失真．板材拉深数值模拟时最大虚拟冲压速度建议设定在2000mm／s范围内．     

加长型环形水槽水流特性的数值模拟

由直槽及半环形水槽组成的加长型环形水槽被用来研究水流的三维水力特性。水流由位于水面的运动固体盖拖曳而产生运动。采用ADV测速仪对水流动力学特性进行物理观测，并采用美国Fluent公司的标准化CFD计算软件对水流进行了三维数值模拟。研究表明，在弯段有明显的二次流，水槽外侧流速大于内侧，且由于对流作用，弯段下游的直段水槽内水流也呈类似分布，但随着流程的增加，流速沿横向分布趋于均匀，与单一环形水槽相比，加长型环形水槽由于直段内水流结构相对简单，可以更好地用于泥沙动力学研究。     

流场中轻浮颗粒下拉方式数值模拟与对比分析

基于Fluent软件,采用VOF和DPM模型对振动混合器和叶轮搅拌器中轻浮颗粒的分散过程进行数值模拟,分析了颗粒分散效果的影响因素。结果表明,与叶轮搅拌相比,振动混合器在相同离底间隙的条件下,轻浮颗粒的下拉效果更好,消耗功率更少。     

泥水盾构泥膜破坏实验及颗粒流数值模拟研究

以南京纬三路过江通道N线盾构带压开舱为工程背景,针对泥水盾构泥膜在气压荷载作用下破坏过程,结合现场施工工艺,进行了室内试验的分析研究。在此基础上利用颗粒流方法,考虑了地层颗粒形状、级配等细观参数,对泥膜破坏过程进行了模拟分析。结果表明:泥膜破坏是因为在气压作用下产生拉应力导致泥膜开裂透气。以0.45 MPa为节点,气压小于0.45 MPa时,随着气压的增加泥膜破坏稳定时间急剧减小;气压值大于0.45 MPa时,随着气压的增加泥膜破坏时间趋于稳定。相应研究结果可为工程实践提供参考。     

煤粉燃烧两相流的数值模拟

由于煤粉燃烧受热面区域的气固两相流场测量难度大,为预测煤粉燃烧炉内部流场与两相流浓度场分布规律,以FLUENT为平台,建立了煤粉燃烧炉模型,用PDF来定义燃料成分,气相湍流流动采用标准的k-ε方程模型,气相为无滑移边界条件。颗粒相采用随机轨道模型。利用有限差分法来离散微分方程,对控制方程的求解采用SIMPLE算法。得到了燃烧炉内部温度场,煤液化率的分布规律及煤粉的颗粒轨迹。揭示了挥发分释放与燃烧的过程,剖析了焦炭的燃烧机理,为煤粉在分解炉内的优化燃烧提供了重要的理论参考依据。模拟结果有助于煤粉炉改造和节能。     

安注过程蒸汽直接接触冷凝的数值模拟

压水反应堆发生失水事故（LOCA）时,应急堆芯冷却系统（ECCS）将过冷的安注水注入到冷管段中,安注水与管道中的蒸汽发生直接接触冷凝,导致温度波动及压力振荡。选用流体体积分数模型、大涡湍流模型和双阻力冷凝模型,在FLUENT平台上对饱和蒸汽与安注水直接接触冷凝过程进行数值模拟,获得直接接触冷凝过程中温度场和压力场的变化情况。结果表明,冷凝主要发生在汽液界面附近,主管内蒸汽流量的增加能够阻止安注水回流现象发生。