自由面对应力波反射诱发层裂过程影响的数值模拟

采用基于细观损伤力学基础上开发的动态版岩石破坏过程分析系统RFPA2D数值模拟软件,对冲击载荷作用下非均匀介质中应力波反射诱发层裂过程进行了数值模拟,重点探讨了不同自由面情况对层裂过程的影响.结果表明：动态版RFPA2D数值模拟软件可以逼真地模拟其过程;在不同自由面情况下,应力波传播至自由面产生反射诱发层裂破坏,除与应力波的峰值、延续时间和波形等有关外,还与应力波传播的方向有关,如果相同应力波垂直入射至自由面比斜入射至自由面更容易诱发层裂破坏的发生;当应力波平行入射至自由面时不会诱发层裂破坏.     

负压梯度下自由面流动模拟的无网格粒子法Dirichlet边界条件

为改善无网格粒子法自由表面附近计算精度及稳定性,尤其在负压梯度条件下较难收敛的状况,提出了一种基于虚拟边界的狄利克雷边界条件赋值方法。以移动粒子半隐式法为例,采用最小二乘法对自由表面粒子进行多项式拟合,以拟合曲线作为虚拟边界,用自由表面粒子到虚拟边界的偏差矢量对自由表面粒子赋值进行修正。通过方形液滴旋转算例验证了算法的有效性与准确性,获得了自由表面平滑的模拟结果。进一步研究了关键参数的选择对边界条件的表达和计算精度的影响,发现当拟合搜索半径为4倍初始粒子间距时,可减小拟合误差,防止边界畸变。提出的改进方法提高了自由表面核截断区域的计算精度与稳定性,可显著改善负压梯度下大变形自由曲面外缘粒子因梯度力偏差而导致的粒子飘散情况,为改善大变形复杂界面流动计算提供了新的思路。     

EP法中参数ε的合理取值

为了提高EP(Extended Pressure)法模拟具有自由面的稳定渗流问题的计算精度,通过展开基于EP法的控制方程离散格式,进行了一维和二维稳定渗流误差分析,指出了分段连续函数h_ε(p)中的参数ε对EP法的计算精度和收敛过程影响显著,并依据自由面处压强水头的不连续变化,最终提出了参数ε的合理取值。数值实验证明:采用此参数取值后,自由面光滑,逸出点位置合理,模拟精度有较大提高。研究结论有助于推广EP法在地基渗流问题中的应用。     

不变网格确定渗流自由面的节点虚流量法

1 前言用有限元法求解堤坝渗流场时,遇到不易解决的问题是如何在程序中处理并确定事先不知其确切位置的渗流自由面(free surface of seepage)和渗出面(seepage surface).如何用简单可靠的新算法来求解含渗流自由面及渗出面渗流问题的课题历来是国内外渗流工作者极感兴趣的研究内容.传统的有限元法求解方法是变网格法,此法直接引用60年代中期Zienkiewicz等     

流体力学新型通用函数Ω的变分有限元分析

本文应用通用函数Ω及其变分原理,为求解具有自由面流动问题提出了一种新方法。将物理平面变换到映象平面。在映象平面上,引出通用函数Ω,并且写出关于Ω的变分原理。用这个变分原理及有限元法求解自由面流动可克服边界未知的困难。文中以水坝闸门出流问题为例进行了计算,结果表明,该方法是有效的。     

退火温度对Fe基纳米晶薄带结构特性影响研究

用隧道扫描显微镜和原子力显微镜对Fe基纳米非晶带和各种温度退火产生的晶带进行扫描,发现非晶带的自由面和贴辊面呈现不同的结构,自由面纳米颗粒比较小且呈现规则排列,贴辊面纳米颗粒比较大而优势团聚比较明显;非晶带在不同温度下进行退火,随着温度升高,内应力得到释放,晶带结构发生变化,在540℃退火温度下,非晶带晶化产生了α-Fe(Si)纳米晶相和非晶相共存的复合结构,出现了细小的α-Fe(Si)纳米晶粒,并均匀的散布在非晶基底中,此时自由面和贴辊面结构差异最小,软磁性能最好.     

无压渗流渗出面确定的等效结点流量法

结合溢出点的特性及初流量法求解具有自由面渗流的优越性,以可能溢出点等效结点流量控制为外循环,非饱和区高斯点初流量为内循环,以渗出面只有流量流出,没有流量流入原则进行渗出面判定,编制了相应三维渗流分析程序并应用于某除险加固土石坝渗流分析中,结果表明：渗出面的确定方法可行．土石坝防渗加固效果明显,墙体不会产生渗透破坏．     

MPS方法在三维溃坝问题中的应用

MPS(Moving Particle Semi-Implicit)方法是一种拉格朗日粒子法,在处理大变形流动问题中具有很大的优势.将MPS方法应用到三维溃坝流动问题中,并对粒子的移动方式进行了修改,改进后的方法(XMPS)可以使粒子移动更加有序,避免粒子间的相互穿透.数值计算结果表明:MPS方法(包括XMPS)在处理复杂的自由面流动问题中具有很好的灵活性和可靠性,数值模拟能够比较准确地预测出自由面的形状和位置,即使在水面出现翻卷、入水和水柱撞击到障碍物时,数值结果仍然能够与实验相吻合.从细节上看,XMPS可以给出更为清晰、光滑的自由面形状,并能更好地捕捉到流动的细节特征.     

基于六节点三角形单元优化虚单元法

选取六节点三角形单元优化了虚单元法,弥补了三节点单元求解的自由面是折线的不足,同时解决了等参四边形单元难以寻找节点移动路径的问题.此外,在计算程序中引入节点相关次数矩阵,实现了对虚单元法的进一步优化,提高了计算效率和计算精度.与等效渗透系数法计算结果分别同电模拟试验解比较表明,本文方法在大网格单元划分下仍能得到准确且连续光滑的自由面曲线,计算精度没有因单元数量的减少而降低;在相同的精度条件下,计算效率较三节点单元提高.