岩石块体三维接触判断的侵入边法

在三维单元法、三维不连续变形分析法中,三维块体的接触判断是关键的问题之一。对三维凸多面体的所有接触形式进行了分类,提出了一种三维块体接触判断的侵入边法。给出了侵入边法的原理、方法实施步骤及识别接触形式的方法。通过论证和算例表明,所提出的方法计算工作量小、鲁棒性好,容易于计算机实现。

三维块体接触判断方法的分析与改进

非连续变形分析方法和离散单元法都是可以计算非连续介质大位移问题的数值方法,目前在二维问题的计算中应用较多,但在工程实际问题的计算中还未能得到广泛应用,因为实际的工程问题如岩体结构都是三维问题。而在计算三维问题时存在一个困难,就是难以快速、准确地判断块体之间的接触类型。对已有的3种接触判断方法尤其是其中已用于实际计算的公共面法、侵入边法进行分析,指出各种方法在进行接触判断时存在的问题。同时在综合已有方法优点的基础上,给出建立正确接触判断方法的原则并提出切割体法。2个算例的计算结果表明,该方法的确有效地解决了已有方法存在的问题,能够正确判断三维块体之间的接触关系,从而模拟块体之间的错动滑移过程。

基于近场动力学数值方法的冰-吊舱推进器接触判断研究

吊舱推进器在极地船舶中的应用,可避免冰区航行中转向、调头困难等操纵问题,是极地船舶广泛采用的推进形式.在冰-吊舱推进器切削过程中,吊舱推进器受到了极端冰载荷的作用,对吊舱推进器结构强度和极地船舶的安全性带来严重的危害.为了研究不同操纵状态的吊舱推进器与冰切削时冰载荷的变化规律,首先,详细介绍了近场动力学方法研究物体断裂问题的理论基础,分析该方法模拟冰材料的可行性.基于近场动力学方法和面元法耦合推导了适用于冰破碎问题模拟的材料破坏准则和冰载荷计算方法.其次,提出了不同操纵状态的吊舱推进器与冰的接触判断方法,建立了冰-吊舱推进器切削状态的数值计算模型,实现了冰-吊舱推进器切削动态变化过程的数值仿真.最后,分析了吊舱推进器在直航、斜航以及操舵状态与冰切削时冰块破碎、螺旋桨和桨叶冰载荷以及吊舱单元整体扭矩的变化情况.计算结果表明:本文提出的不同操纵状态的吊舱推进器与冰切削时的接触判断方法能够真实地模拟冰-吊舱推进器的切削过程,并能获得该过程中冰块的破坏现象和冰载荷变化特性,可为冰区海洋结构冰载荷数值预报技术的发展、冰区吊舱推进器结构的优化设计和运营提供指导.

对三维离散单元法中块体接触判断算法的改进

三维离散单元法中块体间的接触判断一般采用间接方法。基于公共面法，引入直接判断法对传统的间接判断算法进行改进，并通过算例进行了对比，结果表明，改进后的算法比原算法具有更高的效率。

基于接触判断方法的尾喷管堵盖分离运动分析

为研究堵盖在初始分离及后续过程中与燃气的相互作用,应用CFD和动网格技术,结合接触判断及多孔介质模型,建立了堵盖接触分离及后续运动的物理模型。研究结果表明,堵盖与高压燃气的相互作用,使堵盖获得较高的冲击动能;同时相较于非接触式预留缝隙的处理方法,接触判断耦合多孔介质模型的方法,更准确的模拟出堵盖的分离延迟效应。

基于内外算法的板料成形在有限元接触判断的改进

通常接触搜索包括全局搜索和局部搜索两个过程。全局搜索是粗略的找到围绕特殊点的所有可能的潜在点。局部搜索是经过全局搜索后,准确地找到接触点,找到接触点及贯入量。根据内外算法对板料成形的接触判断问题在全局搜索和局部搜索上做一些修正,使得算法更加优化。通过两者的对比验证现在的修改更为有效。

接触判断中的UV参数曲面生成技术

用参数曲面片法进行接触判断 ,对于曲面的表示有连续及相容的要求 ,但用CAD设计的裁剪曲面并不满足这个要求。本文通过B样条曲线的升阶、组合及Coons曲面的生成 ,给出了把CAD中的裁剪曲面转化为接触判断中所需要的UV参数曲面的一种实现方法。

三维并行显式非连续变形分析接触判断与云计算研究进展

三维并行显式非连续变形分析方法(three dimensional parallel explicit discontinuous deformation analysis,3DPEDDA)作为隧道与地下工程数值模拟中强大的数值方法之一,一直存在接触判断效率低、接触不确定性和难以处理凹体等问题,其整体计算效率也是瓶颈之一。介绍了多覆盖方法、最后侵入面法和局部凸分解方法,将其引进3D-PEDDA来解决接触问题。为提升整体计算效率,新的3D-PEDDA程序经过改编以统一数据读写模式,并通过添加预编译指令的方法实现并行化。新的3D-PEDDA程序全部在Linux系统上进行开发,并在简单的云端虚拟机上进行初步试验。数值算例验证了所开发的3D-PEDDA的效率、精度和运行在更高性能的云主机上的潜力。

接触处理Munjiza方法在数值流形法中的应用

数值流形法(NMM)在接触处理过程包括:接触方式判断,包括点-点和点-线接触;开-闭迭代,确定块体系统的约束状态;以及接触传递,将有效的接触对传递到下一个时步。过程稍显繁琐和耗时,且与真实的物理接触状态有异。由Munjiza所提出的NBS(no binary search)接触检测算法,将单元映射到规则格子中,以链表结构将其有效地连接在一起,只在单元所在格子以及周围格子内部进行接触判断,接触检测效率大为提高,计算量仅随单元数线性增长,内存需求也很低。在计算接触力时以所定义的势为媒介,用重叠面积来衡量接触力的大小,属于分布式接触力,更接近于实际,避免了原NMM接触处理过程的繁琐。因此,将其作为一种平行的接触处理方法引入到NMM中,并以算例验证,证实了算法的可行性。

水工结构接触问题的多体有限元法

针对水工结构中的局部接触问题,提出了一种新的数值分析方法—多体有限元法。基于DDA方法的分析思路,以结构面切割而成的块体作为分析单元,每一块体均可允许自身有独立的位移和变形,通过块体间的接触和几何关系形成一个完整的块体系统。块体内部采用有限元法求解,块体之间通过接触力相互联系,且在接触界面上引入变形协调条件,保证了多个块体互相接触作用时块体位移和应力状态的连续性,从而使得计算更加符合实际情况。该方法接触求解过程中无需指定法向刚度及切向刚度等参数,避免了DDA方法因引入刚性弹簧而出现的嵌入问题,同时提高了块体内部变形的求解精度。推导了多体有限元法求解接触问题的支配方程,并给出了其增量形式的定解条件和判定条件。最后通过3个数值算例验证了本文方法的正确性和有效性。

非连续变形分析中的圆盘与边、角接触问题研究

非连续变形分析(DDA)通过在块体接触面施加刚性弹簧来满足块体间的无嵌入和拉伸。对刚性圆盘位移公式进行修正,提出刚性圆盘与边、凸角、凹角接触的接触判断方法,利用角平分线法对原DDA理论圆盘与凸角和凹角接触时侵入点与进入线的判断的错误之处做了补充,编写算例验证了所提出方法的有效性。原始DDA中进入边判断错误导致多加接触弹簧从而导致圆盘经过凹角时系统能量突变。

离散单元法研究进展及应用综述

岩体是一种高度非线性、非连续的介质,从现代工程规模来看,需要对其物理力学性质有一个比较好地认识。相比而言,数值模拟就是一个比较好的认识工具,因为其具有时间短、费用低、简单易行等优点。讨论了连续介质数值方法应用于非连续介质存在的问题,指出了非连续介质数值方法更加适合非连续介质。介绍了非连续介质数值方法中应用比较广泛、发展比较成熟的离散单元法的基本情况,比较详细地阐述了离散单元法中几个有代表性的问题,详细地介绍了离散单元法的研究进展,对其应用也做了相关的介绍,最后进行归纳总结,探讨了离散单元法今后发展的几个方向。

3维复杂成形数值模拟边界界面约束处理技术研究

边界界面动态接触约束与接触判断是 3维复杂体积成形有限元数值模拟的关键技术问题之一。探索了 3维复杂成形数值模拟接触状态搜索、接触摩擦以及界面滑动约束处理技术 ,提出基于模具型腔B样条曲面描述的接触状态区域层次搜索算法 ,以及引入边界摩擦与滑动约束的矩阵变换法 。

三维数值流形方法及其在复合材料中的应用

数值流形方法在进行接触判断时,传统的直接判断法在三维情况下检索困难,计算量大,对大规模工程问题是不适用的。为此,本文将公共面法引入三维数值流形方法的接触判断,使接触判断的计算量大大减少。目前,数值流形方法主要应用于岩石力学分析,为了拓宽其应用领域,作者比较了复合材料与岩石结构的异同,将其应用于复合材料的数值模拟,数值结果表明,该方法收敛快、精度高,弥补了有限元的不足。

离散单元法程序研制和应用

基于离散单元动态松弛法,详细阐述了在C++语言下编制程序中数据结构、块体生成和接触判断三大难点,对应的提出了新的算法来解决问题,通过算法分析和流程图对算法进行实现。比较了有限元和离散单元法在程序编写中的差异,并给出了算例说明离散单元法在岩土工程中的优势。

复杂冲压件成形过程的截面分析技术

基于有限变形虚功率增量型原理的弹塑性大变形有限元理论， 建立了高精度的八节点四边形单元平面应变状态下的截面分析模型，并应用非均匀有理Ｂ样条曲线描述模具截面线进行接触判断。旨在用很短的计算时间，获得较理想的板料冲压成形的模拟结果。方模具圆坯料胀形和深拉延成形过程以及发动机油底壳深拉延的模拟与试验结果， 表明了该截面分析技术的正确性、可行性和高效性。

活套控制方法、装置、终端设备及计算机可读存储介质

专利号:ZL 201910046541.0发明人:余斌;李丹;钟华春;钟新建本发明提供了一种活套控制方法、装置、终端设备及计算机可读存储介质,包括:当检测到下位轧机咬合带钢时,向活套施加起套力矩,获取活套反馈角度,根据活套反馈角度计算活套的实际角速度和实际角加速度,基于预设的接触判断规则和实际角加速度判断活套是否与带钢接触。

基于水平集接触算法的任意形态颗粒材料球谐离散元方法

为对自然环境或工业领域中非规则颗粒材料的力学特性进行精确计算,本文采用球谐函数发展了可描述任意几何颗粒形态的球谐离散元方法.考虑球谐单元的凹凸形态及多点接触特性,发展了基于水平集方法的任意形态接触算法,以准确计算单元间的接触方向和重叠量.该算法将不同形态的球谐单元离散为由一系列点组成的零水平集函数和空间离散水平集函数,并将单元间的接触问题转化为两个水平集函数间的求解问题.通过将一系列零水平集点代入邻居单元的空间离散水平集函数中进行三线性插值,可确定两个接触单元间的多接触点及作用力.为检验基于水平集算法的球谐离散元方法的可靠性,对单颗粒与刚性壁面的弹性碰撞、单颗粒自由下落和多颗粒动力堆积过程进行了离散元模拟,研究了颗粒的平动和转动动能随时间的变化规律.计算结果表明,基于水平集算法的球谐离散元方法可准确地计算单元间的接触碰撞作用,并可保证弹性碰撞时颗粒系统的能量守恒及非弹性碰撞时颗粒系统的能量衰减直至动能为零.在此基础之上进一步分析了不同表面凹凸特性对颗粒堆积中体积分数和平均配位数的影响,为任意形态颗粒材料的数值模拟提供了一种有效的离散元方法.