基于离散元方法的复合绝缘子表面污秽沉积模型

污秽颗粒在复合绝缘子表面的沉积会影响其电气特性,导致沿面放电甚至污秽闪络的发生,从微观的角度探究其沉积机理,能够为电力系统的稳定运行提供理论依据。文中基于JKR接触力学理论,通过传统牛顿力学法和离散元方法分别对颗粒碰撞过程中的受力情况进行分析,提出综合考虑法向碰撞、颗粒反弹速度的碰撞沉积模型。根据不同碰撞沉积模型进行仿真实验,将所得结果与现有实验结果进行比较。结果表明:对比牛顿力学方法,离散元方法得到的碰撞沉积模型更能准确预测SiO_(2)颗粒在复合绝缘子表面的沉积情况。绝缘子表面颗粒沉积数随粒径的增大呈先增大后减小的趋势,在粒径20μm时达到最大沉积数。改变风向,绝缘子串中压端与高压端NSDD的比值随风向角度的增大而减小,下表面与上表面NSDD的比值随角度的增大而减小。绝缘子表面颗粒沉积数随风速的增大呈先增大后减小的趋势,并在±30º时达到最大。该文模型能够更为准确的描述污秽颗粒在绝缘子表面的沉积过程,研究结果有助于完善复合绝缘子表面污秽沉积机理。

极地海冰动力过程的多面体离散元方法

极地海冰影响局部海域的通航条件乃至地质尺度上的气候预测,由于基于连续介质理论的海冰数值模式如网格方法难以应对浮冰尺度的模拟,近年来离散元方法越来越多用于海冰动力学领域。本文使用基于表面网格划分的多面体描述浮冰,通过使用GJK(Gilbert-Johnson-Keerthi)算法以进行初步接触判断并提高计算效率,采用基于能量守恒接触理论确定单元间接触力,由此建立了极地海冰多面体离散元方法。将该方法应用于极地海冰动力过程模拟,并考虑Hopkins提出的冰脊形成导致的海冰间塑性接触力。首先通过两个浮冰间碰撞模拟以验证接触力计算的正确性,再通过对单向均匀风场下浮冰挤压的模拟验证冰脊生成的模拟能力,最后研究冻结强度参数对剪切风场下冰盖断裂和冰脊生成的影响。结果表明,极地海冰多面体离散元方法能够合理地反映地质尺度海冰的动力过程,并且可有效地模拟冰盖线性运动引起的冰隙和冰脊等动力特征。

基于离散元方法的千枚岩隧道掌子面稳定性研究

千枚岩隧道在施工过程中由于围岩软弱破碎,易在掌子面附近发生失稳塌方。文章采用颗粒流软件PFC模拟炭质千枚岩三轴试验,标定围岩材料的细观参数,以此构建隧址区三维离散元数值计算模型,模拟隧道在不同开挖进尺和开挖方法下开挖支护全过程,分析隧道开挖后掌子面位移发展规律和开挖扰动区分布范围特征,揭示千枚岩隧道掌子面失稳机理。数值计算结果表明:随开挖进尺的增大,隧道开挖扰动区范围增大;在不同开挖方法中,台阶法的开挖扰动区范围最小。相关研究可为类似软弱破碎围岩隧道的设计和施工提供参考。

一种求解线弹性问题的无闭锁低阶虚拟元方法

研究了二维区域上线弹性问题的低阶虚拟元方法.用不连续的分段线性向量值函数增扩低阶协调虚拟元空间来构造离散空间,设计了一种离散方法,证明了能量范数下的误差是最优收敛的,和Lamé常数λ无关.最后给出数值算例验证了理论结果.

采用有限元+边界元方法研究非饱和地基中群桩基础的动力阻抗

采用边界元结合有限元法研究了非饱和地基群桩基础动力阻抗。根据梁模型建立桩体动力控制方程,结合有限元方法建立群桩基础数值模型;基于非饱和多孔介质动力控制方程组,采用加权残余法和拉普拉斯变换,推导非饱和地基边界元法控制方程,根据伴随矩阵性质推导其Green函数基本解答。基于桩体和地基土接触面作用力平衡条件和位移相容原理,建立非饱和地基边界元模型和群桩基础有限元模型的耦合数值模型;研究土体饱和度、桩体间距、长度、数目和地基分层等参数对群桩基础动力阻抗的影响。研究发现:地基饱和度增加可降低群桩基础刚度系数;荷载频率较低时增大饱和度可减小群桩基础阻尼系数。增加桩基数目和地基饱和度可增大桩基与地基土相互作用。下卧基岩分层地基可提高桩基与土体的相互作用,且对群桩水平阻抗影响显著。

基于离散元方法的回转炉结构优化设计

回转炉内化学气相沉积包覆是生产锂电池硅碳负极的主要方法。回转炉结构影响颗粒的运动特性进而影响颗粒的包覆效率和包覆均匀性。应用离散元方法模拟颗粒运动,以颗粒堆积角为响应值,基于HEEDS软件对DEM仿真所需参数进行参数标定,设计回转炉实验验证参数可靠性,结果表明,仿真与实验颗粒分布特性相似。回转炉运动仿真分析颗粒的运动和分布特性,以轴向分布方差和数量高度分布为颗粒离散度性能指标,设计更优的回转炉结构。

基于离散元方法的分级破碎机受力磨损分析

破碎机的工作转速与物料硬度之间的关系直接影响分级破碎设备的齿辊和耐磨衬板的受力和磨损情况。基于离散元仿真软件EDEM,针对不同硬度的颗粒、齿辊的工作转速对分级破碎机的破碎过程进行仿真分析,得到了颗粒的硬度与齿辊和耐磨衬板受力、磨损的关系,为分级破碎机的设计和实际生产提供了理论依据。

非线性色散耗散波动方程混合元方法的超逼近分析

主要基于不完全双二次元和一阶BDFM元对非线性色散耗散波动方程建立了一种混合元格式.首先在半离散格式下,利用单元具有的高精度结果和插值与投影相结合的技巧,得到了原始变量和中间变量的超逼近结果.然后在时间方向上借助一个新的二阶差分格式,建立了该方程的全离散逼近格式,并进一步给出了原始变量和中间变量的高精度分析.

基于L型域上泊松问题的虚拟元方法

本文应用虚拟元方法研究L型域上泊松问题。首先构造虚拟元函数空间,并给出空间中函数的自由度。其次对空间进行虚拟元离散,构造与问题相关的投影算子。然后借助自由度来计算投影算子,得到连续问题的虚拟元离散形式,而后对离散形式进行误差分析。最后给出泊松方程的数值计算,通过不同范数意义下的相对误差与绝对误差,可以看出随着网格剖分的细化,数值解的收敛效果变得更好。当网格剖分最细时,数值解的收敛效果最好,验证了虚拟元方法的有效性和准确性。

基于界面问题的浸入式虚拟元方法

提出了一种浸入式虚拟元方法,该方法用来求解二维空间中二阶椭圆界面问题,克服了构造的空间无法同时满足协调性和跳跃条件的不足。其核心思想是将形状规则的非适配网格上的协调虚拟元空间进行离散化,并将其投影到界面单元上的浸入式有限元空间上,这些界面单元是由背景网格上的界面线切割而成的,使得所提出的方法继承了拟合和非拟合网格方法的优点。进一步给出此方法的严格理论推导和最优误差估计,最后进行数值算例求解。通过计算数值解与解析解误差的L^(2)和H^(1)范数,并通过误差的线性回归图,可以看出L^(2)和H^(1)范数分别以Ο(h^(2))和Ο(h)速率收敛,表明理论分析结果是正确的。

基于离散元方法的拉链式压裂效果影响因素分析

井间应力干扰对页岩储层“井工厂”模式开发效果影响显著,致使储层改造结果与设计方案存在一定误差,准确分析和确定井间应力干扰作用下的裂缝扩展规律是当前一个亟待解决的问题。基于离散元方法建立三维拉链式压裂裂缝扩展模型,研究水平主应力差、压裂液排量以及井间距对裂缝扩展形态的影响,以及定量分析对裂缝总体积的影响程度。研究结果表明,井间距小于80 m,裂缝尖端易发生偏转,即井间距较小条件下井间应力干扰明显;各因素对裂缝总体积的影响程度主次顺序为:压裂液排量>井间距>水平主应力差,因此现场施工时主要调整压裂液排量来改善压裂效果;水平主应力差对裂缝总体积影响不显著,主要决定裂缝尖端偏转程度,水平主应力差小于6 MPa时裂缝易发生偏转而形成复杂裂缝网络,在此基础上增大压裂液排量到0.3 m~3/s以及增加井间距到80 m,可使水力裂缝总体积从326.36 m~3增大到482.75 m~3,增大了47.92%。研究结果对优化水平井拉链式压裂工艺措施提供参考,对提高页岩储层采收率具有重要借鉴意义。

离散元方法及其在海洋工程中的应用综述

离散元方法(Distinct Element Method,DEM)作为一种适于分析非连续介质力学行为的数值模拟方法,已广泛应用于海洋工程领域。介绍DEM基本原理,基于大量文献调研,归纳总结DEM在海洋工程中的应用现状,包括海洋工程装备与海冰、海床相互作用以及海床冲刷与颗粒运移模拟等方面的应用,并对DEM在海洋工程中的应用发展趋势进行探讨。

基于水平集-离散元方法的球谐函数颗粒材料缓冲性能分析

在自然环境与工业领域中,颗粒材料是一种常见的缓冲材料,其中大量形态各异的非球形颗粒表现出复杂的力学特性并应用于不同工程领域。本文采用球谐函数构造不同球面度和表面凹凸特性的非规则颗粒,通过水平集方法计算球谐函数颗粒间的接触点和碰撞力,并对冲击过程中球形和凹形颗粒的缓冲性能进行离散元分析。数值结果表明,颗粒床厚度、冲击速度和颗粒形状显著影响球谐函数颗粒材料的缓冲性能。颗粒床底部的冲击力峰值随着颗粒床厚度和表面凹凸性的增加而降低,同时冲击力峰值随着冲击速度和颗粒球面度的增加而增加。与球形颗粒相比,球谐函数颗粒具有凹凸表面和多接触点特性,这有利于冲击荷载向四周扩展并提高凹形颗粒的缓冲效果。

辐射扩散方程基于虚拟元方法的一个保正守恒格式

作为近年来广受关注的一种数值方法,虚拟元方法具有很多优势。但在求解实际问题导出的一些辐射扩散方程时,该方法可能无法保证数值解的非负性及一般多边形网格上的局部守恒性。针对辐射扩散方程,利用非线性两点流逼近方法作为后处理措施,提出了一种基于虚拟元方法的保正守恒格式。该格式通过最低阶虚拟元方法得到数值解的单元顶点值,再利用非线性两点流逼近方法得到数值解的非负单元中心值,同时使格式满足局部守恒性。任意多边形网格上的数值结果表明,该格式具有保正性和解的近似二阶收敛速度,对于处理含强间断或非线性扩散系数的辐射扩散问题均有较强的适应性。

求解带有奇异函数泊松问题的虚拟元方法

本文运用虚拟元方法求解带有奇异函数的泊松问题。首先给出了在多边形域上的二维泊松问题,构造非协调扩展虚拟元空间,对如何处理在多边形域的拐角处出现的奇异点进行讨论,给出自由度的计算方法,引入投影算子,得到相应的虚拟元离散格式,而后对虚拟元离散形式进行误差分析,最后在多边形网格上对带角奇点的L型域问题进行数值计算,结果证实了理论分析的正确性。

科学哲学中的元方法论问题

元方法论是关于如何评价科学方法论的更高阶的哲学理论。在过去的几十年里,拉卡托斯提出了编史研究纲领方法论,劳丹提出了直觉主义和自然主义的元方法论。文章力求系统介绍并具体分析以上三个项目的理论贡献和存在的困难。基本结论是每种理论都使我们对该问题的理解有所启发,元方法论研究在过去的几十年里很有成就。如果我们在拉卡托斯的历史主义,早期劳丹的直觉主义,和劳丹的新自然主义之间作一个正反优缺点的比较,我们就能感到一种退步。新潮的科学史研究将为元方法论的理论建构带来新的希望。

虚拟元方法求解混合边界条件下的线弹性问题

研究虚拟元方法求解具有混合边界条件的线弹性问题.首先给定具有Dirichlet和Neumann混合边界条件的二维线弹性问题,通过变分原理得到其弱对称形式的变分格式,其次通过构造虚拟元空间和自由度得到相应的离散格式,然后根据投影算子与插值算子得到原问题的误差估计,最后通过带孔板的数值算例验证理论分析的可行性.

求解线弹性双孔问题的虚拟元方法

本文研究虚拟元方法求解线弹性双孔板问题,该方法可以有效解决孔边缘出现的应力集中现象,能够克服线弹性问题的非物理上的压力震荡现象,而且具有剖分过程简单、网格适应性强、可以借助悬点优化边界问题、基函数不需要显式表达、借助特殊的投影算子及自由度求出刚度矩阵的优势,进而奠定了虚拟元方法在处理同类问题的地位。最后通过误差分析和数值实验,证明了虚拟元方法求解线弹性双孔板问题的有效性与可行性,因此,该方法可以为检验耦合杂交混合元、Galerkin法和有限元方法等其它近似方法提供参考。

塑性加工中的一种广义有限元方法

目前的塑性加工三维有限元分析软件存在着不能直接进行优化设计的关键问题 ,严重制约了这些软件的应用效果 .为解决此问题 ,比较分析了有限元法和上限元法的优、缺点 ,它们的缺点必须用含有更具体的专业基础理论的单元分析法才能克服 ,因而提出塑性加工的模型元分析法 .初步说明模型元分析法的基本原理、解题思路 ,以及模型元分析法与有限元法、上限元法在同一环境中的互补关系 ,证明模型元分析法的适用性 .指出模型元分析法是实现塑性加工分析软件智能化与优化设计功能的可行方法 .

用有限元/边界元方法进行结构声辐射的模态分析

采用有限元方法和边界元方法建立了轻流体介质中复杂结构振动声辐射的模态分析模型，可计算结构的模态辐射效率、场点声压、结构辐射声功率和辐射效率等声场特性参数．文中以板和加筋板结构的振动声辐射为例进行了模态分析，并与用远场 Ｒａｙｌｅｉｇｈ积分计算所得结果进行了比较．研究了激励力作用位置对板结构声辐射的影响和加筋板与板的模态辐射效率特点，并指出板加筋后会改变板的模态辐射效率规律．