考虑物理性质参数变化的膨润土缓冲材料水-热耦合SPH数值解

为了研究热源温度和外界水压对缓冲层中水-热迁移规律的影响,以GMZ膨润土为例,从基于势能的非饱和土的水-热迁移控制方程出发,考虑了蒸发效应的影响,得到了水-热耦合的方程组,采用改进的光滑粒子流体动力学(SPH)算法,能够对每一处土体根据不同时刻的不同状态实时更新计算参数,得到参数变化的水-热耦合解。计算结果表明:土的物理性质参数与土体的温度和饱和度密切相关,是否考虑这些参数的变化会对计算结果产生较大影响;核废料释放的热量能够在较短的时间内扩散到外边界,水分迁移的速度则相对慢很多;缓冲层温度的升高会加快水分的迁移速度,外界水压对温度的分布则影响较小。

基于SPH无网格法的纺锤形桩靴连续贯入过程模拟

纺锤形桩靴在饱和土中贯入过程涉及土体极大变形和复杂的土、水、结构三者耦合作用,由于网格畸变问题,采用传统网格类数值方法很难进行模拟。SPH无网格法借助于一系列粒子进行插值,粒子与粒子之间无联系,将偏微分形式的控制方程转化为常微分方程组进行求解,可有效避免网格畸变问题。基于土-水-结构耦合SPH无网格算法,对桩靴在中密、密实砂土及饱和黏土中的连续贯入过程进行模拟,研究土体存在极大变形条件下桩靴贯入阻力、超孔隙水压力及总应力等物理量在贯入过程中的变化规律,并与CEL大变形有限元分析结果及室内离心机测值进行对比和分析。研究结果表明:采用土-水-结构耦合SPH算法可以准确地捕捉土、水混合物发生大变形时的自由面特征、贯入阻力、孔隙水压力及超孔隙水压力等物理量。

水射流冲埋砂质海床土体数值模拟

基于SPH-FEM耦合算法,利用ANSYS/LS-DYNA软件建立水射流与海床土体的2D模型,研究水射流冲埋砂质海床土体的过程,分析冲埋过程中的应力波特性及喷射压力和砂质海床土体物理力学指标对冲埋速率的影响规律。结果表明:应力波在海床土体内部沿水射流中心线方向形成,且在扩散过程中能量不断耗散,应力最大值在水射流中心线与海床土体表面接触点处。喷射压力越大,冲埋速率越快,同一时刻的冲埋深度随喷射压力的增大呈线性增长;对于具有相同密实度的砂质海床土体,冲埋速率随剪切模量的增大而降低,且水射流速度越大,剪切模量的影响越显著;对于细砂类砂质海床土体,冲埋速率随内聚力和内摩擦角的增大呈线性下降的趋势;土体孔隙率对冲埋速率的影响较小;经与相关参考文献中提供的侵蚀深度对比,证明数值模型的准确性。通过对数值模拟结果进行拟合,得到冲埋深度与时间的关系式,可作为不同海床土体条件下选择合适喷射压力的参考。

冰雹的数值模拟方法初探

冰雹的撞击对于飞机的整个结构存在着巨大的威胁,偶尔的一次遭遇冰雹袭击也是对飞机结构性能的严峻考验。由于实验测试需要投入大量的人力财力,因此,建立冰雹的数学模型显得尤为重要。目前所建立的数值模型主要有三种:有限元(FE)模型,任意拉格朗日-欧拉(ALE)模型和光滑粒子流体动力学(SPH)模型。首先论证了这些数值模型与实验测试结果吻合的情况,接着模拟了冰雹撞击飞机发动机进气道的过程,最后通过对这三种冰雹模型的比较,得出了SPH模型是分析冰雹撞击飞机问题的最有效、最好的模型的结论。

磨料水射流多维参数对混凝土致裂性能影响特征

为提升磨料水射流(AWJ)技术在灾后混凝土结构应急中破拆中的应用水平,研究磨料水射流冲击破碎混凝土情况。首先,基于光滑粒子(SPH)法与有限元法(FEM)耦合的方法,构建磨料水射流冲击混凝土模型,然后通过改变磨料粒径、物性及磨料体积分数等参数,探究其对磨料水射流冲击破碎混凝土的影响机制。研究结果表明:粒径为0.2 mm的磨料水射流对混凝土基体产生的损伤最大,粒径为0.1 mm磨料水射流工况中基体破裂点距顶面最近,粒径为0.4 mm磨料水射流产生裂纹数量最多且容易导致基体破裂;石榴石磨料水射流对混凝土裂纹轴向扩展有利,精钢砂磨料水射流对混凝土裂纹径向扩展有利;磨料水射流对混凝土裂纹径向扩展影响为:磨料低积分数10%最大20%次之,15%最小,磨料对混凝土裂纹轴向扩展影响为磨料体积分数20%最大,10%次之,15%最小。

基于SPH方法航天器含贮箱液体晃动分离动力学研究

航天器在轨分离属于空间微重力环境下的多体动力学,而液体晃动属于复杂的非线性动力学,本文采用光滑粒子流体动力学方法(SPH方法)模拟航天器贮箱中带有自由表面的液体非线性晃动,建立了含贮箱液体晃动的航天器耦合分离动力学模型,通过航天器分离动力学及流-固耦合动力学分析,解决了贮箱燃料液体大幅晃动对航天器分离姿态的影响问题,给出了液体晃动对航天器产生的干扰力和力矩,对比了考虑液体晃动和假设贮箱液体为刚体得到航天器分离姿态的差异,不同液面高度对航天器分离姿态、干扰力和力矩的影响情况,分析结果为弹簧分离机构的优化设计和分离安全性设计提供参考,同时提高了航天器在轨姿态控制设计的可靠性.