粒子法和离散元法在管土耦合分析中的应用

为克服管土耦合分析中土体分层、压缩、运移、流变等大变形问题,传统有限元分析技术需借助新的土体模拟及耦合方法。其中,基于纯拉格朗日的粒子法(PM)和细观离散单元理论的离散元法(DEM),因其在土体大变形领域的独特优势而得到广泛关注。针对管道沿线最常见的地质灾害和第三方扰动行为,利用光滑粒子流体动力学(SPH)分析土质滑坡大变形、黏性泥石流冲刷下管道的受力变形特征,获取管道受土中近场爆炸冲击下的动态响应规律,精确模拟了爆炸土中成腔、土体层裂、压缩等现象,联合离散元法中的颗粒流软件(PFC)与三维有限差分程序(FLAC 3D)再现挖机多铲掘进下土体的运移过程,得到管体的载荷累积效应。多次实践表明:以SPH为代表的粒子法和以PFC为代表的离散元法均能较好解决管土耦合分析中土体的非线性大变形问题,引入流体动力学手段,达到了土体变形研究方法多元化的目的,为进一步研究土中多物理场耦合响应机理奠定了基础。

火箭橇水刹车高速冲击入水安全性分析

为对其结构安全性进行分析,采用拉格朗日-光滑粒子流(SPH)方法建立了火箭橇水刹车高速入水的冲击动力学有限元模型。计算了水刹车正常入水、阻力管堵塞及倾斜入水时不同吃水深度的结构冲击应力,获得了水刹车结构安全性结果。分析表明:结构钢水刹车在翼刀及阻力管同时入水及阻力管完全堵塞入水时出现塑性变形或破坏,水刹车甚至失去制动能力,建议使用水刹车时采用分阶段入水方式,同时进一步加强结构强度。