不同粉煤灰掺量下SCC单轴压缩试验离散元数值分析

为了研究不同粉煤灰掺量自密实混凝土的力学性能变化及破坏性状,利用PFC2D中的FISH语言及该程序自带的线性黏结模型,建立不同粉煤灰掺量自密实混凝土单轴压缩试验离散元模型,并与实际试验结果进行对比,分析其内部破坏形态与力链变化。研究表明:不同粉煤灰掺量FA-SCC的极限强度呈先增后减的趋势,破坏裂缝均为对角裂缝,区别在于中部竖向裂纹数量不同,建立的二维离散元数值模型可以很好地模拟粉煤灰自密实混凝土结构轴压破坏时材料内部微裂纹产生、裂缝扩展及对角贯通裂缝形成的过程,弥补了室内试验仅仅依靠肉眼观测的不足,同时模型输出的不同粉煤灰掺量自密实混凝土的轴压强度及应力应变曲线与实验室试验结果高度贴合,最大抗压强度误差不超过7.1%。

基于离散元与有限元耦合的料斗衬板磨损分析

针对转运系统转载物料过程中料斗衬板的磨损影响运输效率的问题,改用新型钢基陶瓷复合衬板来代替传统耐磨钢,采用离散元法(distinct element method,DEM)描述颗粒物料运动过程,通过Archard磨损模型分析预测不同工况条件下衬板磨损规律,并通过磨损规律和磨损特征验证了磨损模型的合理性。基于DEM的有限元法(finite element method,FEM)耦合方法分析了衬板应力与变形特性。研究结果表明:料斗衬板的最大磨损深度随颗粒度增大而减小,随传送带带速、衬板安装高度、衬板安装倾角的增大而增大。结合实际来看,衬板在粒径25mm、带速2.8m/s、高度3000mm、角度60°的工况下磨损最小。铁矿石散料对衬板的摩擦和冲击作用造成的应力较大的位置主要集中在衬板连接的螺栓孔周围,磨损最严重的位置多为颗粒与衬板优先接触区域,因此,为了降低应力集中,应该在衬板连接处加强螺栓孔的强度并进行圆角设计。

考虑颗粒破碎的砂土中鱼雷锚贯入离散元分析

鱼雷锚作为一种新型深海锚固装置,在海洋油气开发等工程中应用广泛,但目前关于钙质砂海床中鱼雷锚贯入特性的研究较为匮乏。基于离散元方法,对钙质砂地基中的鱼雷锚贯入过程进行了数值分析,通过与已有室内试验结果的对比验证了数值模型的可靠性,数值模拟重点分析了鱼雷锚贯入过程中锚周土体颗粒破碎的演化规律及其对锚体贯入特性的宏细观影响。结果表明:在鱼雷锚贯入过程中,锚尖及锚端周围土体破碎严重,锚侧颗粒破碎相对较弱,颗粒破碎数量随着贯入深度的增加而增加;颗粒速度场分布基于锚体中心轴基本对称,随着贯入深度的增加,颗粒速度场分布范围扩大,颗粒运动速度峰值在贯入过程中先增加后下降;随着贯入深度增加,应力峰值先增加后逐渐减少,在翼板开始接触土体后,应力峰值达到最大值。研究结果可为岛礁工程动力锚贯入设计提供参考。

基于离散元法的岩质高边坡稳定性分析

岩质边坡的失稳往往是在不良结构面的控制下发生的,特别高陡岩质边坡的失稳破坏。某抽蓄电站下库库尾段为露采矿山遗留的岩质高边坡,距离拟建下水库库尾段直线距离仅45 m,对工程建设存在巨大安全隐患。在人工测窗的基础上,利用三维激光扫描技术获取了岩质边坡结构面的详细数据,并结合离散元PFC2D方法对该岩质边坡进行分析和评价。结果表明,该岩石边坡主要发育NE60°~70°/NW∠3°~7°、NE13°~70°/SE∠70°~87°和NW293°~330°/SW∠71°~90°三组结构面。岩石边坡在天然工况下基本稳定,在暴雨、地震工况下稳定性差或不稳定,5 m~10 m深度范围可能会产生垮落和掉块现象,估算潜在危岩体约4.8×10^(4)m^(3)。

月面手动插旗过程的离散元-有限元耦合分析

在月球表面插入旗帜对人类探索宇宙具有重要意义.本文采用离散元G有限元耦合算法对手动插旗过程进行数值分析,首先,建立月壤的离散元模型、旗杆的有限元模型以及月壤与旗杆相互作用的离散元G有限元耦合模型;然后,对旗杆的结构进行优化设计以提高其稳固性;最后,提出三种不同的插旗方式并讨论不同插旗方式下旗杆的动力特性.研究结果表明,离散元G有限元耦合算法对月面插旗过程的模拟是有效的;底部尖锐度及稳定支架开叉角度的合理设计有利于增大旗杆的入壤深度和旗杆的稳固性;增大直接插入法中轴向力、提高敲击插入法中敲击力和敲击频率均可以增加旗杆的入壤深度;旋转插入法中旋转速度和旋转频率对插入过程影响较小.以上研究可为月面手动插旗提供有效的方案和理论参考.

某水电站2#倾倒体时效变形及失稳模式的离散元分析

为深入研究倾倒体变形破坏全过程特征,以某水电站消力塘左岸2#倾倒体为例,在野外调查基础上,利用离散元模拟,从模型时效变形及变形机理出发,分析该倾倒边坡在现状及地震作用下的失稳模式。结果表明:当边坡变形累积到一定程度,不稳定地质体将发生失稳,其位移表现为宏观的快速增加,若地质体的失稳是强震触发的,其位移还具有一定的“震荡”特征;倾倒边坡前期或前中期的变形破坏以沿结构面的剪切错动为主导,之后,随着拉张效应的逐渐积累,变形转为以沿结构面的拉张破裂为主;地震作用下,边坡中质点的水平速度及加速度均有高程放大效应,其中加速度放大系数大于速度放大系数,边坡破坏时,由于动力波的加速效应及岩体弹性应变能的释放将获得较大的水平加速度,表明岩体中的弱面对于岩质边坡的稳定性起控制作用;现状条件下,2#倾倒体整体稳定,其失稳模式以浅表层岩体的局部垮塌或沿小型山脊的滑塌为主,而遭受地震时则有整体失稳的可能,若整体失稳,其失稳过程应为:表层松动岩体率先垮塌、滚落→坡体震裂松弛→形成“滑移-拉裂”型滑坡。

甘肃中部供水黄土隧洞开挖离散元数值分析

为探究甘肃中部供水工程黄土隧洞开挖期围岩应力及位移变化问题,文章基于室内三轴试验和隧洞围岩现场监测结果,利用离散元方法建立隧洞开挖数值模型,得到洞周围岩的接触力场、速度场、接触破坏数量及系统动能的变化规律。研究结果表明:隧洞开挖初始,洞周土体颗粒间接触力显著增大,产生应力集中现象,且颗粒有向隧洞内部挤压的过程,接触剪切破坏数量和系统动能迅速增长。随着隧洞开挖后的逐步稳定,颗粒的应力和运动向隧洞上部发展,下部围岩首先趋于稳定,接触剪切破坏数量增长缓慢,系统动能不断衰减。最后,围岩应力重分布,隧洞处于新的稳定状态,围岩破坏模式主要以剪切破坏为主,不同位置处围岩位移值关系为:顶板>边墙>底板。

月球车与月壤交互作用的离散元-多体动力学耦合建模

目前,对于散体颗粒物质与复杂机械系统的耦合作用研究,面临着跨尺度、计算规模庞大以及非光滑表面的接触检测困难等问题。为了探究月球车与月壤交互作用,首先对颗粒-多体耦合系统动力学建模与接触算法进行研究。分别用离散元方法(discrete element method, DEM)和多体动力学(multibody dynamics, MBD)笛卡尔方法建立了散体球形颗粒和含约束多体系统的动力学模型,并基于Hertz-Mindlin模型计算颗粒与刚体的接触力,在此基础上给出顺序耦合策略,建立了离散元和多体耦合的动力学模型。针对月球车齿状车轮的非光滑表面与颗粒之间接触检测规模庞大的问题,提出了非光滑形状物体的分区域局部检测方法,降低了局部检测的规模。通过对比圆柱体冲击颗粒的试验和仿真结果,验证了离散元-多体耦合模型的准确性。在耦合动力学建模和接触算法研究的基础上,对具有齿状车轮的月球车在月壤上行驶过程进行动力学仿真,研究不同驱动参数下的系统动力学特性以及不同轮胎形状对行驶运动的影响,研究结果表明,交错形轮齿的月球车相较直齿形轮齿前进距离多14%,前进效率较高,该研究对月球车的设计具有理论指导意义。

考虑颗粒形状的离散元法在岩土工程中的应用进展

随着计算条件的不断发展,颗粒离散元方法在岩土工程数值分析中已有一定应用。在真实条件下,颗粒形状往往较为复杂,因此对复杂颗粒形状的模拟在研究岩土颗粒材料物理力学特性中至关重要。简要阐释了目前颗粒离散元法在岩土工程中的应用现状,并重点分析了离散元模拟颗粒形状的两方面:模拟典型颗粒形状,模拟真实颗粒形状;同时根据已有研究总结离散元模拟颗粒形状方法存在的一些问题,提出颗粒形状模拟在岩土工程中的应用前景。

扦样机混样模块的有限元分析

中国作为粮食大国,历来重视粮食储存安全问题。目前,国内粮库一般使用扦样机对仓内粮食进行抽样检测,但是准确率较低。因此,高质量的扦样设备更能保证粮食检测结果的准确性。以电机驱动的扦样机的混样模块为研究课题,主要研究任务是对该混样模块进行有限元分析,主要研究任务有以下几个部分:使用EDEM离散元软件,确定工作过程中各部件的受力大小;将混样模块的模型导入进有限元分析软件中,对其进行前处理;分析该模块的受力情况,并提取其中最容易断裂的搅拌叶片进行更精细的有限元分析。

基于ANSYS/EDEM的球磨机筒体优化仿真分析

为了提高球磨机的磨粉效果,利用离散元软件EDEM和ANSYS进行仿真模拟试验分析。结果表明:圆形衬板的最大磨损量为6.0138×e^(25),矩形衬板的最大磨损量为7.5474×e^(-6),双波形衬板的最大磨损量为2.7621×e^(-7)。通过分析可知,双波形结构的衬板磨损量最小;1—6阶各阶模态频率、激振频率远低于最小阶固有频率0.23658 Hz,不会发生剧烈振动;滚筒的驱动频率与磨球的冲击频率远小于筒体的各阶固有频率,筒体结构的固有频率对于筒体的振动幅度影响不大。用优化前后的设备对同批样品进行试验,设备优化前的产品颗粒直径平均为108.9μm,优化后平均为48.1μm,颗粒直径明显变小且更稳定,说明优化后磨粉效果更好。

基于离散元的GFRP筋-水泥土界面黏结特性分析

加筋水泥土结构的承载性能取决于筋体-水泥土界面的黏结性能。为深入探究GFRP筋-水泥土界面黏结性能的发挥机制,采用国产矩阵离散元软件MatDEM对水泥土中GFRP筋拉拔试验进行了数值模拟。首先,将数值模拟得到的荷载-位移曲线与试验结果进行对比,验证了数值模型的可靠性;然后,通过模拟计算分析筋体-水泥土界面位移场演化、剪切带发展及胶结破坏演化规律,从细观上揭示了GFRP筋-水泥土界面黏结滑移机理;最后,通过参数分析研究了GFRP筋体肋形态特征对界面黏结滑移特性的影响规律。研究结果表明:(1)GFRP筋-水泥土界面黏结滑移全过程发生两次剪切破坏,当拉拔位移至4 mm时发生第1次剪切破坏,当拉拔位移为10 mm时发生第2次剪切破坏;(2)剪切带厚度与剪切颗粒数随拉拔位移的增加总体呈上升趋势,在拉拔初期上升趋势相对明显,随着界面滑移发展上升趋势逐渐减缓;(3)胶结破坏点随着拉拔位移的增加逐渐从界面处沿径向往两侧水泥土扩展,胶结破坏曲线与荷载-位移曲线都存在分段现象,且两者之间存在对应关系。(4)GFRP筋体的肋距主要影响界面荷载峰值和谷值对应的拉拔位移,肋高对界面荷载峰值和谷值显著影响,且在恒定肋距下,存在最优肋高可最大程度调动界面黏结强度。研究成果可以为加筋水泥土结构界面承载设计计算实践提供必要参考。

基于离散元法的TBM边滚刀破岩载荷特性研究

为了研究全断面隧道掘进机(以下简称TBM)17寸盘形边滚刀回转破岩过程,运用离散元软件EDEM分析相关参数(贯入度、倾角、倾角差)对破岩载荷影响。文章利用滚刀线切割试验验证仿真模拟的合理性,建立边滚刀回转顺次破岩数值模型,通过仿真模拟对载荷特性分析,仿真结果表明:在一定的取值范围内,滚刀贯入度的增加会导致平均载荷力的增加;倾角的增大会导致平均载荷力的减少;倾角差的变化对平均载荷影响不大。该方法可为刀具布置及滚刀性能预测提供参考。

基于EDEM的回转组合多层筛筛选过程的离散元分析

回转组合多层筛是粮食和油料的高效清理设备。借助三维建模软件,建立了回转组合多层筛三维实体模型,基于离散元仿真软件EDEM模拟了小麦在筛选过程中的运动情况。改变筛体的运动参数(回转半径、回转频率及筛面倾斜角度),通过数据后处理得到物料中小麦颗粒、杂质颗粒的运动情况,分析各参数对物料推进速度、杂质去除率和小麦提取率的影响。结果表明,回转组合多层筛回转半径在20~25 mm之间、回转频率在6~7 Hz之间、筛面倾斜角度在6°~8°之间时,物料推进速度快、处理量大、除杂效率高、小麦损耗少。研究结果为回转组合多层筛的仿真研究提供数据支持。

基于离散单元法的灰岩地区串珠溶洞承载力分析

研究桩基荷载作用下的溶洞稳定性对建筑工程有着重要的意义。本文以广州市白云机场北某项目为依托,利用PFC2D颗粒流软件,建立灰岩地层下桩基溶洞离散元模型,研究串珠溶洞的溶洞距离、串珠溶洞下方溶洞径长和桩基贯穿溶洞嵌岩深度3个不同影响因素对桩基承载力的影响。主要结论如下:(1)在桩基下伏双溶洞情况下,溶洞间距的增加会提高桩基极限承载力,当溶洞距离超过6倍桩径,增加溶洞间距对桩基承载力基本无影响;(2)在桩基下伏双溶洞情况下,下方溶洞径长的增大会降低桩基极限承载力,当下方溶洞径长超过6倍桩径时,增加下方溶洞径长对桩基承载力基本无影响;(3)对于桩基贯穿溶洞,当嵌岩深度大于桩体径长时,此桩基的极限承载力接近于无溶洞情况下的桩基承载力,提高嵌岩深度对桩基承载力几乎基本无影响。

商南县金家坪滑坡形成机理离散元模拟分析

国内外学者针对滑坡的离散元模拟研究已经取得了大量成果,而采用离散元角度分析,以指导实际工程治理,提供新思路。以商南县金家坪滑坡为研究对象,采用离散元法建立二维数值模型,探讨滑坡的形成机理和滑坡特征,提出针对性的滑坡防治建议。结果表明:由碎石层构成的多级梯田陡坎发生不同程度的滑动,而后部颗粒由于失去前部颗粒的支撑,也发生向下滑动,因此整个碎石层发生整体滑动,其他两层由于受降雨影响较小未发生显著滑动,因而判断滑动带为碎石层与粉质粘土层的交界面处,这与现场调查和钻探揭露的情况保持一致,验证了模拟结果的可靠性。基于上述分析,建议对该滑坡采用重力式挡土墙+抗滑桩+防排水综合治理措施进行工程防治。

离散元-边界元动力耦合模型在地下结构动力分析中的应用

利用离散元 边界元耦合模型对溪洛渡工程地下厂房洞室群静、动力响应进行了分析 ,对离散元模拟地下结构的一些问题进行了探讨 ,得到了一些结论 :离散元模型能够很好地模拟地下洞室群的变形 ,通过与边界元的耦合 ,可以模拟辐射阻尼的影响 ,由于辐射阻尼的影响 。

基于离散元法和响应面法的铧式开沟器设计

针对铧式开沟器开沟阻力大,保墒效果较差的问题,文中对铧式开沟器的开沟过程进行受力分析,以脊线曲率半径、斜切角、入土隙角为试验因素,开沟阻力和沟宽变异系数为试验指标,进行了三因素五水平仿真试验。基于SolidWorks和EDEM对开沟器模型进行建模并仿真,利用Design-Expert 10.0和MATLAB对仿真结果进行分析,求解得到开沟器最佳设计参数,制作开沟器并进行土槽试验。结果表明,离散元仿真与真实结果趋于一致,能够反映开沟器的真实工作情况,验证了此种设计方法的可行性和离散元仿真的准确性。

复杂巨型滑坡形成机制三维离散元模拟分析

滑坡位于金沙江下游某拟建的大型水电站库区左岸,距坝址较近,总体积约为2560万m3,属特大型滑坡,其稳定与否将直接威胁到大坝安全和水库正常运营。由于滑坡成因复杂,对其进行合理评价和科学预测尚有困难。为此,结合野外详细勘查资料的分析,对其形成机制进行了定性分析,认为主要以滑移-弯曲型为主,局部可能存在滑移-拉裂或蠕滑-拉裂变形。在此基础上,运用三维离散元数值模拟分析方法,再现了其变形破坏演化过程,进一步证实了其滑移-弯曲型变形破坏机制,很好地解释了主滑带低于现今河床、主滑体南侧边界比较模糊等原因,从而为其发展演化趋势、稳定性和危害性评价提供了有力依据。

昌马水库枢纽工程右岸岩石边坡稳定性的离散元法分析

本文采用离散元方法研究了昌马水库排沙泄洪洞大规模塌方对右岸岩石边坡稳定性所造成的影响 ,分析了右岸岩石边坡在施工期和蓄水期的静、动力稳定性及岩石边坡可能的破坏形式。分析结果为实际工程处理方案的确定提供了依据。