强夯置换的ALE法仿真与夯击参数研究

为揭示强夯置换动态变形特征与地基加固变化规律,将基于有限差分原理的ALE法引入强夯置换仿真分析,建立三维ALE法强夯置换动力分析模型,模拟单次夯击与连续强夯置换地基加固过程,分析不同夯击参数对高能级强夯置换加固效果影响并应用于工程实例。结果表明:ALE法可描述碎石填料夯击流动变形,实现连续强夯置换仿真;回填碎石对夯击能吸收作用可削弱夯击地基加固效果,故采取“少填多夯”方式较合理;针对8000 kN·m高能级强夯置换,采用2.5 m夯锤直径有利于地基加固深度向下发展;夯锤高径比在0.3~0.5时能充分利用夯击能形成承载力均衡的复合地基结构,研究结论可为夯击参数比选提供依据。

CEL法与ALE法在海底管土作用数值仿真中的应用

针对海底管道与海床相互作用有限元仿真中普通拉格朗日单元因大变形而畸变的问题,需要选用更合适的仿真方法。本文首先分别采用针对网格大变形问题发展出来的任意拉格朗日欧拉(ALE)法以及欧拉-拉格朗日耦合(CEL)法建立有限元模型,借助模型试验数据验证数值仿真方法的合理性,并通过网格无关性分析,确定了ALE法与CEL法适合的单元尺寸。然后分别利用拉格朗日法、ALE法以及CEL法计算了海底管道垂向与侧向土体反力,通过对比分析得出各种方法在研究海底管土作用时的优、缺点。最后进行了管土作用试验,发现CEL法能够较好地反映管土作用中的速度放大效应。

触地爆炸土体弹坑的多物质ALE法分析

为了研究触地爆炸下土体产生的弹坑,在LS-DYNA软件框架内,提出了基于多物质ALE法的岩土爆炸弹坑数值模拟方法。多物质ALE法综合了拉格朗日方法与欧拉法的优点,不但解决了拉格朗日法中材料的畸变问题,而且克服了欧拉法中移动边界描述得不准确的问题,而且容许在一个网格中包含多种材料。利用该法进行了岩土爆炸弹坑的数值模拟,在后处理中通过物质的流动状态来判断弹坑的形态,而无需通过单元删除或网格变形的方法。模拟结果与CONWEP程序计算值基本一致,弹坑的形成过程和最终尺寸都与客观规律吻合得较好,验证了多物质ALE法模拟岩土爆炸弹坑的有效性。

ALE法在扩底桩上拔承载力有限元分析中的应用

扩底桩以其良好的抗拔特性,在地基土质较好的地区得到广泛的应用。在有限元计算中,扩底桩在承受上拔荷载情况下,土体网格由于变形过大而产生严重的网格畸变,结果的收敛性较差。任意拉格朗日-欧拉法可以很好地解决上述问题,该方法将传统的拉格朗日单元与流体分析常用的欧拉单元的优点相结合,成为目前非线性连续介质力学中大变形分析的非常有效的方法。以输电线路掏挖基础上拔的过程作为分析案例,对ALE法的具体应用进行了研究。

内燃机螺旋进气道结构参数分析的ALE法

为提高具有螺旋进气道的内燃机进气通流能力,利用三维、可压、粘性、湍流流动模型,采用任意拉格朗日一欧拉(ALE)计算方法,对其流场进行了研究,并分析了气道倾斜角、气阀偏置等进气系统参数对流场特性的影响.通过研究发现,由于螺旋气道结构的复杂性,结构参数对具有螺旋进气道的进气系统的影响十分复杂,气道倾斜角、气道位置对缸内流动的影响是双向的,螺旋气道的总压力损失主要发生在气道部分.

用ALE法数值模拟三分支管三维气体流场

采用分块耦合技术，利用泊松方程生成三维贴体网格．用ＡＬＥ法对一截面为圆形的三分支管三维稳态湍流流场进行了数值模拟，并与激光多普勒测量结果进行比较．计算显示：模拟结果与试验结果符合较好，能反映三分支管的流动特性．

ALE法分析挤土桩对既有隧道变形的影响

利用ABAQUS提供的一种自适应网格划分技术——ALE法建立二维有限元模型,分析挤土桩在施工过程中对已建临近隧道结构位移的影响。并对挤土桩的入土深度和不同桩与隧道净距两种情况分别进行讨论。结果表明:在挤土桩施工过程中,隧道逐渐产生隆起现象,同时产生背离桩身水平位移也逐渐增大;挤土桩与隧道的水平净距以4倍隧道直径为临界点,对隧道附加竖向位移的影响逐渐减小,而附加水平位移几乎成线性减小的趋势。

用ALE法数值模拟MPC排气系统的三维流动

用任意拉格朗日──欧拉（ＡＬＥ）法模拟ＭＰＣ模件三分支联接的流动，解决了三分支联接区域的三维贴体网格生成问题。利用激光多普勒测速仪测量了矩形截面三分支联接实验件的三维速度场，验证了所编程序的可靠性。以某型发动机的ＭＰＣ排气系统为例，数值模拟了ＭＰＣ模件三分支联接的三维定常湍流流场，从获得的流动特性分析了引起排气能量传递损失的主要因素。

基于ALE法疏浚抓斗挖掘过程的仿真分析

建立疏浚抓斗和土体的二维仿真模型。以南海疏浚土壤为研究对象,选择了较为合适的Mohr-Coulomb模型进行分析。采用ALE法对主要区域进行网格划分,解决了网格畸变的问题。在抓斗运动轨迹上预设一条1 mm的细缝,通过设置抓斗和土体之间的接触关系,模拟仿真过程中两者之间的挤压和摩擦作用。仿真得到的挖掘阻力曲线在一定程度上反映了挖掘过程阻力变化的情况。

基于ALE法的输电塔-风流固耦合振动特性研究

基于ALE(拉格朗日-欧拉)法推导了结构-风场联合作用的流固耦合方程,并对结构的运动方程与流体控制方程进行了空间离散及迭代求解。应用此方法,分析输电塔-风耦联自由振动特性,得到在耦合场作用下输电塔结构的振动特性,计算结果表明了本文采用方法求解非线性耦合振动问题的有效性。

基于ALE法的水陆两栖飞机船体着水性能分析

水陆两栖飞机的着水性能是体现其综合性能的重要因素之一。应用ALE法对三种水陆两栖飞机船体截面进行入水仿真计算,从着水载荷、喷溅性能及运动响应三个方面对着水性能进行综合评估。对比分析了直线型、带舭弯弧形、复合型三种构型截面在不同速度、不同重量下的压力分布、喷溅性能以及运动响应,得到了三种截面横向压力分布规律。计算结果显示相同状态下,喷溅性能复合型优于带舭弯弧形、带舭弯弧形优于直线型;过载复合型远大于带舭弯弧形,带舭弯弧形稍大于直线型,综合看来带舭弯弧形截面着水性能最佳。

折叠气囊展开过程CV和ALE数值模拟方法对比研究

文中首先给出一种折叠气囊网格的简单划法;然后用基于热力学的CV法和考虑高速气体与气囊织物相互作用的ALE法对驾驶员侧气囊展开进行了数值模拟,并对两种方法的模拟结果进行了对比。结果表明:CV方法尽管计算简单,但不适合于离位情况下气囊展开过程的模拟,建议使用ALE方法。

多物质ALE方法在海啸波冲击方柱问题中的研究

近年来世界各地海啸灾害频发,严重危害海工建筑物的安全。从防灾减灾角度出发,研究海啸波对结构物的冲击作用十分重要。已有室内实验或数值模拟中常用溃坝波来模拟海啸波。文章采用多物质ALE方法构建了海啸波与结构物相互作用数值模型,并通过经典算例验证了该方法的正确性。在此基础上,开展了双柱顺排和三柱错排布置形式下海啸波对方柱体的冲击问题研究。结果表明,前柱受力与单柱接近,而跟结构布置形式无关;双柱顺排布置会呈现明显的屏蔽效应,当间距较小时,后柱受力相比单柱会降低50%以上;三柱错排布置会产生聚焦效应,在某些间距下,后柱受力相比单柱增大约10%。因此,在海工建筑设计和滨海城市规划中应根据当地海啸风险大小适当考虑建筑布置形式,以最大程度减少海啸破坏。

基于ALE有限元法的铝型材挤压成形的数值模拟

运用基于任意拉格朗日-欧拉(ALE)有限元法的专用模拟软件HyperXtrude对一空心铝合金型材挤压过程进行稳态模拟,获得挤压稳态阶段金属流动的速度场、温度场、应变速率场和应力场的分布规律,并对模拟结果与实际的试模情况进行了对比分析,二者变形趋势基本吻合,证明该方法可以预测实际挤压过程中可能出现的潜在缺陷,为工艺参数的选择和模具设计提供了理论依据。

利用分区ALE算法数值模拟圆柱湍流涡致振动

用分区算法结合任意拉格朗日-欧拉法(ALE)数值模拟了圆柱湍流涡致振动。求解基于非交错网格系统,压力求解采用压力泊松方程提法,湍流模型采用标准k-ε模型和重整化群(RNG)k-ε模型。计算取中等雷诺数Re=5000、10000、15000、25000、50000等,质量系数M=10,阻尼系数ζ=0.00331,自振频率fn=0.18315、0.1628。计算结果表明:湍流涡致振动下圆柱时均阻力系数大于孤立圆柱绕流,而升力系数(振幅)值都小于孤立圆柱绕流。随着雷诺数增大,湍流粘性系数随之增大,但湍动能和湍流耗散率变化趋势不明显。对孤立圆柱绕流,研究结果与前人实验结果基本相符。

基于ALE有限元法的储液罐耦合竖动响应研究

推导了一种基于ALE描述弱可压缩液体与结构非线性耦合求解的分步有限元数值计算法,速度与压力使用同阶线性插值,并对耦合系统的竖动响应进行了分析。通过二维黏性流体大晃动问题实例计算,验证了该法简便、可行有效。

安全气囊展开的三种数值模拟方法的对比

在安全气囊实际开发中,利用仿真技术可降试验成本,缩短开发周期。针对控制体积法(CV)、任意Lagrange-Euler法(ALE)和粒子法(CPM)3种模拟方法,该文对比了各自的适用范围和优缺点,给出了各方法的理论模型以及有限元建模方法;结合某车型驾驶员侧折叠气囊,仿真对比了各方法的展开效果、温度、压力分布等主要参数。结果表明:CV法更适用于在位情况下的气囊仿真分析;而ALE法和CPM法可分析离位情况下气囊流场分布,且在气囊展开初期可考虑到气流效应对乘员的影响。该研究结果可为对气囊仿真方法的选择及气囊设计提供参考。

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。

药型罩参数对聚能射流水下运动的影响

目的研究药型罩结构参数对所形成的聚能射流在水中运动的影响,改进水中聚能射流的运动特性。方法采用多物质单元ALE法就锥形罩射流对水介质的侵彻进行数值模拟,分析锥形装药结构中药型罩锥角和厚度对所形成的聚能射流侵彻水时运动参数的影响。结果锥形罩锥角大小及药型罩厚度对聚能射流在水中的形状、射流速度、加速度等有着明显的影响。侵彻体进入水中10 cm后,药型罩的锥角从30°增加到150°的过程中,剩余速度先增大、后减小,在90°时达到最高。药型罩厚度为1.5~4mm时,剩余速度变化起伏小;厚度为4~6 mm时,剩余速度开始大幅下降。结论当锥角为90°时,罩厚为4 mm的药型罩所形成的射流在水中表现最好,形成的射流侵彻深度最长,侵彻水介质10 cm后的剩余速度最大,存速能力最强。

透空率对多层建筑物海啸冲击荷载的影响

近年来世界各地海啸灾害频发,对沿海地区建筑物和基础设施造成严重破坏,因此开展陆上建筑物抗海啸荷载研究具有重要意义。文章基于多物质ALE方法,构建了空气-海啸波-结构物相互作用数值模型,模拟研究了多层建筑物的透空形式和透空率对海啸荷载的影响。计算结果表明:当海啸强度相对较弱时,透空率大小对海啸冲击荷载影响十分显著,后者会随透空率的增加而明显减小;然而,当海啸超过一定强度后,均匀透空布置形式下透空率的增大对海啸冲击荷载的削减效果变差,但若底层完全透空仍可以产生显著的削弱效果,此时可将海啸荷载削减至不透空形式下的20%左右。此外,研究还发现,海啸冲击建筑物时的水体爬高随建筑物透空率的增加而减小,建筑物前因反射作用而产生的弓形波也随之减弱。