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基于DEM-FEM耦合方法的碎屑流对桥墩最大冲击力的影响因素研究
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作者 陈勇 姚昌荣 +3 位作者 周迅 赵实达 陈庭宇 强斌 《自然灾害学报》 CSCD 北大核心 2024年第2期65-74,共10页
碎屑流是我国山区最危险的地质灾害之一,山区桥墩常受到碎屑流冲击而开裂、倾斜甚至倒塌,给山区桥梁建设、运营带来严重的安全隐患。采用离散元方法(discrete element method,DEM)和有限元方法(finite element method,FEM)耦合的三维数... 碎屑流是我国山区最危险的地质灾害之一,山区桥墩常受到碎屑流冲击而开裂、倾斜甚至倒塌,给山区桥梁建设、运营带来严重的安全隐患。采用离散元方法(discrete element method,DEM)和有限元方法(finite element method,FEM)耦合的三维数值模拟方法模拟了碎屑流对双柱式桥墩的冲击效应,并结合斜槽试验,验证了耦合方法的准确性,进一步分析了碎屑流冲击坡度、距离和体积密度对桥墩冲击力的影响规律。结果表明,最大冲击力与碎屑流冲击坡度、距离和体积密度分别呈幂函数(指数大于1)、幂函数(指数小于1)和线性正相关。冲击坡度、距离和体积密度对最大冲击力的敏感度值分别为3.012、0.202、0.804,在桥梁碎屑流灾害防治时需重视冲击坡度和体积密度的影响。将冲击力的数值模拟值与流体动力学模型预测值对比分析表明,流体动力学模型理论公式能较好地预测桥墩所受的最大冲击力,最大预测误差低于23.6%。相关研究结果可为山区桥梁碎屑流灾害防治与设计提供一定的参考依据。 展开更多
关键词 dem-fem耦合方法 碎屑流 桥墩 冲击力 敏感性分析
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基于DEM-FEM的污泥干化水分检测装置落料冲击特性与疲劳寿命分析
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作者 李廉明 周佳立 《高技术通讯》 CAS 2023年第11期1223-1232,共10页
本文采用离散元和有限元方法(DEM-FEM),基于DEM-FEM对污泥干化水分检测装置进行数值模拟分析,深入研究取料机构的落料冲击与疲劳寿命等特性,得到了不同颗粒粒度下的冲击载荷分布、不同取料角度下的冲击特性、不同激励下的模态振型、幅... 本文采用离散元和有限元方法(DEM-FEM),基于DEM-FEM对污泥干化水分检测装置进行数值模拟分析,深入研究取料机构的落料冲击与疲劳寿命等特性,得到了不同颗粒粒度下的冲击载荷分布、不同取料角度下的冲击特性、不同激励下的模态振型、幅频响应变化规律,以及不同载荷下的疲劳寿命分布和安全系数分布规律。结果表明,颗粒粒度与取料角度对冲击特性有显著影响,取料机构前进时电机的频率与结构固有频率的避开率达到24%,其结构稳定可靠;在正常轻度载荷下,能承受的应力循环次数为1×10^(8);在100 N重载下,最小安全系数约为0.54,连接杆处易发生疲劳失效与断裂。该研究结果可为污泥干化设备的设计和研发提供一定的参考。 展开更多
关键词 污泥干化 水分检测 离散元和有限元方法(dem-fem) 冲击载荷分布 振动特性 疲劳寿命
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基于DEM-FEM耦合的圆锥破碎机运动特性研究
3
作者 满娜 《煤矿机械》 2023年第11期88-90,共3页
针对圆锥破碎机工作性能研究认识的不足,构建了圆锥破碎机系统三维模型,采用离散元法(DEM)与有限元法(FEM)耦合技术,利用多面体模拟矿物颗粒,并对破碎过程中破碎腔的受力状态进行运动学仿真。分析结果表明:矿物颗粒在破碎腔破碎过程中,... 针对圆锥破碎机工作性能研究认识的不足,构建了圆锥破碎机系统三维模型,采用离散元法(DEM)与有限元法(FEM)耦合技术,利用多面体模拟矿物颗粒,并对破碎过程中破碎腔的受力状态进行运动学仿真。分析结果表明:矿物颗粒在破碎腔破碎过程中,动锥及偏心轴承受较大力,较容易磨损;在不同转速下,动锥转速与矿物颗粒的破碎比和破碎效率呈负相关;同时分析了动锥转速和轧臼壁变形量之间的关系。为圆锥破碎机参数优化提供参考。 展开更多
关键词 圆锥破碎机 dem-fem耦合 运动特性 破碎比
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基于GPU并行的锥体导管架平台结构冰激振动DEM-FEM耦合分析 被引量:13
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作者 王帅霖 刘社文 季顺迎 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2019年第10期28-39,共12页
该文为分析海冰与锥体海洋平台的相互作用,采用离散元(DEM)-有限元(FEM)耦合方法建立冰激海洋平台结构的耦合模型。通过具有粘结-破碎性能的球体离散单元对海冰的漂移及破碎现象进行计算,海洋平台锥体部分采用平板型壳单元构造,其整体... 该文为分析海冰与锥体海洋平台的相互作用,采用离散元(DEM)-有限元(FEM)耦合方法建立冰激海洋平台结构的耦合模型。通过具有粘结-破碎性能的球体离散单元对海冰的漂移及破碎现象进行计算,海洋平台锥体部分采用平板型壳单元构造,其整体构架及锥体内部的加劲肋采用梁单元构造,即建立壳单元与梁单元组合的锥体海洋平台有限元模型。为提高DEM-FEM耦合算法的计算规模和效率,发展了离散单元与平板型壳单元接触算法及GPU并行环境下参数传递算法。基于此耦合模型分别讨论了平台结构的冰载荷、冰激振动以及锥体应力分布,并与相关实测数据进行对比,为寒区锥体海洋平台的结构设计提供有益的参考。 展开更多
关键词 冰载荷 冰激振动 锥体导管架平台 dem-fem耦合 GPU并行
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锥体导管架海洋平台冰激振动的DEM-FEM耦合分析及高性能算法 被引量:7
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作者 王帅霖 季顺迎 《海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第12期98-108,共11页
在寒区海域,冰荷载是影响海洋平台安全运行的主要环境荷载之一,由其引起的冰激振动给平台结构及其上部设备带来了严重危害。为分析不同冰况下平台的振动响应,本文建立了导管架海洋平台冰激振动的离散元(DEM)-有限元(FEM)耦合模型。采用... 在寒区海域,冰荷载是影响海洋平台安全运行的主要环境荷载之一,由其引起的冰激振动给平台结构及其上部设备带来了严重危害。为分析不同冰况下平台的振动响应,本文建立了导管架海洋平台冰激振动的离散元(DEM)-有限元(FEM)耦合模型。采用具有黏接-破碎性能的等粒径球体离散单元对海冰的破碎特性进行模拟,通过由梁单元构建的海洋平台有限元模型获得结构的振动响应。在离散元与有限元的接触区域中实现了两个模型间计算参数的传递。为提高该耦合模型的计算效率和规模,发展了基于动力子结构方法的DEM-FEM耦合模型。为验证该耦合模型的有效性和可行性,将不同冰况下得到的冰荷载与ISO19906和JTS 144-1-2010标准进行了对比。结果表明,计算得到的冰荷载与标准相近,且冰厚与冰荷载呈二次非线性关系。同时,从冰速和冰厚两方面对比了渤海四桩腿JZ20-2MUQ锥体导管架平台冰激振动加速度的数值结果和现场实测数据,发现冰速与振动加速度呈线性关系,冰厚与振动加速度呈二次非线性关系,并且振动加速度与冰速和冰厚平方的乘积呈线性关系。 展开更多
关键词 冰荷载 冰激振动 锥体导管架平台 dem-fem耦合模型 动力子结构
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基于DEM-FEM耦合方法的海上风机结构冰激振动分析 被引量:5
6
作者 杨冬宝 高俊松 +2 位作者 刘建平 宋础 季顺迎 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期682-692,共11页
冰载荷是海上风机在寒区安全运行的重要影响因素之一,由其引发的冰激振动给风机结构带来了严重的危害.本文通过离散元(discrete element method, DEM)--有限元(finite element method, FEM)耦合方法建立了寒区单桩式风机结构的冰激振动... 冰载荷是海上风机在寒区安全运行的重要影响因素之一,由其引发的冰激振动给风机结构带来了严重的危害.本文通过离散元(discrete element method, DEM)--有限元(finite element method, FEM)耦合方法建立了寒区单桩式风机结构的冰激振动模型.采用具有粘结-破碎性能的球体离散单元描述平整海冰损伤破坏行为,采用梁单元和三角形平板壳单元构造带有抗冰锥体的单桩式风机有限元模型.采用DEM-FEM耦合方法模拟不同冰速、冰厚条件下单桩式风机与平整冰相互作用过程,并且与IEC规范和ISO标准经验公式对比验证该耦合模型计算冰载荷的准确性.对比风机塔筒顶端和基础顶端的位移和加速度响应时程,定性地给出风机结构不同部位振动响应行为差异性.风机不同部位动力特性差异原因为风机结构独特结构特点:下部为大刚度桩基和上部为高柔度塔筒,使其动力特征表现为主从式结构特性."主-从式结构"特征使得结构在复杂的冰载荷作用下,风机塔筒(子结构)和桩基(主结构)表现为不同的响应行为,风机不同部位振动周期和加速度谱两者出现差异.本文研究成果为海上风机抗冰设计和疲劳分析提供了有益参考. 展开更多
关键词 海冰 单桩式海上风机 冰载荷 冰激振动 dem-fem耦合方法
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冲击荷载作用下有碎石保护结构的海底管线DEM-FEM联合分析研究 被引量:10
7
作者 邱长林 王菁 闫澍旺 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第11期2088-2093,共6页
海上平台落物或抛锚对海底的撞击会对海底管线造成一定的损害。通常的防护措施是在管线的上部铺设碎石层形成碎石保护结构,从而耗散部分冲击能量。为了分析该保护结构的防护性能,运用离散元–有限元联合分析的方法,建立冲击荷载作用下... 海上平台落物或抛锚对海底的撞击会对海底管线造成一定的损害。通常的防护措施是在管线的上部铺设碎石层形成碎石保护结构,从而耗散部分冲击能量。为了分析该保护结构的防护性能,运用离散元–有限元联合分析的方法,建立冲击荷载作用下有碎石保护结构的海底管线反应分析方法。在该方法中,离散元用于模拟碎石结构,有限元用于模拟其它的连续体。离散元单元和有限元单元通过在它们之间设置接触面的方式进行相互作用。计算得到的碎石保护结构对冲击能量的吸收结果与挪威海洋工程规范中建议的公式一致,且计算得到的海底管线变形规律与模型试验的结果相符。这些结果验证了该方法在评价碎石保护结构下海底管线安全性能方面的适用性。 展开更多
关键词 碎石保护结构 冲击荷载 离散元–有限元联合分析 海底管线
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螺旋桨对海冰切削作用的DEM-FEM耦合分析
8
作者 杨冬宝 季顺迎 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2021年第2期134-143,共10页
当船舶在冰区航行时,螺旋桨会与海冰相互碰撞并导致桨叶的变形和损坏,进而影响船舶的航行安全。为研究海冰与螺旋桨的相互作用过程,采用离散元(DEM)—有限元(FEM)耦合方法构建海冰—螺旋桨切削模型。海冰和螺旋桨模型分别采用具有黏结... 当船舶在冰区航行时,螺旋桨会与海冰相互碰撞并导致桨叶的变形和损坏,进而影响船舶的航行安全。为研究海冰与螺旋桨的相互作用过程,采用离散元(DEM)—有限元(FEM)耦合方法构建海冰—螺旋桨切削模型。海冰和螺旋桨模型分别采用具有黏结—破碎特性的球体离散单元和8节点六面体有限单元构造。基于该DEM-FEM耦合模型讨论了不同切削深度下,螺旋桨所承受冰载荷的特点和规律;最后,研究了螺旋桨切削海冰过程中进速系数、推力系数、扭矩系数之间的对应关系,并讨论了海冰—螺旋桨相互作用过程中冰压力、Mises应力和变形的分布特点。以上研究可为寒区船舶安全航行和螺旋桨设计提供有益的参考。 展开更多
关键词 螺旋桨 海冰 dem-fem耦合模型 冰载荷
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基于DEM-FEM耦合的双齿辊破碎机辊齿强度分析 被引量:15
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作者 毕秋实 王国强 +2 位作者 黄婷婷 毛瑞 鲁艳鹏 《吉林大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第6期1770-1776,共7页
由于双齿辊破碎机入料粒度大、破碎过程短,且破碎机理以拉伸和剪切破坏为主,从而导致在设计时难以确定载荷大小以及载荷分布。对此,本文提出了一种基于离散元(DEM)与有限元(FEM)耦合计算的双齿辊破碎机辊齿强度分析方法,通过施加分布载... 由于双齿辊破碎机入料粒度大、破碎过程短,且破碎机理以拉伸和剪切破坏为主,从而导致在设计时难以确定载荷大小以及载荷分布。对此,本文提出了一种基于离散元(DEM)与有限元(FEM)耦合计算的双齿辊破碎机辊齿强度分析方法,通过施加分布载荷的方法提高了辊齿强度计算的真实性和准确性。分布载荷通过离散元软件EDEM仿真计算得到。本文针对双齿棍破碎机的入料粒度分布,考虑物料强度的尺寸效应,分别对不同粒度的物料进行了单轴压缩试验和巴西圆盘试验,标定物料的抗压和抗拉强度,并最终确定了离散元仿真中的粘结参数。通过分析离散元仿真结果,选取辊齿受力最大时辊齿上的分布载荷,将其加载到在ANSYS环境中对应时刻工作位置的辊齿FEM模型上,进行强度分析。结果表明:最大受力时刻辊齿载荷主要分布在齿背,此时在齿根前部有应力集中。 展开更多
关键词 机械设计 双齿辊破碎机 辊齿 离散元与有限元耦合方法 尺寸效应 标定 强度分析
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铁路道床有砟-无砟过渡段动力特性的DEM-FEM耦合分析 被引量:1
10
作者 邵帅 吕泉江 +1 位作者 严颖 季顺迎 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第6期683-690,共8页
针对铁路道床有砟-无砟过渡段的结构特点,采用离散元-有限元耦合模型分析散体道砟和无砟道床间过渡段的动力特性。散体道砟道床和无砟道床分别采用离散元方法 DEM和有限元方法 FEM模拟,而在过渡段将道砟颗粒嵌入无砟道床以增加道砟颗粒... 针对铁路道床有砟-无砟过渡段的结构特点,采用离散元-有限元耦合模型分析散体道砟和无砟道床间过渡段的动力特性。散体道砟道床和无砟道床分别采用离散元方法 DEM和有限元方法 FEM模拟,而在过渡段将道砟颗粒嵌入无砟道床以增加道砟颗粒与无砟道床间的咬合力,并在离散元和有限元耦合区域实现了力学参数的传递。采用以上DEM-FEM耦合方法对有砟-无砟道床及其过渡段在列车荷载作用下的沉降过程进行了数值分析。计算结果表明,离散元方法中道砟颗粒间的力链呈现非对称梯形分布,其与有限元方法中的应力分布趋势一致;采用嵌入式道砟颗粒的方法可以增加有砟-无砟过渡段道砟间的咬合力,有效约束道砟颗粒的位移,减少有砟-无砟道床间的沉降差异。本文计算模型可以合理地分析有砟道床的力链分布以及无砟道床的应力分布,确定列车荷载下道床有砟-无砟过渡段的动力学行为。 展开更多
关键词 离散元方法 有限元方法 有砟-无砟过渡段 铁路道床
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Numerical investigation on dynamic response of the screen mesh in vibrating screening through DEM-FEM co-simulation
11
作者 Huan Zhang Xiao Zheng Weimin Jing 《Particuology》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第4期205-217,共13页
Dynamic response of the screen mesh is of great significance in the optimum vibrating screen design.In this paper,based on the DEM-FEM co-simulation method,the effect of screening parameters on the dynamic response of... Dynamic response of the screen mesh is of great significance in the optimum vibrating screen design.In this paper,based on the DEM-FEM co-simulation method,the effect of screening parameters on the dynamic response of the screen mesh is explored and the mechanism is revealed on the particle level.Firstly,a virtual experiment on a linear vibrating screen was carried out to analyze the screening pa-rameters'effect with both impact load and sustained stress inflicted on the screen mesh.Then,the time-domain evolution regularity of the screen mesh LVA(Local Vibration Amplitude)under different particle plugging conditions was investigated based on the co-simulation.Finally,the influence of screening parameters on LVA and its distribution was discussed.The results show that the screening parameters can greatly affect the screen mesh LVA and its distribution by changing the movement of the granular material and the particle penetration probability,which provides an important basis for the optimal design of the screen mesh and its supporting structure. 展开更多
关键词 Vibrating screen Dynamic response dem-fem Screening parameters Local vibration amplitude
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冷浸田起垄平整装置设计与试验
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作者 张青松 蔡家顺 +4 位作者 于良航 方震 廖庆喜 边祺旺 陈志凌 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期50-59,共10页
针对冷浸田终年积水、水土温度低及排水不良,需进行垄作栽培水稻的生产要求及目前缺乏相关机具的生产现状,设计了一种适宜于冷浸田作业的起垄平整装置,该装置主要由起垄辊、微垄开沟器及平整部件组成,实现大垄排水、微垄蓄水作业,利于... 针对冷浸田终年积水、水土温度低及排水不良,需进行垄作栽培水稻的生产要求及目前缺乏相关机具的生产现状,设计了一种适宜于冷浸田作业的起垄平整装置,该装置主要由起垄辊、微垄开沟器及平整部件组成,实现大垄排水、微垄蓄水作业,利于冷浸田排水及水稻种子生长发育。根据《冷浸田机械起垄水稻栽培技术规程》,对起垄辊、微垄开沟器及平整部件关键参数进行了设计,确定起垄辊回转半径为560 mm、锥形面倒角为28°,微垄开沟器宽度为50 mm、高度为40 mm及平整部件可调节角度为5°。基于DEM-FEM耦合仿真分析确定了装置较优运行参数,当机具前进速度为0.6 m/s、旋耕刀辊转速为230 r/min、起垄辊转速为120 r/min时,土壤回流率为3.51%,并进行了起垄辊应力应变分析。田间试验结果表明,平均垄沟沟深为160.03 mm、沟顶宽为174.84 mm,平均垄顶宽为1888.89 mm,平均厢面平整度为11.26 mm,平均微垄沟沟宽为60.16 mm、沟深为36.48 mm,各项指标均满足冷浸田机械化起垄作业要求。 展开更多
关键词 冷浸田 种床制备 开沟起垄 仿形平整 dem-fem仿真
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螺旋输送机叶片母线DEM-FEM设计研究 被引量:1
13
作者 姚峰林 吕世宁 +2 位作者 孟哲 杨浩 谢长开 《矿业研究与开发》 CAS 北大核心 2022年第1期175-180,共6页
针对垂直螺旋输送机在输送矿粉时,螺旋叶片母线函数设计缺乏理论依据的问题进行了研究。以输送效率、最大变形量、应力分布作为结构是否合理的评价标准。采用单质点理论对新型螺旋叶片进行了初步的设计,并且提出了一种基于颗粒孔隙率用... 针对垂直螺旋输送机在输送矿粉时,螺旋叶片母线函数设计缺乏理论依据的问题进行了研究。以输送效率、最大变形量、应力分布作为结构是否合理的评价标准。采用单质点理论对新型螺旋叶片进行了初步的设计,并且提出了一种基于颗粒孔隙率用于评估EDEM周期性模型精确度的算法。建立EDEM模型并对其进行了仿真计算,与单质点理论计算结果相比较,结果表明单质点理论仅能大致表现颗粒运动变化趋势,难以准确地反映实际运动变化状况;并对45%填充率、1200 r/min工况下的垂直螺旋输送机进行了DEM-FEM联合仿真分析,发现在垂直螺旋输送机中倾斜直母线型螺旋叶片最大应力载荷与最大变形量显著小于传统的水平直母线型螺旋叶片,为之后的垂直螺旋输送机的叶片结构设计提供参考。 展开更多
关键词 垂直螺旋输送机 单质点理论 dem-fem 颗粒群
原文传递
仿生布利冈结构农机耐磨触土部件设计与试验 被引量:1
14
作者 张智泓 陈朝阳 +3 位作者 赖庆辉 孙文强 谢观福 佟金 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期28-37,共10页
针对农机触土部件易磨损失效这一难题,该研究设计了一种仿生布利冈结构件,并对其磨损特性进行评价,进一步探索耐磨机理。以布利冈结构的结构单元直径、层间螺旋角度、层间重叠间距3个因素设为自变量,以磨损量为响应值,在EDEM中进行仿真... 针对农机触土部件易磨损失效这一难题,该研究设计了一种仿生布利冈结构件,并对其磨损特性进行评价,进一步探索耐磨机理。以布利冈结构的结构单元直径、层间螺旋角度、层间重叠间距3个因素设为自变量,以磨损量为响应值,在EDEM中进行仿真磨损试验,根据自变量与响应值之间的关系,优化布利冈结构的组成参数,得到最优的组成参数为:结构单元直径1.0mm、层间螺旋角度16°、层间重叠间距0.13mm,在此参数下经仿真磨损试验得到布利冈结构件的磨损量为2.13×10^(-6)g。对光滑件、单层棱纹件、布利冈结构件的耐磨效果,进行仿真磨损对比试验,结果表明,布利冈结构件较单层棱纹件磨损量减少了90.6%,较光滑件减少了92.2%。运用离散元法(digital elevation model,DEM)与有限单元法(finite element method,FEM)联合仿真,得到样件内部形变和应变,光滑件、单层棱纹件、布利冈结构件的平均变形量分别为1.62×10^(-9)、7.97×10^(-9)和1.82×10^(-8)mm;平均等效应力为1.16×10^(-6)、6.36×10^(-6)和1.01×10^(-5)MPa。布利冈结构件内部形变和所受应力较大,这一变化有助于吸收颗粒冲击能量,减小磨损。利用光固化打印技术加工样件,利用旋转式试验机和扫描电子显微镜分析3种样件的耐磨性能,结果表明,布利冈结构件的磨损量最小为0.12 g,且标准差最小,为0.012,耐磨性能较为稳定。研究结果可为农机具触土部件的耐磨增效提供设计依据和理论基础。 展开更多
关键词 磨损 仿生 布利冈结构 触土部件 耐磨性能 dem-fem
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基于重叠边界的有限元与离散元耦合异步长并行计算方法 被引量:1
15
作者 李佟 金先龙 +2 位作者 王小卫 潘浚铭 杨培中 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期419-426,共8页
为了减少有限元和离散元耦合领域问题的计算时间,本文建立了有限元-离散元耦合异步长并行计算方法。整个计算模型分为有限元和离散元两类计算区域,根据每个子域单元特性选择合适的积分时间步长。每个子分区均采用显式时间积分格式进行求... 为了减少有限元和离散元耦合领域问题的计算时间,本文建立了有限元-离散元耦合异步长并行计算方法。整个计算模型分为有限元和离散元两类计算区域,根据每个子域单元特性选择合适的积分时间步长。每个子分区均采用显式时间积分格式进行求解,采用重叠边界法处理边界耦合问题,不涉及子循环过程的插值和截断过程。数值算例表明该方法在保证高精度的同时有效降低了计算时间。 展开更多
关键词 有限元-离散元 重叠边界 异步长 并行计算
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基于FEM–DEM的空心稳定杆内壁喷丸仿真分析
16
作者 任旭东 汪舟 +6 位作者 卢伟 罗素晖 王晓丽 邓小云 刘浩均 郑世祺 张旭 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期410-420,共11页
目的建立有限元–离散元耦合的喷丸模型,研究喷丸参数对空心稳定杆内壁残余应力场的影响规律。方法基于ABAQUS有限元分析软件和“先整体后局部”的建模方法,建立26MnB5钢空心稳定杆全段和局部FEM–DEM喷丸模型,并对模型进行残余应力验... 目的建立有限元–离散元耦合的喷丸模型,研究喷丸参数对空心稳定杆内壁残余应力场的影响规律。方法基于ABAQUS有限元分析软件和“先整体后局部”的建模方法,建立26MnB5钢空心稳定杆全段和局部FEM–DEM喷丸模型,并对模型进行残余应力验证。通过局部喷丸模型研究弹丸撞击角度、速度、表面覆盖率和喷丸流量对稳定杆第4弯折处内壁残余应力场分布的影响规律。结果残余应力场分布的实验值与仿真值的误差在7%以内,验证了模型的准确性。随着弹丸撞击角度的增大,最大残余应力和残余压应力层深也会随之增大,并在60°后达到饱和;当弹丸速度为80m/s和100m/s且弹丸数量为1∶1时,表面残余应力和最大残余应力分别约为-926 MPa和-1309 MPa;随着弹丸覆盖率的增大,表面残余应力和最大残余应力均增大,但增幅变缓,在覆盖率为200%后基本达到饱和;随着喷丸流量的增大,表面残余应力和最大残余应力先增大后减小,在1.2kg/min时达到最大值,分别约为-649MPa和-1049MPa。结论基于FEM–DEM的空心稳定杆内壁喷丸模型能够很好地预测残余应力场的分布,该研究为空心稳定杆内壁喷丸工艺的数值模拟提供了研究思路和理论支持。 展开更多
关键词 空心稳定杆喷丸 FEM–DEM耦合仿真 模型简化 喷丸参数 残余应力分布
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玻璃球宏细观冲击特性的SHPB试验和耦合数值模拟研究
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作者 吕亚茹 吴琳 +3 位作者 王媛 张冬冬 黄文雄 苏宇宸 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2023年第6期245-256,共12页
为研究玻璃球的宏细观冲击特性,该文开展了不同相对密实度玻璃球的一维霍普金森杆(SHPB)冲击试验和离散元-有限差分法耦合数值模拟研究。结果表明:一维冲击荷载下玻璃球经历初始弹性、屈服、颗粒间互锁硬化和颗粒破碎硬化四个阶段。基... 为研究玻璃球的宏细观冲击特性,该文开展了不同相对密实度玻璃球的一维霍普金森杆(SHPB)冲击试验和离散元-有限差分法耦合数值模拟研究。结果表明:一维冲击荷载下玻璃球经历初始弹性、屈服、颗粒间互锁硬化和颗粒破碎硬化四个阶段。基于耦合数值模拟发现,颗粒平均配位数随着冲击荷载时程不断增加,但增加的速率逐渐下降,其原因是配位数变化取决于孔隙压缩和以旋转为主的颗粒重排,随着试样压缩变形的发展,孔隙压缩和颗粒重排需要克服更大的颗粒间互锁效应,因此逐渐变缓。而试样孔隙率在弹性阶段基本不变,在屈服阶段和互锁硬化阶段近似线性下降,其原因是孔隙率变化受控于颗粒整体移动,弹性阶段颗粒整体移动尚未发展,屈服之后颗粒整体移动产生的孔隙压缩随荷载时程呈线性发展。冲击荷载下,颗粒位移以整体移动为主,相对位移为辅,因此,颗粒位移对试样的初始密实度不敏感。颗粒旋转需要克服周围颗粒的互锁效应,互锁效应取决于试样级配和颗粒粒径,对密实度较敏感。 展开更多
关键词 冲击特性 玻璃球 霍普金森杆(SHPB)冲击试验 离散元-有限元耦合数值模拟 相对密实度 平均配位数
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碎屑流冲击棚洞的最大冲击力影响因素研究 被引量:6
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作者 柳春 余志祥 +2 位作者 刘宇鹏 黄俊飞 赵世春 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2020年第2期195-203,222,共10页
棚洞是山区用于保护交通路线免受碎屑流冲击破坏的一种常见防护结构。为了研究碎屑流对棚洞最大冲击力的影响,建立了碎屑流冲击拦挡结构的DEM-FEM耦合数值模型,研究了碎屑流的整个冲击过程,分析了最大冲击力与碎屑流密度、冲击高度、坡... 棚洞是山区用于保护交通路线免受碎屑流冲击破坏的一种常见防护结构。为了研究碎屑流对棚洞最大冲击力的影响,建立了碎屑流冲击拦挡结构的DEM-FEM耦合数值模型,研究了碎屑流的整个冲击过程,分析了最大冲击力与碎屑流密度、冲击高度、坡度之间的关系,并与室内模型试验结果进行了对比,表明该耦合方法可行。研究结果表明:①耦合模型再现了碎屑流启动加速、冲击、堆积的三阶段过程,摩擦耗能是整个冲击过程中最主要的耗能方式;②最大冲击力与碎屑流密度、冲击高度和坡度依次呈线性、幂函数(指数小于1)和幂函数(指数大于1)正相关;③碎屑流的密度、冲击高度、坡度对最大冲击力的敏感度值分别为1.0,0.63和2.68,在棚洞设计时应优先考虑敏感度值大的影响参数。 展开更多
关键词 dem-fem耦合方法 碎屑流 棚洞结构 冲击力 敏感性分析 数值模拟
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颗粒驱动软体驱动器设计及FEM-DEM运动分析 被引量:3
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作者 韩奉林 李明辉 +3 位作者 田亮 刘伟 费磊 赵海鸣 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期155-162,共8页
颗粒物质具有流动传压和阻塞刚化的双相特性,是变刚度软体机器人的理想驱动介质.由于颗粒物质复杂的力学特性,颗粒驱动软体机器人运动预测极具挑战性.综合考虑颗粒物质的离散性和超弹软体型腔的连续性,本文提出了一种基于FEM-DEM耦合计... 颗粒物质具有流动传压和阻塞刚化的双相特性,是变刚度软体机器人的理想驱动介质.由于颗粒物质复杂的力学特性,颗粒驱动软体机器人运动预测极具挑战性.综合考虑颗粒物质的离散性和超弹软体型腔的连续性,本文提出了一种基于FEM-DEM耦合计算的软体驱动器运动分析方法.为降低颗粒充入软体型腔时的局部径向膨胀,设计了具有径向增强约束的弯曲驱动器软体型腔结构.利用FEM-DEM耦合计算方法对此驱动器的运动变形规律进行了分析,同时采用基于颗粒物质Mohr⁃Coulomb连续介质模型的FEM开展了对比计算.利用3D打印和硅胶浇注技术制造驱动器样机,测试了软体驱动器的运动特性及变刚度能力.研究结果表明:与基于Mohr-Coulomb模型的FEM相比,利用FEM-DEM耦合计算方法,可使驱动器弯曲角度的预测精度提高约14.3%;使用较小直径的颗粒介质可以提高机器人的变形能力;与前期研究中的原始方案相比,本文提出的径向增强约束驱动器在不削弱刚度调节能力的前提下,最大弯曲角度从48.9°提升至了72.7°. 展开更多
关键词 软体驱动器 有限元 离散元 颗粒驱动 变刚度 dem-fem 粒径
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表面形貌对TC4钛合金喷丸强化效果的影响 被引量:4
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作者 李开发 王成 +1 位作者 汪森辉 周毅钧 《塑性工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第4期89-96,共8页
利用DEM-FEM耦合模拟方法建立不同曲率半径的凹、凸面喷丸强化有限元模型,结合位错密度演化模型,探究材料表面形貌对TC4钛合金喷丸强化效果的影响规律。结果表明:受喷表面的凹凸性及其曲率半径对喷丸强化TC4钛合金的残余应力、晶粒细化... 利用DEM-FEM耦合模拟方法建立不同曲率半径的凹、凸面喷丸强化有限元模型,结合位错密度演化模型,探究材料表面形貌对TC4钛合金喷丸强化效果的影响规律。结果表明:受喷表面的凹凸性及其曲率半径对喷丸强化TC4钛合金的残余应力、晶粒细化和表面粗糙度具有显著影响。在相同的曲率半径下,相对于靶面为平面的工况,凸面工况对应的表层残余压应力明显较小,细化的位错胞尺寸较小,表面粗糙度较大;凹面工况对应的表层残余压应力相对偏小,细化的位错胞尺寸较大,表面粗糙度较小。随着曲率半径的减小,凹、凸面工况的表层残余压应力均减小;凸面工况细化的位错胞尺寸减小,表面粗糙度增大;凹面工况细化的位错胞尺寸增大,表面粗糙度减小。 展开更多
关键词 喷丸强化 dem-fem耦合模拟 残余应力 晶粒细化 表面粗糙度
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