混凝土材料破坏过程的二维离散元模拟

采用数值方法研究混凝土材料的破坏过程.用颗粒流程序PFC2D对混凝土试件单轴压缩破坏全过程进行模拟.采用PFC2D颗粒流程序中接触本构模型,并选择平行粘结模型用以模拟混凝土材料的强度特征.分析了数值试验中的应力一应变曲线以及体积应变的变化规律,讨论了应力.应变曲线下降段以及两倍峰值应变时试件的破坏特征,详细分析了颗粒尺寸、颗粒数目等细观参数对模拟结果的影响,从而为确定数值模型合理的颗粒数目和尺寸提供依据.同时把数值模拟结果与试验结果进行对比分析.结果表明,基于离散元法的混凝土材料破坏模拟具有显著的优点,可以真实地模拟裂纹的生成、扩展以及破坏的全过程.     

1000MW机组微油燃烧系统燃烧室数值模拟研究

采用数值模拟的方法,以Fluent为工具,对某电厂1 000 MW机组微油点火系统进行研究。以Gambit对微油点火燃烧器进行网格划分,湍流模型采用RNG K-ε双方程模型,辐射传热采用P-1辐射模型,煤粉颗粒跟踪采用离散相模型,最终获得微油燃烧器内流场、温度场、组分场以及煤粉颗粒的运动轨迹。模拟结果可作为其微油点火系统运行和维护的借鉴和参考。     

基于OpenMP的流化床颗粒堆积过程三维并行数值模拟

结合离散单元法(DEM)和计算流体力学(CFD)的CFD-DEM被广泛应用于流化床的数值模拟中,但受DEM计算工作量大的限制,难以达到实际流化床的模拟要求,因此开展对DEM并行算法的研究具有重要意义。针对流化床内颗粒运动的特点,基于DEM建立了气固两相流动中颗粒相的并行化计算模型,在OpenMP并行技术的基础上,实现了颗粒受力计算、颗粒速度和位置更新的并行化。采用Fortran语言开发了DEM并行数值模拟程序,模拟了三维流化床内颗粒堆积的过程,并与串行程序的模拟结果进行了对比。结果表明:基于OpenMP技术并行程序可正确模拟流化床内的颗粒堆积过程,而且具有良好的加速比,能够显著地提高计算效率、缩短计算时间;当计算线程数增加时,加速比随之增加,但增幅相对减少。     

流化床炉内颗粒混合的离散单元法数值模拟

为了更好地研究流化床内复杂的运动和颗粒间的混合情况,为流化床的设计及优化提供参考,采用欧拉–拉格朗日坐标系下的离散单元法软球模型在二维空间对单孔射流流化床内气固两相流动进行了数值模拟。其中颗粒相采用离散单元法,气相的计算采用SIMPLER算法,气固两相间遵循牛顿第三定律建立耦合模型,并用FORTRAN语言编程计算来实现。在假设不考虑传热、燃烧及颗粒转动的条件下,模拟得到了流化床内上下两层颗粒的运动和混合情况、气固两项的速度分布以及颗粒的浓度分布。模拟结果表明:由于受到空气射流的影响,流化床内存在强烈的颗粒返混和内循环现象。固体颗粒在横向和纵向都存在一定的浓度梯度,在空间中的碰撞次数分布也有不同,颗粒浓度高的地方颗粒碰撞和混合会更剧烈。     

混凝土冲击劈拉实验与细观离散元数值仿真

本文进行了混凝土霍普金森压杆冲击劈拉实验,实验结果反映了混凝土动态抗拉强度的应变率效应,实验观察到高应变率下混凝土的动态劈拉破坏模式。采用本文作者提出的基于背景网格的混凝土细观力学预处理方法,建立了混凝土颗粒离散元细观力学模型,对实验进行了细观数值仿真模拟;无论是在动强度提高规律还是动态破坏模式方面,细观数值仿真与实验结果均符合得较好,验证了该模型研究高应变率条件下混凝土材料动态力学性能的合理性与有效性;通过对不同应变率条件下数值仿真模型能量消耗的分析,说明在高应变率条件下,更加分散的裂纹形态与能量需求的增加是导致混凝土动强度提高的主要机理,加深了对混凝土材料动力特性的认识。     

离散单元法的饱和/非饱和渗流模型及其实验验证

本文基于时步显式迭代的方法，提出了离散单元法的饱和／非饱和渗流模型，使裂隙岩体中的渗透效应直接参与离散单元法的显式平衡迭代，而无需求解大规模的渗透方程组。利用该模型对饱和／非饱和裂隙网络实验进行了数值模拟，其饱和区和非饱和区的渗透荷载分布与实测结果有很好的一致性。本文提出的模型具备应用于暴雨入渗条件下岩质边坡的变形和稳定分析的重要前景。     

基于A-λ混合单元法的静磁场数值求解

提出采用混合单元法解决静磁场有限元计算中的伪解问题。针对静磁场磁矢势方程,基于约束变分原理,引入Lagrange标量乘子施加Coulomb规范,得到A-λ混合列式,并进一步地识别出Lagrange乘子的梯度为激励电流的不协调部分。基于Newton-Raphson法,对材料非线性问题建立相应的迭代解法。混合单元中的磁矢势A采用棱边元离散,Lagrange乘子λ采用节点元离散。对混合单元法离散得到的鞍点问题,可以通过增广Lagrange乘子技术,将其转换为一个等价问题,并采用Uzawa法进行迭代求解。与传统的节点元和棱边元相比,混合单元可以有效地消除伪解,获得较高的数值精度。     

铝质电瓷起始断裂源的研究(摘要)

本文报道了对铝质电瓷断裂源的统计研究,采用可塑法工艺制备了测试试样。对每一个配方瓷坯定量测定了相组成,计算了玻璃相的化学组成,线膨胀系数和弹性模量。研究结果发现,气孔——石英裂纹体是最危险的断裂源。瓷坯中刚玉含量的增加和石英对玻璃相压应力的增加是瓷质强度提高的主要原因。在显著性水平0.20以上没有发现莫来石含量和玻璃相含量有显著影响。作者还在扫描电镜和电子探针下找到了气孔——石英裂纹型起始断裂源。     

模拟PEMFC环境下弹性体垫片材料老化研究

垫片材料的耐久性和稳定性对质子交换膜燃料电池(PEMFC)密封及其性能至关重要。采用实验的方法研究一种潜在的PEMFC垫片用材料—甲基乙烯基硅橡胶在两种模拟的PEMFC环境下的老化损伤情况。采用光学显微镜和傅里叶转换红外光谱(ATR-FTIR)技术研究试样在模拟的PEMFC环境下其表面形貌和其化学结构的老化损伤。实验结果表明:材料浸泡在模拟的PEMFC环境下发生老化损伤,试样质量损失随着老化时间的增加而增加;光学显微镜观察结果表明:试样表面形貌发生了显著变化,其老化损伤趋势表现为试样表面从光滑到粗糙,到产生微裂纹,再到裂纹扩展;ATR-FTIR实验结果表明,试样表面的化学结构发生了显著的变化。     

岩土类材料大变形损伤破坏的高效无网格模拟研究

本文慨述了岩土类材料大变形损伤破坏数值模拟的稳定结点积分高效无网格法,并进一步探讨了脆性材料损伤模拟方法以及渗流耦合分析.该方法采用拉格朗日无网格形函数进行空间离散.材料的损伤破坏过程采用大变形弹塑性损伤耦合的增量本构关系进行描述.由于稳定结点积分所采用的光滑结点变形梯度是定义在结点代表域内的平均梯度,具有非局部特性,因此能够准确地模拟剪切带的形成以及岩土类材料的大变形损伤破坏过程.典型数值算例验证了方法的有效性.     

At the core of complex microwave system design

Powerful 3-D electromagnetic field solvers have long been used by engineers to design complex microwave components. These solvers continue to transform and extend product design especially when linked with advanced circuit simulation. RF, microwave, and highperformance electronics product design now demands accurate prediction of system-level behavior and can include rigorous electromagnetic simulation at the core. New developments called Dynamic Link, Pushed Excitations, and Data Link allow engineers to design entire end-to-end microwave systems while employing the richness and accuracy of electromagnetic precision. In this article, we explored the powerful capabilities and comprehensive analyses that can be performed when electromagnetic field simulation is tightly and bidirectionally coupled to nonlinear circuit analysis. Simulations of an active phased-array antenna system were performed using coupled harmonic balance and finite element simulation. The effect of the nonlinearities of the transmit power amplifiers was observed to degrade the far-field radiation pattern as the input power was increased.     

Microwave radiation and leakage of albumin from blood to brain

The blood-brain barrier (BBB) is a cell layer in the blood vessels of the brain. The BBB partitions the circulating blood from the brain tissue proper and regulates the passage of vital substances and nutrients into brain tissues and carbon dioxide and metabolic waste products out of it. The selective passage prohibits harmful toxins from infiltrating the brain, and also excludes many drugs and therapeutic agents from reaching brain tissues. Many investigators have published studies on the effect of microwave radiation on the BBB of experimental animals with varied results. Studies showing, and not showing, a microwave-induced increase in rat BBB permeability changes had used both high and low levels of microwave exposure. However, a series of reports showing disruption of BBB at various times following microwave exposure has caught the attention of many in the field.     

基于微波干涉理论的岩石介电常数测试方法

岩石的介电常数是表征其电磁辐射特性的重要参数,对于遥感对地观测具有重要意义。然而,现有的介电常数测定方法通常对样品的形状和尺寸有特定要求,且所测得的介电常数只能代表岩石局部小区域的介电特性,无法表征岩石整体的介电特性。为此,本文基于微波干涉理论,首先研究并提出了一种利用微波辐射计来测试岩石介电常数的新方法。然后,基于该方法并利用C波段微波辐射计对花岗岩和砂岩的介电常数进行了测试。为验证测试结果的正确性,利用AET开口同轴谐振腔方法对该结果进行了对比验证。结果表明,利用新方法测得的花岗岩和砂岩的介电常数分别为3.89和5.71,与AET开口同轴谐振腔法测量结果相比,相对误差分别为3.2%和2.7%,误差较小。研究结果初步表明了新方法的可行性,对于目前的点式介电常数测试方法不失为一种有益的补充。     

绝缘子污秽的微波辐射特性研究

为较好地了解绝缘子上污秽的分布,根据微波辐射特性,提出了基于污秽物在微波波段的辐射特性差异来检测绝缘子绝缘状况的方法,其原理是绝缘子上有污秽物时发射率会随着污秽量和污秽性质变化导致辐射计的输出变化。在实验室中通过测量涂污绝缘子在污、湿环境中的天线温度,可得到等值盐密与天线温度的对应关系,从而可依据测量的天线温度去对应绝缘子的污秽程度。结果表明,绝缘子的污秽程度与天线温度有着较严格的对应关系。这种污秽量、水气与天线温度的确定关系,为准确监测绝缘子的污秽状况提供了理论依据,特别是对于污秽物与水共同作用,导致绝缘强度降低,造成污闪的现象,这种方法更接近实际工况。     

基于模态分析的GIS盆式绝缘子裂纹缺陷检测方法研究

GIS盆式绝缘子的缺陷检测对于保障电力系统安全运行具有重要意义。振动法由于具有检测灵敏度高和无损检测等优点成为当前电力设备故障诊断研究的热点问题。为给振动法检测盆式绝缘子开裂提供理论指导,文章建立了正常或含有缺陷盆式绝缘子的三维模型,采用有限元法计算了盆式绝缘子在不同气室压力和不同裂纹大小时的模态频率。研究结果表明,当盆式绝缘子无裂纹时,绝缘子会出现重根模态,而当盆式绝缘子有裂纹时,绝缘子没有重根模态。当盆式绝缘子下表面压力较小时,与两侧气室压力相同时相比,模态频率呈下降趋势,而当盆式绝缘子上表面压力较小时,模态频率呈增加趋势。盆式绝缘子存在裂纹时,模态频率呈下降趋势,随着裂纹深度的增加,模态频率下降幅度也会增大。计算结果表明采用振动法检测盆式绝缘子机械状况具有可行性。     

白鹤滩坝肩边坡开挖爆破损伤预测研究

岩石高边坡开挖爆破损伤预测是爆破振动安全控制的重要基础。通过理论分析研究了岩体损伤与岩体固有频率之间的关系,提出了基于岩体固有频率变化的边坡开挖爆破损伤预测方法,基于现场爆破振动监测和声波测试开展了白鹤滩右岸坝肩边坡开挖爆破损伤预测研究。结果表明,岩体固有频率变化率与岩体损伤深度之间存在显著线性关系,边坡开挖爆破损伤预测模型随数据样本增加而动态调整并趋于稳健,白鹤滩水电站右岸坝肩边坡各梯段开挖爆破下岩体损伤深度的Bayesian LASSO预测结果低于实际观测值的概率均高于0.83,Bayesian LASSO预测结果以概率形式涵盖实际观测结果,能显示预测结果的不确定性,提出的预测方法应用效果良好。     

核电站人工边坡稳定性评价

通过某核电站人工边坡进行了节理化岩体边坡稳定性研究初步的实例应用,证明了利用岩体结构面网络模拟图,分别通过建立节理单元和引入损伤力学以连续性介质进行类似强度折减处理不连续性问题两种不同方法的可行性,实现了将结构面网络模型用于数值计算模型,从而可以在评价节理化岩体边坡稳定性时,使有限元计算考虑结构面的影响,最终可拓展为工...     

核电站人工边坡稳定性评价

通过某核电站人工边坡进行了节理化岩体边坡稳定性研究初步的实例应用,证明了利用岩体结构面网络模拟图,分别通过建立节理单元和引入损伤力学以连续性介质进行类似强度折减处理不连续性问题两种不同方法的可行性,实现了将结构面网络模型用于数值计算模型,从而可以在评价节理化岩体边坡稳定性时,使有限元计算考虑结构面的影响,最终可拓展为工程应用服务。     

基于有限元及神经网络的磨削温度仿真预测

为了控制由于磨削温度过高引起的工件表面热损伤,对磨削温度场的分布进行了仿真和预测研究。首先,采用有限元法对磨削温度场的分布状况进行了仿真研究,并通过实验验证了仿真结果的准确性;随后,以仿真结果作为训练样本采用BP神经网络对不同条件下的磨削温度进行了预测,通过与仿真结果的比较验证了BP神经网络预测模型的准确性。结果表明：采用有限元和神经网络相结合的方法对磨削温度进行仿真预测具有较高的准确性,为实际应用中磨削参数的选取提供了理论依据。     

应用数字岩心技术的砂岩细观损伤检测

细观结构的检测对研究砂岩损伤具有重要意义。本文对损伤前后的砂岩试件分别进行CT扫描测试,定量表征了砂岩细观损伤。利用数字岩心技术实现代表体积元的孔喉分析和有限元模拟,探讨了细观损伤机制并对宏细观损伤进行比较。通过CT扫描结果的三维重构统计砂岩的孔隙缺陷,获取有效承载面积并将其与弹性模量进行比较,证明CT扫描能准确反映砂岩损伤情况。从代表体积元中提取孔喉特征参数,发现损伤会对孔喉参数产生显著影响,而喉道长度和孔隙配位数的增加是造成细观损伤的主要因素。将CT处理软件Avizo与有限元软件Comsol对接,实现代表体积元的弹性模量模拟,模拟结果表明宏细观损伤存在一致性。本文为数字岩心技术在岩石损伤研究中的应用探索了一种路径。