FDS场模拟计算中的网格分析

基于场模拟的火灾动力学模型（FDS）中网格的划分直接影响到计算结果的误差，甚至关系到计算结果的正确性。运用FDS对相同计算区域内的4种不同网格划分情况分别进行数值模拟，比较不同网格尺寸对计算结果的影响，从而对FDS的网格划分问题得到进一步的认识。     

格构塔数值风洞基础研究

合理的数学模型和恰当的参数是数值风洞模拟结果可靠的前提,针对这个问题,对格构塔架进行数值模拟,比较了各种不同条件下的数值风洞平均风压模拟结果,分析了计算区域、网格划分、湍流模型和湍流强度等因素对数值模拟结果的影响程度.结果表明:湍流模型和计算区域的影响相对较大,合适的计算流域为自结构表面向外取30~50倍肢宽, 标准k-ε模型误差最大,大涡模拟(LES)模型和RNG k-ε模型最精确;格构塔的网格划分比较难,要求网格尺寸比较小,故网格划分影响不大;湍流强度对平均风压的影响比较小.     

基于大涡模拟的火灾数值模拟网格划分优化方法

摘 要：网格划分是火灾数值模拟的重要环节,对模拟结果的精度以及模拟时间有很大影响。针对火灾数值模拟中的网格划分问题,提出了一种基于大涡模拟的网格划分优化方法。根据大涡模拟的原理,给出了滤波尺度的计算方法,并根据滤波尺度和网格比系数对火场中不同区域的网格尺寸进行优化处理。将优化方法应用于高层建筑火灾的数值模拟,运用FDS软件分别针对优化前网格、优化后网格以及精细网格进行数值模拟,对不同网格划分下的温度、氧气和二氧化碳体积分数进行比对。结果表明：网格优化后,模拟结果与精细网格之间相关系数的均值为0.987,保证了模拟精度;同时,模拟运行时间降低为精细网格的16%,有效提升了火灾模拟的计算效率。     

盖挖逆作法的地下结构施工对地表建筑物的影响

通过对地下结构施工关键工况三维模型进行数值计算,研究地下结构施工对地表8层和4层框架结构沉降变形规律及地下结构桩的位移变化规律,得出基于盖挖逆作法的地下结构施工对地表建筑物沉降和地下结构围护桩位移有较大影响的结论.施工参数、边界条件、岩土的本构模型、三维模型尺寸及网格划分单元类型,对地下结构数值模拟计算结果有至关重要的影响,要根据工程实际情况,确定关键工况,合理选取相关计算参数.     

ISO房间火灾烟气层温度数值模拟工程方法研究

利用场模拟FDS和区域模拟CFAST软件，对ISO房间中55kW和110kW的火灾烟气层温度进行数值模拟，将不同尺寸网格划分条件和区域划分方法的计算结果与试验结果进行分析比较，在保证一定精度条件下，为减少计算所需时间而增大网格尺寸的可能性，并对区域模拟中采用多区域划分方法以提高计算精度的可行性进行了分析，为类似环境的工程应用，单区域划分和多区域划分方法的使用提出了建议。     

混凝土非线性有限元分析中的网格尺寸效应

对混凝土结构进行非线性有限元分析时,存在网格尺寸效应.通过对简支梁划分不同网格尺寸进行分析,讨论了单元尺寸大小对荷载-位移关系及极限荷载等计算结果的影响,提出了把极限拉应变作为网格尺寸的函数,以保证混凝土开裂单位面积吸收的能量唯一,从而有效地消除混凝土非线性有限元分析中的网格尺寸效应.     

空中爆炸数值模拟的空气单元划分研究

为研究流固耦合算法下空气单元划分方法及尺寸对空中爆炸冲击波传播的影响,运用有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立了无限空气域的空中爆炸数值模型,通过不同单元划分模型及不同单元网格尺寸模型的结果和经典经验公式进行对比分析,得到适用的空气单元划分方法和尺寸,其结论可为相关研究提供依据.     

某浅埋隧道开挖对侧边坡稳定性影响分析

文章针对某浅埋高速铁路隧道对侧边坡稳定性影响分析,利用Midas GTS NX(New e Xperience of Geo-Technical analysis System,后简称Midas GTS)数值模拟软件计算隧道三台阶分部开挖法不同施工段隧道侧边坡的安全系数。计算结果分析发现:(1)隧道开挖会降低边坡的安全系数,在围岩释放应力的过程中边坡安全系数会继续降低;(2)中台阶和下台阶喷射混凝土后边坡安全系数会略微升高;(3)仰拱施做后边坡整体稳定性会提升;(4)数值模拟网格尺寸会影响计算结果,网格尺寸越小,计算安全系数越低。     

呼吸式幕墙建筑烟气流动的网格独立性研究

对呼吸式幕墙建筑的结构特点,采用FDS数值模拟对其进行了网格独立性研究,当夹层厚度与夹层方向网格尺寸的比值不少于2.25时,认为其结果满足网格独立性要求。另外,结合了K.Overholt网格计算方法的优点,提出了一种新的解决呼吸式幕墙建筑数值计算的网格计算方法,即RK网格尺寸计算法。     

薄壁梁空间分析的六面体十二结点广义协调元

为了减少薄壁梁空间分析的单元分割数,在六面体十二结点等参元的基础上,构造了一种具有八个非协调位移函数的新型六面体十二结点广义协调元.通过在单元自然坐标η方向有选择性的引入高阶非协调位移插值函数,使得单元在边长尺寸相差悬殊的网格划分下仍有较高的精度.单元的非协调位移场能满足网格无限划分时的边界极限协调条件,因此能确保单元收敛.数值计算表明,该广义协调元具有很高的计算精度,可适应边长尺寸相差悬殊的网格划分,能有效减少有限元分析的单元分割数.     

高层建筑筏形基础内力的有限元法计算研究

目前筏形基础内力计算主要利用有限元法。从理论上讲，有限元网格划分愈细，计算精度愈高。但由于筏形基础计算模型中将柱、墙与筏板连接处简化为点支承、线支承，故网格划分愈细，集中荷载处内力愈趋近于理论解的无穷大值，这与实际情况内力的有限值严重不符。通过工程实例，研究了有限元网格密度对筏板内力计算的影响，提出了有限元网格尺寸的适宜大小选取原则。     

钢纤维活性粉末混凝土三点弯曲试验数值模拟

运用Matlab软件编程,实现了钢纤维体积含量为1%的活性粉末混凝土棱柱体试件(40 mm×40 mm×160 mm)数值建模过程并储存钢纤维端点坐标值。对棱柱体试件进行六面体单元网格划分(六面体单元边长设定为2 mm)并记录六面体单元节点坐标值。由Matlab软件编程对棱柱体试件域内由钢纤维端点及六面体单元节点形成的点云进行四面体单元网格划分及网格质量优化,形成钢纤维RPC棱柱体数值试件。把数值试件导入LS-DYNA软件,钢纤维设定为杆单元,RPC基质选用Solid164单元,钢纤维杆单元与RPC基质单元均满足各向同性线弹性本构模型,通过对棱柱体试件三点弯曲试验进行数值模拟,发现数值模拟结果与试验结果一致性较好,说明该数值模拟方法合理可行。     

球形吸附剂颗粒扩散方程的数值求解

对于速率控制的变压吸附过程而言,吸附剂颗粒上的扩散方程求解十分关键.采用有限差分法数值求解扩散方程,分别利用等距网格和等体积网格划分计算区域.结果表明,当网格节点数较少时,等体积网格比等距网格具有更高的计算精度.当球形计算区域网格节点足够密时,节点在计算区域的分布对计算结果影响不大,从而等距网格和等体积网格都可以达到较高的计算精度.     

钢筋混凝土节点弹塑性有限元分析

文章采用有限元软件ABAQUS/CAE对钢筋混凝土梁柱结构进行数值仿真,合理处理钢筋与混凝土之间的连接方式,并针对不同的单元类型和网格尺寸,对RC梁柱节点Von.Mises应力进行了对比分析,其计算结果存在一定差异,得出有限元数值解网格尺寸越小,结果越精确,同时单元类别、单元阶数也会影响求解结果。     

一种模拟岩石破裂的细观数值计算模型

建立随机均布Voronoi图的生成算法,以这种网格划分方式作为刚块弹簧元法(RBSM)的基本计算网格。同时,将刚体弹簧方法的界面中点接触模型改为整个界面的均布接触模型,结合界面抗拉强度和莫尔-库仑准则,给出一个能同时考虑模式I和II的断裂破坏的界面破坏模型。大量数值试验表明,以随机Voronoi图为基本计算网格,块体平均尺寸和排列方式对宏、细观弹性参数之间的关系影响很小,从而克服了颗粒离散元法的网格依赖性和宏、细观参数繁琐的标定程序。将该数值模型计算结果与Vienne岩石试验结果对比,数值模拟结果与试验结果在变形和强度都吻合较好,且随着围压的增大,应力-应变曲线的峰后下降趋势逐渐放缓,在围压为40 MPa时接近水平,表现出明显的由脆性向延性过渡的趋势。     

抗裂网格对混凝土平板抗裂性能的影响研究

为研究网格材质、厚度、网孔尺寸等对混凝土抗裂能力的影响规律,优选出适用于混凝土的抗裂网格参数。在室内条件下,采用平板抗裂试验,研究了短切纤维、玻璃纤维网格、玄武岩纤维网格、铁丝网格四种材质,以及1mm、2mm、3mm和5mm四种网格厚度,5cm×5cm、10cm×10cm和15cm×15cm三种网孔尺寸等参数对混凝土抗裂性能的影响。结果表明:短切纤维对混凝土的抗裂性能无提升作用;玄武岩纤维网格和玻璃纤维网格的混凝土抗裂性能大于铁丝网格;网格厚度越大,混凝土的抗裂能力越强;网孔尺寸越小,混凝土的抗裂能力越强。     

题解有限元法和无网格伽辽金法

采用无网格伽辽金法和有限元法对一维问题进行了数值模拟,对结构体离散、刚度矩阵、等效节点荷载、边界条件、计算精度和效率等进行了比较,数值模拟结果表明,同样的节点划分,无网格伽辽金法得到的数值解精度较高、与解析解吻合较好,但是计算量大于有限元法。     

某居住建筑室外风环境模拟分析

室外风环境对居住建筑行人活动区域的舒适性有较大影响。通过采用计算流体力学方法,以山东省某居住建筑为例,对不同季节的不同风向、风速条件下的模拟计算,以数值模拟结果为依据,对室外风环境的网格无关性进行了验证。这为数值模拟的网格划分提供了可借鉴的实例。     

海上晃动对FLNG再沸器液面波动的影响

在浮式液化天然气船(FLNG)的天然气处理工艺中,含有酸性气体的富胺液进入再生塔内解吸,再沸器位于再生塔塔底,为富胺液的解吸过程提供热量。使用ANSYS内嵌模块Geometry建立再沸器的三维物理模型,再沸器主要由外壳、加热装置和溢流堰组成,只研究晃动对液面波动的影响,所以未设置加热介质和胺液的进出口。将再沸器设置为一个封闭的装置,内部仅有水和水蒸气2种介质。使用ANSYS内嵌模块Mesh进行网格划分,网格类型选择非结构网格,对再沸器模型进行网格独立性检验,网格数量取3 891 653,网格最大尺寸为3 mm。为实现模拟过程的晃动,编写晃动角速度、晃动线速度的UDF函数,导入到Fluent软件中。分别对横摇、纵摇、艏摇、横荡、纵荡、垂荡6种单自由度晃动和横摇8°+纵摇8°、横摇8°+艏摇8°、横摇8°+横荡150 mm、横摇8°+纵荡150 mm、横摇8°+垂荡150 mm这5种两自由度耦合晃动工况下,初始时刻与晃动至0. 25倍晃动周期时的再沸器液面波动情况进行模拟。得出结论:在单自由度晃动工况下,横摇对再沸器的性能影响最大,纵摇、艏摇、垂荡、横荡、纵荡对再沸器的性能影响很小。在耦合晃动工况中,横摇对液面波动起主导作用,对再沸器的性能影响较大;横摇8°+横荡150 mm、横摇8°+纵荡150 mm、横摇8°+垂荡150 mm这3种耦合工况下的液面波动与横摇工况相比更大。在FLNG再沸器的设计和安装过程中,应充分考虑横摇晃动工况以及以横摇晃动为主的耦合晃动工况。     

有限元上限分析网格自适应方法及其工程应用

网格离散误差是有限元上限分析计算误差的主要来源。为了对计算网格进行优化,从而有效地降低数值离散误差,基于前沿推进网格划分技术并以单元内能量耗散率的相对大小为控制指标,提出了一种有限元上限分析的网格自适应策略。首先,引入前沿推进网格划分技术,实现在网格生成过程中对单元尺寸和形状的灵活控制;其次,将当前计算网格中各单元能量耗散率的相对大小转化为新计算网格中单元尺寸的分布信息,并以此指示新计算网格的生成,成功地实现了有限元上限分析计算网格的自适应优化;最后,通过算例分析验证了所提出方法的有效性。