基于非结构化网格和浸入边界的流固耦合数值模拟

对浸入边界方法进行改进,使其适用于非结构网格。利用非结构化网格技术生成贴体网格,充分利用贴体网格与浸入边界的优势,提高复杂区域内流固耦合问题计算效率。流体Navier-Stokes方程空间项采用非结构化网格有限体积法离散,时间项采用欧拉隐式方法。利用浸入边界方法模拟运动固体区域,流固界面作用力通过VOS(Volume Of Solid)方法进行处理。通过振荡圆柱绕流计算结果与文献实验数据对比,验证了本文方法的合理性和正确性,利用本文方法对管路中阀门动态过程进行了数值研究。     

探讨流固耦合分析方法

简要叙述了流同耦合问题及其常用的方法;讨论了干模态法、交叉迭代法及LS-DYNA有限元软件分析法,对流固耦合问题的分析有一定的参考价值.     

考虑流固耦合的渡槽动力计算方法综述

对解决渡槽流固耦合问题的附加质量法、Housner弹簧模型、边界元法及ALE有限元法进行介绍和比较后指出：附加质量法，将渡槽中的水体质量当作固定的附加质量考虑；Housner模型，将水体简化为一系列质点及弹簧振子；边界元法，对流体域进行边界元模拟，分析流体晃动对渡槽的作用；ALE有限元，用ALE概念追踪流体域。     

库水位升高对尾矿坝稳定性的影响

针对库水位变化对尾矿坝稳定性影响问题,建立考虑超孔隙水压力作用下的流固耦合数学模型,利用有限差分程序进行数值求解。对不同库水位工况下的尾矿坝稳定性进行了仿真试验,结果表明:库水位的升高对尾矿坝稳定性影响显著,随着库水位升高,尾矿坝浸润线升高,孔隙水压力增大,有效应力减小,安全系数降低,尾矿坝的稳定性随着库水位的升高按照指数形规律衰减。     

基于有限体积法的三维CFD-DEM耦合方法

本文基于有限单元法对流体控制方程进行离散,并与离散单元法进行三维流固耦合计算。首先,针对多孔介质土体选取合适的控制方程,包括流体运动方程、颗粒运动方程及流固相互作用方程。然后将编译的计算流体力学程序引入离散单元法中进行耦合计算。最后,针对单颗粒沉降进行了数值模拟,结果表明:颗粒在刚开始下落时,速度增加较快,然后增加速率逐渐变缓并趋于稳定;随着颗粒的不断下降,其所受拖拽力随着时间先迅速增加,然后逐渐与浮重力一致;颗粒下降速度稳定后,水压(扣除静水压力)在颗粒附近呈蝶翼状分布,且颗粒上方为负压,下方为正压;颗粒下方水流向两侧外流,而上方水流向颗粒上方汇聚。以上研究结果表明此次编译的计算流体力学程序能够很好地和离散单元法进行耦合,并可用于研究多孔介质流固耦合问题。     

水位升降对库岸边坡稳定性的流固耦合数值分析

为研究水位急剧变化对库岸边坡稳定性的影响,文章依托三峡库区涉水滑坡段,在对长江三峡地区滑坡地质灾害进行分类的基础上,通过利用FLAC3D软件对于滑坡体进行流固耦合试验,选择水库蓄水、降低水库水位等因素来研究滑坡体的稳定性.据分析得出结果:当水库初始蓄水位为135.00m、160.00m、175.00m时,滑坡体的稳定系数分别为1.043、1.003、1.074,处于不稳定的状态,同时,其最大位移分别为2.30cm、5.74cm、3.44cm.当水库储水时,滑坡前、中间部分和最终部分的间隙水压的变化是完全不同的.前缘受水位上升和下降的影响很大,往后缘方向水位升降的影响逐渐下降.地面滑坡前的间隙水压差在降水中比较大,中心小,后缘弱,水位突然下降对前缘影响很大.所得结论对于今后类似的地质灾害预警具有重要的参考价值.     

黏性浆液在小孔隙多孔介质中扩散的流固耦合分析

该文基于有效应力原理建立了描述黏性浆液在小孔隙多孔介质中扩散的流固耦合模型.通过对小孔隙多孔介质注浆过程中的浆液渗流场分布与固体骨架的应力应变特性的流固耦合分析,得到了各动态参数如孔隙率、应变率等的相互关系并在施工现场进行了试验.经过与施工现场试验数据对比,得到的数值分析结果与试验结果基本一致,验证了该流固耦合模型运用于注浆工程的可行性与实用性,可作为小孔隙多孔介质地层防渗注浆设计和注浆效果的初步评判.     

银盘水电站左岸坝肩边坡稳定性三维数值分析

银盘水电站左岸坝肩边坡开挖量大,边坡岩体内发育有多条层间剪切带,其中Ⅱ1-7005、Ⅱ1-7006因其出露部位以及与大坝的相对位置,其影响最为显著.依据流固耦合理论,采用三维有限差分法对左岸坝肩边坡及坝基岩体在施工期、大坝运行期等各种不同水位工况下的变形、应力、塑性区、孔隙水压力分布等开展了研究.结果表明,边坡开挖将导致坝轴线上游位于层间剪切带上盘的岩体变得单薄,稳定性较差,局部有顺剪切带向下且朝下游滑移的趋势.大坝建造后坝体自重使得坡面岩体压应力有所增加,总体改善了边坡的应力状态.校核洪水位工况下大坝的运行水位对边坡稳定最为不利.     

基于流固耦合的水轮机振动的数值研究

该文研究应用ADINA软件采用任意拉格朗日欧拉(arbitrary Lagrange-Euler,ALE)法对一混流式水轮机转轮进行了流固耦合计算,得出了转轮在空气中和水中的频率和模态.通过计算表明在水压载荷和黏性载荷的作用下,水轮机的转轮频率存在一定程度的下降,模态发生了变化.并应用动态断裂力学预测了该转轮可能发生的裂纹破坏.     

用水体位移有限元分析拱坝与水库的相互作用

从水体基本方程出发，建立坝体与库水动力耦合的有限元法分析模型。全面分析二滩双曲拱坝与库水系统的相互作用，并与其它方法进行比较。     

基于浸入边界法的涡激振动流固耦合数值模拟方法

针对涡激振动的精确数值模拟,基于浸入边界法建立了一种处理涡激振动问题的流固耦合分区迭代数值求解模型,采用浸入边界方法处理振动结构的移动边界,并在Navier-Stokes方程中添加附加体力项以体现流固之间的相互作用.为实现流体与固体之间的强耦合作用,采用分区算法,在同一时间步内进行多次迭代求解直至收敛.为验证该方法,选...     

基于比例边界有限元法的结构-地基动力相互作用时域算法的改进

本文基于比例边界有限元法(Scaled Boundary Finite Element Method)的缩减基函数解法,对结构无限地基动力相互作用的时域算法进行了改进。通过选择适当的基函数数目,缩减结构-地基接触面上的自由度,以减小卷积积分所带来的计算工作量,推导了缩减自由度后运动方程的表达式。通过重力坝和拱坝加速度频响曲线的算例,对比了不同程度缩减的基函数和全部基函数对计算精度和效率的影响。结果表明,基函数的缩减可使计算效率明显提高,但精度损失不大。当采用60％的基函数时,计算效率提高5倍,而峰值频响曲线的精度损失却不超过4％。因此,该算法比较适合于大型结构地基动力相互作用问题的时域分析。     

重力坝坝体—库水相互作用的振动台试验研究

结合某重力坝工程,进行了坝体—库水动力相互作用的振动台动力模型试验,研究库水对大坝自振频率及坝面动水压力的影响,同时辅以数值计算,将目前工程上应用广泛的韦斯特伽德库水附加质量模型以及库水有限元模型的计算结果与模型试验成果进行比较。结果表明,库水有限元附加质量模型能更好模拟库水对坝体动力特性和地震动力反应的影响,而韦斯特伽德库水附加质量模型夸大了库水的动力影响,建议在适当折减的基础上采用。     

A semi-analytical solution for characteristics of a dam-reservoir system with absorptive reservoir bottom

In this study, a semi-analytical formulation based on the Scaled Boundary Finite Element Method （SBFEM） was proposed and used to obtain the solution for the characteristics of a two-dimensional dam-reservoir system with absorptive reservoir bottom in the frequency domain. For simplicity, the dam with arbitrary upstream faces was assumed to be rigid and was subjected to a horizontal ground acceleration, while the reservoir with absorptive bottom was assumed to be semi-infinite. The reservoir was divided into two sub-domains： a near-field sub-domain and a far-field sub-domain. The near-field sub-domain with arbitrary geometry was modelled by the Finite Element Method （FEM）, while the effects of the far-field sub-domain which was assumed to be horizontal were described by a semi-analytical formation. The semi-analytical formulation involved the effect of absorptive reservoir bottom, as well as the radiation damping effect of a semi-infinite reservoir. A FEM/SBFEM coupling formulation was presented to solve dam-reservoir coupled problems. The accuracy and efficiency of the coupling formulation were demonstrated by computing some benchmark examples. Highly accurate results are produced even if the near-field sub-domain is very small.     

河床式水电站厂房结构流固耦合振动特性研究

鉴于厂房结构在地震作用下可能出现的严重后果,地震时动水压力对厂房结构的振动特性的影响就成为厂房结构设计的一个重要控制因素。结合某河床式水电站厂房实际工程,以有限元软件ANSYS为平台,建立三维有限元模型,分析地震动水压力对其振动特性的影响。分析结果表明:地震动水压力作用增加了坝面附加质量,从而降低了厂房的自振频率,并且对振型产生了一定的影响,尤其是进水口闸墩、尾水管闸墩等局部振型变化,因此对其作用下的厂房自振频率进行分析显得极为必要;随着上游水位的降低,厂房整体质量减小了,地震动水压力作用下的厂房自振频率随之增大,不同水位下厂房振型明显有所改变。     

拱坝-库水相互作用的振动台破坏试验研究

为探究拱坝-库水相互作用对拱坝强震失效模式和超载能力的影响,在振动台上开展模型动力破坏试验。基于弹性力-重力相似律设计模型,考虑了材料率效应,利用天然水模拟库水,缝的模拟考虑了键槽影响以及裂纹尖端开裂相似条件。选择模型基频对应的谐波逐级加载开展超载试验,并运用多种技术手段监测模型损伤破坏全过程。试验表明,库水的预压作用能够充分发挥拱结构的抗压特点,使得顶拱拱向应力分布均匀。本次试验与不考虑库水的研究结果对比,得出结论:库水并没有降低拱坝结构整体超载能力,在宏观裂纹出现前约束顶拱动态应力的发展,使得顶拱与拱冠梁趋于同时破坏。本文研究结果可为评估坝库相互作用对拱坝超载能力与失效模式的影响提供试验依据。     

阶梯地形下坝-库水-地基非线性相互作用的动力模型与多因素耦合模拟

为了更精细模拟阶梯地形坝址的混凝土坝在考虑材料非线性、库底吸收等多因素耦合下的地震响应,需要发展适用的坝-库水-地基非线性相互作用动力模型,其中合理的地震动输入是面临的首要问题之一。本文根据波场分离原理和坡面应力自由条件,提出了求解阶梯地形地基自由场的计算方法和该场地条件下坝-基体系的地震动输入方法,可较为准确地反映阶梯地形对坝体动力响应的影响。通过构建坝-库水-阶梯地形地基全域分析模型,可全面考虑坝-库水、坝-复杂场址动力相互作用以及坝体混凝土、近场基岩的非线性力学特性,从而提高了重力坝整体抗震安全评价的合理性。通过场地反应分析和波动散射分析的数值算例,验证了输入方法的有效性。并以阶梯地形下某重力坝挡水坝段为例,研究了场址条件对静-动力组合作用下坝体损伤演化的影响规律,结果表明:距坝踵约一倍坝高以外淤泥覆盖层的吸能作用对坝体损伤影响轻微;岩基的塑性主要从坝踵开始,导致坝踵损伤减轻,坝体位移响应改变,对水平方向的影响更大。     

有自由面渗流分析的虚单元法

有自由面渗流分析的有限元法一般采用移动网格法，近年来出现了几种固定网格法在扩大了的域上求解，本文在上述方法的基础上，提出了有自由面渗流分析的虚单元法，该法优于上述方法。     

数值分析方法在水力计算中的应用

本文借助数值分析的离散化思想,运用简单迭代法、牛顿迭代法、数值积分方法、常微分方程的数值解法,为水力计算中的试算等复杂问题的解决提供了新思路;对于各种数值方法提供部分算例,利用C++语言编程进行实际运算.数值方法的引入提高了水力计算的速度和精确度,克服了传统方法的不足.