基于近场动力学方法的水力压裂过程数值模拟

利用近场动力学方法便于处理多裂纹萌生、扩展和分叉的优点,将其应用于页岩水力压裂过程的数值模拟.结合页岩水力压裂机理提出在近场动力学中由破坏度跟踪裂纹扩展路径,并通过在新生成裂纹面法线方向施加水压载荷的裂纹追踪方法,成功模拟单射孔横剖面开裂水压实验以及单射孔和多射孔水平井纵剖面的水力压裂过程,得到压裂导致的裂纹缝网结构.数值结果还表明初始射孔裂纹会显著影响后续的水力压裂过程.     

巴西圆盘劈裂破坏的近场动力学建模与分析

基于非局部近场动力学（Peridynamics,PD）理论,对含预置裂纹的混凝土巴西圆盘劈裂破坏问题进行建模分析.将结构离散为包含混凝土材料信息的粒子,引入动态松弛、分级加载和失衡力守恒等粒子系统数值算法,构建可以自然模拟脆性裂纹扩展的PD算法体系.对含不同角度单预置中心裂纹巴西圆盘的裂纹扩展过程进行数值模拟,所得结果与试验结果吻合较好,验证所提出的模型和算法正确.进一步采用该方法模拟双预置裂纹巴西圆盘劈裂破坏过程中的裂纹扩展、交汇、贯通过程,通过将所得模拟结果与试验结果进行比较分析,探究该方法处理多裂纹扩展问题的可行性.     

混凝土靶体尺寸对过载影响的数值研究

防护工程和武器设计过程中经常需开展弹冲击有限厚混凝土靶的实验,但价格昂贵,周期长,因此可否用直径较小的靶板开展实验来获得瞬态量是值得研究的一个问题.利用LS-DYNA有限元软件对上述问题进行了研究,数值模拟中的混凝土材料模型计算参数根据实验确定.数值计算结果表明,随着靶体尺寸减小,靶板破坏越来越严重,但过载、剩余速度等瞬态量变化不大,这说明当进行只关心过载的混凝土靶贯穿实验时,可采用较小尺寸的混凝土靶板,这一结论可为实验设计等提供参考.同时可看到若材料参数选取得当,则数值模拟方法处理弹丸冲击混凝土问题是有效的.     

微流道交流电水力泵的数值模拟及优化

描述了微通道内交流电水力泵(EHD)的工作原理,并用IntelliSuite(R)的Microfluidic模块对电水力泵进行数值模拟.并分析了影响电水力泵速度场分布的因素,包括流体电导率、驱动交流电频率和相位、电极维度以及电极间隙和数量等.通过数值模拟不同参数下的电水力泵,比较驱动压力大小,最后给出优化的设计结果,为给电水力泵设计参数的选择提供依据.本文对流道长度为5mm,宽0.4mm,厚度0.4mm的电水力泵做了优化设计的数值模拟,最后得到驱动电极宽度为0.01mm,电极间距为0.02mm.     

高混凝土重力坝孔口应力非线性数值模拟

为准确描述重力坝孔口应力分布,提出高混凝土重力坝孔口应力的非线性数值计算分析整体方案．首先对坝体进行线性计算获得孔口应力分布规律及峰值以便于配筋,然后基于损伤塑性模型对孔口剖面作非线性应力应变分析,考察钢筋应力及其止裂效果．以某钢筋混凝土重力坝工程为背景,依据规范简化混凝土单轴应力一应变曲线,在Abaqus平台上对中孔的3个剖面进行非线性有限元分析,考察中孔在坝体自重和内水压力作用下的结构特性和损伤分布规律等,并重点探讨损伤区域的演化及钢筋应力等问题．结果表明数值模拟结果与模型试验有较好的一致性,可为同类型工程的数值计算和设计提供一定借鉴．     

用Petrov—Galerkin有限元法数值模拟KDV方程

本文根据非标准的有限元法Petrov-Galerkin法的理论,针对描述非线性波动现象的Korteweg-de-Vries方程的周期解问题,采用一阶线性元进行了数值模拟并给出了具体方法的推导和求解过程.计算结果较好,且验证了Petrov-Galerkin有限元法的一些理论结果.     

混凝土板裂纹扩展的态型近场动力学模拟

构建考虑混凝土拉压异性和宏观断裂特征的混凝土类材料非局部态型近场动力学本构模型,并通过引入动态松弛、系统失衡判断和力边界等效等算法,构建适于分析混凝土类材料和结构变形破坏过程的态型近场动力学数值模拟体系.通过分组模拟和定量计算,分析算法的收敛性、计算精度和效率等问题;在此基础上开展含不同角度中心裂纹混凝土板的破坏模拟.     

倾斜煤层水力冲孔有效影响半径数值模拟研究

针对目前水力冲孔技术研究较少考虑倾斜煤层水力冲孔卸压范围随方向变化的特点及煤层倾角对水力冲孔卸压有效半径影响的问题,以某煤矿3号煤层为研究对象,利用多物理场耦合数值模拟软件COMSOL Multiphysics对倾斜煤层水力冲孔有效影响半径进行了数值模拟,研究了不同方向上的钻孔有效抽采半径。数值模拟结果表明:在冲孔作用下,抽采影响范围随抽采时间的增加而不断扩大,但扩展速度随时间下降;在冲孔卸压作用下,煤层渗透性大大增加,钻孔周边影响范围呈近似椭圆形分布;连续抽采90 d后,上部方向的影响半径为6 m左右,下部方向的影响半径为4 m左右,水平方向的影响半径为5 m左右;为了确保抽采达标,该煤层水力冲孔钻场横向钻孔布置间距设定为3.5 m左右,纵向钻孔布置间距为4.0 m左右。该研究结果对于优化水力冲孔工艺参数、指导抽采钻孔的准确布置、提升矿井的瓦斯治理效果具有重要的现实意义。     

FRP包覆筋锚杆与混凝土拉拔试验设计有限元分析

为保证FRP包覆筋锚杆与混凝土拉拔物理试验的合理性,通过有限元法将钢锚杆的拉拔试验运用到FRP包覆筋锚杆上.在界面力学模型基础上,建立三维锚杆拉拔试验有限元模型.对钢锚杆利用有限元法进行一系列数值模拟,并与物理试验结果对比,验证该方法的可行性.将该方法运用到新型FRP包覆筋锚杆上,描述从剥离到拔出过程的力学性能,结果表明新型FRP包覆筋锚杆的拉拔破坏形式与普通钢锚杆类似,但拉拔性能优于普通钢锚杆.     

基于有效水面的航行器击水力数值计算

在斜入水条件下空投航行器击水力的计算问题上,为了满足自由面条件,以往的数值计算方法都是相对于"未扰水面"做物体已入水部分的镜像映射,这样做往往导致计算结果产生偏差.针对以上问题,考虑了航行器击水时的溅水影响,提出了基于有效水面的入水冲击力数学描述方法,给出了击水力的数值模拟方法,而后针对某对象空投航行器,给出了100m/s入水速度、40°入水角的击水力计算结果,并与以往数值方法结果和实际试验数据进行了对比,结果表明文中给出的计算方法具有高度的准确性.     

基于ABAQUS的沥青路面有限元仿真模型研究

阐述沥青路面水损坏机理,介绍ABAQUS有限元仿真软件,利用ABAQUS非线性动态分析能力建立了沥青路面渗流场、应力场三维有限元数值模型,对孔隙水压力、三向应力及竖向沉降的发生及变化规律进行探讨,并在某高速公路上建立试验段进行试验验证。由算例分析可知,用ABAQUS有限元软件模拟沥青路面降雨条件下的渗流场及移动荷载下的应力场是可行的,效果良好。     

工程结构计算机模拟图形显示技术研究

科学计算可视化技术及良好的用户交互功能在钢筋混凝土结构数值模拟中占有十分重要的地位,利用VC+ +.NET开发出了一种面向对象的钢筋混凝土梁数值模拟的交互CAD简易平台,利用可视化技术在此平台上实现了有限元网格自动剖分、模型的显示、编辑以及计算结果的可视化处理.     

油藏数值模拟有限元并行计算方法研究

针对目前油藏数值模拟普遍采用的有限差分法计算精度低的问题,提出了兼顾计算精度、计算速度问题的有限元油藏数值模拟方法,即在建立了油藏数值模拟数学模型的基础上通过有限元数值分析方法建立有限元数值模型,但有限元在油藏数值模拟时存在单机计算困难、计算时间长的问题,为此提出了利用区域分解技术的油藏数值模拟并行计算方法,最后将该方法通过实例进行检验,取得了良好的加速比和并行效率。     

注射成型保压分析的数值方法

分析了粘弹性溶体在注射成型非等温保压过程中模拟用的数值方法,通过使用Ｇａｌｅｒｋｉｎ有限元／有限羝分混合法,求解出模腔的压力和温度分布。在保压分析的整体实施方案中,首先将压力及温度的计算解耦合,求解压力场时又将压力与密度解耦合。计算结果表明,这种方法有利于有限元方程的推导,且具有较好的稳定性,收敛较快,所需迭代次数少。     

A state vector approach to the one dimensional consolidation of multi-layer soils

A method for determining the behaviour of a one-dimensional multi-layer soil under consolidation is described. A state vector whose components are the excess pore water pressure and discharge velocity is defined. It is shown that problems associated with the enforcement of continuity conditions at the inter-layer boundaries are thereby substantially removed. The time dependent behaviour of the settlement and excess pore water pressure is determined by numerically inverting the Laplace transform (with respect to the time) of the state vector. Examples of the numerical performance of the method are given and numerical comparisons are made with a finite element solution to the problem.     

基于离散元的注水作业水力裂缝扩展仿真研究

为了掌握致密砂岩储层长期注水过程中水力裂缝的扩展形态,基于颗粒流离散元理论,利用颗粒流离散元流固耦合的计算方法,模拟并分析了在不同孔隙压力、水平应力差和天然裂缝产状情况下注水引起的水力裂缝的扩展延伸过程。仿真结果表明,随着地层注入水量的增加,孔隙压力升高,水力裂缝扩展速度加快,更能形成复杂裂缝网;水平应力差较小时,水力裂缝容易形成辐射状裂缝,低逼近角下水力裂缝易沿天然裂缝转向,高逼近角下水力裂缝易直接穿过天然裂缝;水平应力差较大时,水力裂缝沿着最大水平主应力方向迅速扩展,受天然裂缝的影响较小。     

预应力渡槽有限元分析

针对预应力混凝土能极大提高混凝土结构抗拉抗裂强度的特点,结合等效载荷自平衡原理,以南水北调工程中大型预应力混凝土渡槽为模型,采用三维有限元技术分析其受力性能,揭示预应力渡槽在施工、校核等不同工况下的应力和应变等特性.计算结果表明,整个渡槽结构应力、变形满足设计要求,可为施工设计提供参考.     

Design optimization of simply supported concrete slabs by finite element modelling

This paper outlines the finite element prediction process for the development of charts for accurate peak load determination of simply supported, reinforced concrete slabs under uniformly distributed loading. Through a series of parametric studies using a simple concrete model, the simulation of tests on four simply supported slabs was used as a basis for establishing a set of optimum parameter values and computational conditions, which guarantees acceptable solution. The reliability of the established parameter values for prediction purposes was verified by the direct simulation of 11 other slabs. Following the successful reliability check, the finite element model was used for analysing 270 “computer model” slabs, from which charts were developed. These charts serve for quick and reliable peak load determination of arbitrary simply supported slabs. A comparative study of the direct finite element and chart predictions, with values from analytical and design methods, reveals the superiority of the charts over the latter methods, with accuracy comparable to that of the optimised finite element model. The chart prediction is noted to be accurate to within 4% of test results. A strategy for displacement determination is also established, with the same degree of success and the paper discusses possible practical applications of the developed finite element system.