温州机场新航站楼工程风荷载数值模拟研究

以温州机场新航站楼工程为背景,通过在数值模拟平台上建立数值风洞模型,对工程在考虑临近建筑干扰的工况下的平均风荷载进行了数值模拟仿真。在数值风洞模型中,着重对自保持平衡大气边界层的模拟进行了仔细考察。在基于提出的新的湍流来流边界条件下,对所使用的SSTk-ω湍流模型中的参数以及地面边界的粗糙度参数进行适当选取,使得这一计算风工程数值模拟中非常重要但同时难以解决的前提问题得到很好解决,从而避免了由于边界层的不恰当模拟引入的误差。对影响钝体绕流计算结果的重要因素诸如计算域构造、网格离散、湍流封闭模型、对流项离散格式等进行了仔细选取,从而提高了数值模拟的精度。     

近平板圆柱绕流的边界元分析

应用边界元方法,对低雷诺数粘性不可压流体的半无界近平板圆柱绕流问题进行数值模拟,得到圆柱表面的压力、面力分布规律,给出数值模拟的圆柱绕流的注场,数值计算与理论分析和实验结果比较完全一致。     

西南喀斯特小流域地下水数值模拟

本文以位于西南典型喀斯特地区的贵州普定后寨河流域为研究对象,采用等效连续导水介质体概化方法建立喀斯特流域地下水数值计算模型.运用MODFLOW中的排水沟渠子程序包以及河流子程序包,构建考虑地表河与地下河系统与含水层地下水流交换水动力过程模拟方法,分析后寨河流域地下水流运动特征,估算含水层补排水量.模型计算的地下水位动态...     

侧吸气流数值计算及其温度边界值和起始值的确定

与实物模拟试验相比,数值模拟方法在某些方面具有明显的优越性。一些学者先后采用流线合成法(势流模型)和层流模型对槽边侧吸气流进行了数值计算。本文给出了利用非等温紊流模型对槽边侧吸气流进行数值模拟的方法和程序,并着重讨论了槽边通风温度场计算中,温度边界条件和计算内点温度初始条件的确定对计算结果的影响。     

矿井岩体破坏突水机制及非线性渗流模型初探

矿山采动围岩破坏突水过程中,水流经历了在含水层中的Darcy层流、破碎带中的非Darcy快速流以及进入巷道中的Navier-Stokes紊流3个物理过程.研究表明Brinkman方程比较适合破碎带渗流特点;同时,将含水层Darcy渗流和巷道N-S流动有机联系在统一流动场中,基于质量守恒和压力平衡,建立突水流体流动数值模型.据此,以采动诱发陷落柱突水为例,应用COMSOL Multiphysics系统数值分析工具,通过在模型中耦合Brinkman,Navier-Stokes和Darcy方程,把含水层、岩体破碎带和巷道整个突水水流路径连接在一起,模拟突水流动全过程.计算结果表明,陷落柱作为含水层渗流和巷道突水自由流动的过渡区域,其渗透性变化对于突水压力和流速演变十分敏感,陷落柱或导水破碎带沟通了含水层和巷道之间的水力联系,而含水层充足的补给水量是保持恒定的高水压并沿陷落柱形成突水的根源.     

一种能量守恒的双向耦合简正波水声传播模型

针对非水平边界条件近似处理所引起的双向声场能量不守恒问题,提出了一种满足能量守恒的双向耦合简正波模型。在模型的建立中,严格考虑了非水平界面的边界条件,并依据介质运动方程和连续性方程推导了便于数值计算的耦合微分方程。同时,结合能量守恒方程和不同海底参数下的数值计算,对模型的准确性进行了研究。由理论分析和仿真结果可以看出,边界条件的严格考虑将导致边界修正项的产生,而边界修正项的引入确保了耦合系数满足对称性和模型所计算的声场满足能量守恒,使得本模型可充分考虑边界水平变化对声场的影响,实现非水平分层波导中双向场的准确计算。     

计算域对管内受限射流流动特性的影响

本文以工业通风为背景,旨在研究管内受限射流流场特性。在平行流射流送风下选取三种计算域(未扩展、圆筒式、锥筒式)进行数值模拟,探究了低速、压力出口为大气压时射流的衰减变化规律;利用CFD Fluent远场边界条件选取出口压力计算域,建立了二维轴对称模型并采用RNG k-ε二方程求解;分析了送风射流下三种计算域基本段势流特征,管流段沿流动方向截面速度分布。     

地下结构地震响应分析的高效混合模拟方法

数值模拟是地下结构抗震分析的重要手段之一,然而地震动输入及边界效应、模型尺度规模等因素均会影响数值模拟的计算精度和效率,并且存在计算尺度、计算时间、计算精度之间的矛盾,因此如何高效、精确地模拟地下结构与地层相互作用体系的地震响应仍是亟待解决的关键问题。基于区域缩减法（DRM）将边界元和有限元相融合的核心思想,旨在建立能够合理模拟地下结构-地层系统地震响应特征的高效混合分析方法。首先将地下结构-地层整体模型划分为近场地层-结构内域子模型和远场地层外域子模型,通过构造重合节点保证内域-外域耦合边界处的位移连续性;其次,基于边界元求解外域自由场或地形影响下的非自由场地震动特征,并采用DRM构造矩阵方程将外域动力响应转化为等效地震荷载,可以在保证地震动合理输入的前提下极大地缩减外域模型尺寸,进而实现对内域中地下结构地震响应的快速参数化分析;最后,设计了两组典型算例以检验该方法的可靠性和高效性。结果表明：对于无地形影响下的双线隧道地震响应模拟,通过与远置边界参考解对比验证了方法的有效性;对于受地形条件影响下的双线隧道地震响应模拟,本方法在保证精度要求的基础上极大缩减了包括地形在内的外域模型范围,...     

风工程数值模拟中平衡大气边界层的研究与应用

基于RANS方法构造满足水平均匀性的自保持平衡大气边界层是计算风工程中一个非常重要但尚未得到很好的解释和解决、同时也经常被忽略的前提问题。本文从描述湍流流动的模型方程角度对这个问题进行了研究。首先基于湍流平衡假设,从两方程标准k-ε模型导出一类近似满足大气边界层自保持要求的湍流来流边界条件;接着将本文建议的此类边界条件运用到模拟钝体建筑结构分离流动具有较好适用性的SST k-ω湍流模型中,通过数值风洞模拟对比算例,验证了作者提出的边界条件在构造自保持平衡边界层中的适用性。通过本文的理论和数值研究,一方面对研究平衡大气边界层的模拟问题提供了一种新的方法,另一方面也为风工程数值模拟提供了一类新的适用的来流湍流边界条件,将对增进计算风工程中模拟平衡边界层的理解有所帮助,因此具有理论和实用价值。     

颗粒离散单元法地震动力时程计算黏性人工边界及其应用

 采用颗粒离散单元法(PFC)进行地震动力时程计算时,人工截断边界上需设置吸收边界条件,以防止波的反射。鉴于PFC数值计算模型的人工边界上颗粒单元半径大小不一、边界面凸凹不平,在连续介质的黏性吸收边界条件方程基础之上,推导出适用于离散介质的等效方程。在离散介质的等效方程中引入微调系数,建立确定其最优值的方法,以实现对波的最佳吸收。采用合成岩体方法(SRM)建立顺层岩质边坡和逆层岩质边坡结构面网络模型。基于提出的方法,在边坡颗粒流数值模型的人工边界上设置黏性吸收边界,对含有正交次级节理的顺层岩质边坡和逆层岩质边坡的地震破坏过程进行模拟,对其地震破坏机制进行系统分析,相关研究结论对边坡地震破坏机制研究具有重要意义。     

基于抽水试验微分分析的岩溶含水层水文地质参数计算

利用降深-时间曲线计算水文地质参数的基础是地下水向井运动及泰斯（Theis）假设。然而由于抽水试验延续时间较长,水流场不仅受边界条件影响,还受含水层的非均质性影响,从而导致在某些抽水时间区段内,地下水流难于满足向井运动假设。利用微分分析方法,可清晰划分出降深-时间曲线中符合向井运动的时间区段,并根据分析结果选取合理的井流模型,进行有效的参数计算。实际应用表明,基于抽水试验的微分分析,整合了更多的地质信息,确定了边界条件及含水层非均质性对抽水试验的影响,为计算合理的水文地质参数,提供了有利的技术支持。     

径向双层各向异性的承压层井流模型及渗流分析

考虑了抽水井表皮层的非均质、各向异性和上覆弱透水层的越流作用,建立径向双层各向异性非稳定承压井流模型。对竖向空间变量采用有限差分法将三维渗流偏微分方程初边值问题转化为矩阵偏微分方程初边值问题。应用拉普拉斯变换和矩阵理论求得径向扰动层(表皮层)和非扰动层各自水头降的半解析解。应用所求解对表皮层径向渗透系数沿抽水井线性变化和随机变化两种情形进行实例计算和分析,结果表明,负表皮效应使承压含水层的水头降增幅变大,导致水头降曲线在径向交界处出现上折;而正表皮效应使承压含水层的水头降增幅变小,导致水头降曲线在径向交界处出现下折;某一层位处的承压含水层水头降,既受同水平层的表皮层渗透系数影响,又受到相邻上下层的表皮层渗透系数的影响。     

地震分析中的人工边界及其在LS-DYNA中的实现

 地震分析中的局部人工边界由于具有易于实现、稳定性较好的特点,目前在时域有限元法中得到广泛应用。基于球坐标系的膨胀波(P波)和剪切波(S波)理论,引入无限介质线弹性本构关系,并采用多个平面子波和远场散射波混合透射,推导一种新的三维黏弹性人工边界方程。在有限元分析中采用边界单元作等效处理,并将地震加速度记录转化为基底边界单元上的等效节点力进行输入,建立一种新的地震反应数值模拟技术。最后以人防工程结构的地震分析为例,利用有限元软件LS-DYNA分析弹性边界、透射边界及黏弹性边界对计算结果的影响。数值模拟表明,黏弹性人工边界简单实用,可解决地震动输入和自由场响应模拟问题,能更好地模拟人工边界外半无限介质的弹性恢复性能和能量辐射作用,并验证其有效性。     

单桩非线性分析的半解析半数值方法

在分析了桩侧摩阻力和桩周土剪切位移相互关系的基础上 ,提出了一种单桩非线性分析的半解析半分析方法 ,该方法可以分析位于多层介质中单桩的非线性位移。在该方法中 ,采用了两种模型 ,第一种为Randolph提出的解析式 ,该方法可计算在剪切应力作用下土的位移的和桩周土的剪切应力 ,另一个模型为双曲线模型 ,该曲线可用来描述桩侧摩阻力与桩周土的局部剪切位移的非线性关系。该计算方法所得到的计算结果与现场试验结果以及有限元计算结果非常吻合     

矿山岩体破坏突水非达西流模型及数值求解

 为模拟突水流体瞬态流动全过程并揭示突水流体流动机制,针对矿山岩体破坏突水过程中流体的高速非达西流特征和流场动力学统一性特征,基于流体质量守恒和压力平衡原理建立耦合Darcy方程、Forchheimer方程和Navier-Stokes方程的矿山岩体破坏突水非达西流模型,将含水层水源、破碎岩体突水通道和采场巷道出口整个水流路径有机联系在统一流动场中;并基于有限元弱形式和有限体积法耦合积分方程,提出有限元和有限体积法相结合的数值计算方法,应用FEPG有限元软件编译FORTRAN源程序,模拟突水瞬态流动全过程。通过算例对比达西和非达西流结果表明,对于矿山岩体破坏突水问题采用非达西流模型计算十分必要,破碎岩体作为导水通道沟通含水层和巷道的水力联系,导水通道内高速水流的惯性作用是含水层充足的补给水量沿破碎带进入巷道形成突水的主要原因。     

Elastic–brittle–plastic analysis of circular openings in Hoek–Brown media

A closed-form solution is presented in this paper for the prediction of displacements around circular openings in a brittle rock mass subject to a hydrostatic stress field. The rock mass is assumed to be governed by Hoek–Brown yield criterion and a non-associated flow rule is used. For the elastic–brittle–plastic analysis of circular openings in an infinite Hoek–Brown medium, the existing analytical solutions were found to be incorrect. The present closed-form solution is based on a theoretically consistent method and the solution does not require the use of any numerical method.The present closed-form solution was validated by using the finite element method. In the finite element analysis, the infinite boundary was simulated “exactly” by using the newly developed elastic support method. Several cases were analyzed and the present closed-form solutions for stresses and displacements were found to be in an excellent agreement with those obtained by using the finite element method.     

有限元、组合条元与映射无穷元联合应用研究

提出了将有限元、组合条元与映射无穷元联合应用求解无限域问题的思想 .首先介绍 6种映射无穷元的位移模式和坐标映射关系 ;然后基于联合应用组合条元的要求 ,提出了一种新型单元—组合映射无穷元 ,并建立了相应的公式 ;编制了计算程序 ,经过算例分析证明了有限元、组合条元与映射无穷元联合应用方法的正确性和有效性     

不同边界条件下非完整井抽水试验渗透系数计算方法研究

在实践中经常会遇到比较复杂的水文地质条件,或者裘布衣假定不成立,或者计算太过复杂,现有的规范、手册等未给出这些条件下稳定流抽水试验渗透系数的求解公式。为此,本文运用汇源理论和镜像法,结合具体工程实践,推导了在无限厚含水层和不同边界条件下非完整井稳定流抽水试验渗透系数的计算公式,通过工程勘察实践验算,验证了计算方法和公式的合理性。     

地下水位变化的数值模拟新方法

 尽管地下水数值计算技术和计算方法发展很快,地下水数值模拟仍然存在着大量的理论问题和实际问题需要研究解决,仍有很多局限性,由此可知,地下水模拟过程中充满了各种各样的不确定因素。如何利用和改进现有技术,减少模型的不确定性,提高数值模拟过程的有效性和预测结果的可靠性,是该研究领域具有挑战性的问题之一。在传统地下水数值模拟的基础上,提出一种预测地下水位变化的新的方法。该方法可以在拥有较少现场资料的情况下,对地下水水位的变化直接进行的预测。本研究的创新点在于减少模拟过程及模型校正过程中对输入数据的需求,简化边界条件;同时引入反复迭代方法求解控制方程,减少计算误差。该研究成果应用到实践中去,可以大大提高对地下水位的预测能力,此项研究及其成果将对水资源管理产生重大影响,对岩土工程设计及施工提供指导。     

惰性气作含水层型地下储气库垫层气数值模拟

针对惰性气体代替天然气作含水层型地下储气库垫层气的情况,研究了惰性气体与天然气的混合问题,建立了气水两相渗流模型及气体扩散模型,建立了二维平面有限元模型,采用部分离散方法对数学模型进行了有限元方程的推导。应用建立的模型进行含水层型地下储气库以惰性气体作为部分垫层气的建库过程和工业运行的数值模拟。通过对单井储气库注采进行数值模拟,分析了在注采过程中对采出气质量影响较大的参数。