关于离散元法计算参数的探讨

计算时步、接触刚度等计算参数的选取对离散元法解的正确与否至关重要,目前普遍采用的方法是先确定接触刚度并选取保险系数后,按照经验公式求得计算时步,但在保险系数的设定上有关文献却不尽相同．作者提出了一种新的方法——恢复系数检验法来选定计算参数．采用离散元法最常用的弹性-阻尼-滑动接触模型编制了计算程序,以颗粒同静置平面之间的正碰撞考察了不同计算参数下的模拟结果,除模拟得到恢复系数外,还考察了碰撞过程的总接触时间和总接触时步数．统计分析结果表明：计算时步是影响模拟精度最重要的因素;模拟误差还同恢复系数的设定值有关,设定值越大,模拟误差就越小;计算时步的大小虽然对碰撞过程的总接触时间影响不大,但是却决定了碰撞过程的总接触时步数,二者之间存在对数线性相关关系,     

基于离散元的三球链碰撞过程分析

采用离散元法研究一维球链的碰撞问题,并采用Fortran语言编制了相应的仿真程序,在此平台上研究一维球链碰撞的力学行为,将数值计算结果与理论分析结果进行比较,并探讨了质量比、刚度比对一维球链碰撞后速度分区的影响.计算结果表明,质量比对一维球链碰后的速度分区有较大影响,而刚度比则几乎不会影响碰撞后的速度分区.研究工作表明,离散元法处理多刚体碰撞问题具有高效率与灵活性,可以避免理论方法计算量大、且避免了运算量大、计算结果不稳定性等问题.     

振动平面上粒群运动的离散元模拟

粒群在振动平面上的运动在各种工业过程中广泛存在．为深入认识其复杂的类流体力学特性，对一个矩形振动盒内粒群的运动状态进行了离散元模拟，借助高速动态分析系统进行了同等条件下的电动振动试验台物理试验．通过模拟再现了“巴西果”现象．为考察粒群的松散度，定义了“膨胀系数”指标，通过试验得到了不同料层厚度下“膨胀系数”同振动盒的振幅及振动频率之间的数学关系式．模拟结果证实了计算参数对离散元法模拟结果的影响，通过选择合理的计算参数，模拟结果同试验结果能够很好地吻合．     

叶片式螺旋桩静载试验及数值模拟

对叶片式螺旋桩静载试验结果,采用FLAC3D软件进行数值模拟和工程实例分析.发现普通桩型桩土接触面刚度参数并不适用于叶片式螺旋桩数值模拟,且FLAC3D软件默认的收敛标准不能对其实现精确拟合.因此采用根据现场试验每级荷载下的数据调整接触面法向刚度参数和计算步数的方法,可实现精确拟合,但存在试算量大的缺点.由于接触面法向刚度参数与计算步数相互影响且两者取值不唯一,为简小试算工作量,可根据模拟计算要求的精度,结合每级荷载下的试验数据来进行取值的选择,可实现近似拟合.案例分析进一步验证了该方法在实际工程的实用性和有效性.     

软球模型在颗粒流全尺度模拟中的验证和分析

针对颗粒流全尺度模拟时的干碰撞问题,在内嵌边界多重直接力全尺度算法中加入软球碰撞模型.通过空气中小球碰撞壁面和小球在粗糙表面上滚动2个典型算例,验证了软球模型在全尺度模拟中对干碰撞作用求解的适用性和准确性.对软球模型各主要参数的敏感度分析表明:时间步长越小,碰撞计算越精确;弹簧刚度系数越小,软球模型的接触特征时间越长,全尺度计算受到的资源限制越小;网格尺度、速度恢复系数对软球模型在全尺度模拟中的求解精度影响不大.实验室尺度气固鼓泡床的全尺度模拟结果表明,该方法可用于计算复杂的稠密流动体系.     

软球模型在全尺度模拟中的验证和分析

针对颗粒流全尺度模拟时的干碰撞问题,在内嵌边界多重直接力全尺度算法中加入软球碰撞模型.通过空气中小球碰撞壁面和小球在粗糙表面上滚动2个典型算例,验证了软球模型在全尺度模拟中对干碰撞作用求解的适用性和准确性.对软球模型各主要参数的敏感度分析表明:时间步长越小,碰撞计算越精确;弹簧刚度系数越小,软球模型的接触特征时间越长,全尺度计算受到的资源限制越小;网格尺度、速度恢复系数对软球模型在全尺度模拟中的求解精度影响不大.实验室尺度气固鼓泡床的全尺度模拟结果表明,耦合方法可用于计算复杂的多颗粒流动体系.     

恒馏出液组成常规间歇精馏过程模拟的数值计算误差

为了完善间歇精馏过程的模拟技术,研究了模拟间歇精馏过程的数值计算误差及其相对稳定定量方法。采用拟稳态法模拟理想条件下恒馏出液组成操作常规二元间歇精馏过程,总汽化量数值计算结果的误差是截断误差、舍入误差和传播误差的耦合。根据大数定律,提出了理论板有限时,总汽化量数值计算结果误差的近似计算方法,及提出了采用拟合法计算Richardson外推法的误差系数。拟合法通过拟合足够多组总汽化量的数值计算结果和相应的过程离散段数计算误差系数,有效降低了（或消除）随机误差（舍入误差和传播误差）对计算误差系数的影响,提高了Richardson外推法估计截断误差的准确（稳定）性。     

基于传热反问题的绝缘栅双极型晶体管模块温度计算方法

在分析绝缘栅双极型晶体管(Insulated grid bipolar transistor,IGBT)模块内部传热机理的基础上,建立了集总参数的温度计算模型。采用边界元法对传热反问题的解空间进行离散。采用共轭梯度法求解传热反问题,得到较准确的等效热阻和等效热容值。该方法通过与制造商提供的IGBT模块结温实验数据和有限元方法计算的结果相比较,计算误差小于5%。     

恒馏出液组成常规间歇精馏过程模拟的数值计算误差

为了完善间歇精馏过程的模拟技术,研究了模拟间歇精馏过程的数值计算误差及其相对稳定定量方法.采用拟稳态法模拟理想条件下恒馏出液组成操作常规二元间歇精馏过程,总汽化量数值计算结果的误差是截断误差、舍入误差和传播误差的耦合.根据大数定律,提出了理论板有限时,总汽化量数值计算结果误差的近似计算方法,及提出了采用拟合法计算Ric...     

基于超圆颗粒模型的二维离散元法计算方法

采用超圆方程建立复杂形状颗粒的二维离散元法分析模型,提出采用外接矩形进行初步的接触检测,采用牛顿下山法进行精确的接触检测、接触点求解和接触叠合量的计算,建立了基于超圆方程的颗粒二维离散元法计算方法。实例验证证明了所建立方法的正确性和有效性,为复杂形状颗粒运动的离散元法仿真分析提供了一种可行的方法。     

气液鼓泡床瞬态行为模拟准确性影响因素的研究

应用计算流体力学（CFD）方法对气液鼓泡床的瞬态行为进行模拟研究,分别从空间网格划分、时间步长和附加质量力等因素对瞬态模拟结果准确性的影响进行详细的探讨．结果表明,对于单喷嘴矩形气液鼓泡床的二维瞬态模拟,采用空间网格划分为60×60（0．0033m×0．0167m）,时间步长为0．001S,即可得到满足误差的结果．同时,附加质量力模型系数是影响瞬态模拟结果准确性的一个关键因素,也是导致模拟计算不收敛的原因之一．附加质量力系数推荐取值0．05．     

A two-scale contact model for collisions between blocks in CDEM

Contact detection between interacting blocks is of great importance to discontinuity-based numerical methods, such as DDA, DEM, and NMM. A rigorous contact theory is a prerequisite to describing the interactions of multiple blocks. Currently, the penalty method, in which mathematical springs with high stiffness values are employed, is always used to calculate the contact forces. High stiffness values may cause numerical oscillations and limit the time step. Furthermore, their values are difficult to identify. The intention of this study is to present a two-scale contact model for the calculation of forces between colliding blocks. In this new model, a calculation step taken from the moment of contact will be divided into two time stages: the free motion time stage and the contact time stage. Actually, these two time stages correspond to two real physical processes. Based on this, we present a new numerical model that is intended to be more precise and useful in calculating the contact forces without mathematical springs. The propagation of the elastic wave during collision is of a characteristic length, which determines the volume of material involved in the contact force calculation. In conventional contact models, this range is always regarded as the length of one element, which may lead to an inaccurate calculation of contact forces. In fact, the real scale of this range is smaller than the length of a single element, and subdivided elements, which are refined according to the characteristic length and are presented in the new contact model.     

交通事故中车辆二维碰撞车速分析及可视化再现研究

针对交通具有普遍性的汽车二维碰撞过程建立了一套完整适用性强的计算方法,分析了弹性恢复系数、路面附着系数的影响,并利用VC＋＋、OpenGL、3DMAX、Matlab联合进行了仿真和可视化再现。实例分析表明本文方法可以快速、准确地分析复杂的汽车碰撞事故的车速及运动轨迹。     

Analysis of precision and error of cable force identification of cable-stayed bridge

In this paper,in order to improve the precision of cable force identification of a practical cable-stayed bridge and consider some precision problems of vibration method in surveying the cable force in the engineering application,firstly,three calculation methods for the cable force measurement are analyzed and contrasted;secondly,using the method of finite element numerical simulation and the theory of the error analysis,the effect of both bending rigidity and constraint conditions on simple formula of vibration method is investigated;and the dependence of the precision of cable frequency identification on spectrum resolution,sampling time,and the number of sampling points is studied;Finally,fundamental frequency method,frequency difference method,and peak value method are applied to the cable force calculation of a practical project;and their computational precision and error are contrasted and analyzed.It is observed that it is essential to take into account the effect of every factor on the precision of the cable force identification and make it possible to identify the cable force more accurate by vibration method;and that it simultaneously provides an effective basis for the development of a high-precision equipment.     

半刚性波形梁护栏受侧面碰撞的有限元仿真

护栏是重要的交通安全设施,车辆与公路护栏的侧面碰撞是一个较为复杂的事件.为了弥补实物碰撞实验周期长、研究成本高的不足,采用有限元仿真技术对此进行研究.建立了护栏受侧面碰撞的有限元模型并进行了仿真计算分析.将有限元计算所得加速度结果与相应规范中理论计算值进行比较,二者比较接近.结果表明可应用有限元法进行半刚性波形梁护栏受侧面碰撞仿真模拟,为新型护栏的研究开发缩短周期并节约成本.     

直齿轮啮合疲劳强度的有限元仿真与失效分析

齿轮啮合疲劳强度的理论计算和虚拟仿真均与实际啮合情况存在偏差,两者的精度值得讨论.首先在UG环境下建立标准渐开线直齿轮模型,再运用UG有限元工具对轮齿进行了齿根弯曲疲劳强度与齿面接触疲劳强度的力学仿真,最后对虚拟仿真与理论算法的结果进行了比较分析.结果表明:齿根弯曲应力和齿面接触应力分布图符合理论推断,但理论计算忽略了轮齿受到的径向压应力,有限元仿真的边界载荷条件更为真实,但结果应当引入载荷因数K.本文在同一软件环境中实现了齿轮的CAD与CAE,为齿轮的建模、仿真提供了设计参考与误差分析的思路,有助于提高齿轮设计的效率和质量.     

危岩崩塌运动轨迹特征的Rockfall数值模拟研究

运用Rockfall数值模拟软件,对危岩体的稳定性进行了分析,通过设定危岩体的法向恢复系数、切向恢复系数和动摩擦系数等参数,绘制出危岩体的运动轨迹、能量分布和弹跳高度数值模拟图,为指导防护体系的结构设计、确保防治效果提供了依据。     

Internal Energy Losses and Contact Duration About a Circular Plate Colliding to a Half-Plane Target

Collisions between multibody systems are irreversible processes which cause loss of internal energy by a stress wave that propagates in the impacting bodies away from the region of impact.A coefficient of restitution relating to approach velocity is introduced to denote the losses of translational kinetic energy.A parameter β involved in internal energy losses has been obtained to calculate the coefficient of restitution.As a result,the internal energy losses caused by elastic stress waves and the contact d...     

基于弹簧阻尼模型的碰撞动力学研究

基于碰撞过程特点建立了弹簧阻尼模型,结合能量关系和恢复系数法对弹簧阻尼模型进行理论公式推导,得出完整的解析解;对ADAMS中的冲击函数模型进行仿真研究,并与理论计算结果进行对比;最后分析了恢复系数对计算结果的影响.研究表明:理论模型计算过程比较复杂;在恢复系数大于0.7时,冲击函数模型可以得到较好的仿真结果.