辽东湾区域性漂移海冰的SPH数值模拟

在海冰动力过程的数值模拟中引入SPH法，采用Hibler的粘塑性海冰本构方程，并考虑海冰的热力过程，对辽东湾海域区性漂移海水进行了96h数值模拟，计算结果与海冰的实际演化过程吻合，分析表明，海冰内力对冰速、冰厚和密集度的分布有较大影响，在区域性在海冰数值模拟中应予以考虑。     

面向环境力学的离散元分析软件研发和工程应用

离散元计算分析软件对解决环境力学中的离散介质问题有至关重要的作用.针对环境灾害中的非规则颗粒单元,以圆球颗粒为基本单元,分别构造镶嵌组合单元、黏结组合单元、扩展圆盘单元和扩展多面体单元等,并在此基础上开发基于球形颗粒离散元方法的分析软件(Software of Spherical Particle-based Discrete Element Method,SDEM).该软件可模拟碎冰、岩石和道砟等颗粒材料的力学行为,能直观展现这些力学过程的发生、发展和演化;基于GPU的并行计算实现离散元大规模计算的高效性.对SDEM软件在地质灾害、工程海冰和铁路道床等领域的应用进行介绍.     

基于扩展多面体单元的DEM-SPH耦合算法及应用

对于颗粒材料与流体介质的动力作用可分别通过离散元方法(Discrete Element Method, DEM)和光滑粒子流体动力学方法(Smoothed Particle Hydrodynamics, SPH)模拟颗粒和流体,并采用DEM-SPH算法计算两种介质间的耦合作用。当颗粒材料采用多面体单元进行模拟时,颗粒单元与流体之间会形成几何形状复杂的流固耦合界面,不宜采用计算效率较低的传统边界粒子方法。为此,该文基于Minkowski Sum方法构造扩展多面体单元,并通过Hertz接触模型计算单元间的接触力,进而建立基于扩展多面体单元的DEM方法;流体介质采用弱可压缩格式的SPH方法。将几何复杂的流固界面耦合作用近似为排斥力模型,从而只对SPH粒子与固体界面进行几何判断即可确定两者的相互作用力。该方法避免了对大量边界粒子进行的相关计算,具有计算简便且适用于复杂固体边界的优点。该文进一步采用基于GPU的并行算法从而实现DEM和SPH的高性能计算以提高DEM-SPH耦合的计算效率。采用以上方法对方柱绕流和溃坝冲击块体过程进行了数值计算,并与相关试验数值和计算结果进行了对比验证,一致性很好,进而说明了该文建立的DEM-SPH耦合方法对颗粒材料与流体介质相互作用数值模拟的合理性和准确性。     

基于GPU并行的锥体导管架平台结构冰激振动DEM-FEM耦合分析

该文为分析海冰与锥体海洋平台的相互作用,采用离散元（DEM）-有限元（FEM）耦合方法建立冰激海洋平台结构的耦合模型。通过具有粘结-破碎性能的球体离散单元对海冰的漂移及破碎现象进行计算,海洋平台锥体部分采用平板型壳单元构造,其整体构架及锥体内部的加劲肋采用梁单元构造,即建立壳单元与梁单元组合的锥体海洋平台有限元模型。为提高DEM-FEM耦合算法的计算规模和效率,发展了离散单元与平板型壳单元接触算法及GPU并行环境下参数传递算法。基于此耦合模型分别讨论了平台结构的冰载荷、冰激振动以及锥体应力分布,并与相关实测数据进行对比,为寒区锥体海洋平台的结构设计提供有益的参考。     

压水堆核电站燃料传输系统抗震性能有限元分析

压水堆核电站燃料传输系统的主要功能是将核燃料组件在反应堆厂房和燃料厂房之间进行相互传送.为保障其结构在不同工况下能够安全运行,需对其在异常工况(OBE)和事故工况(SSE)下进行抗震性能分析.为此,采用有限元分析软件ANSYS 12.0对某百万千瓦级核电站的燃料传输系统进行了结构建模;对传输系统在运行过程中不同构型下的转运通道、承载器、传输小车、反应室倾翻架、燃料室倾翻架、燃料室轨道结构和反应室轨道结构等主要构件在不同工况下进行了应力分析;采用SRSS方法进行了应力组合,并依据RCCM规范对各构件进行不同工况下的强度评定.结果表明,在异常和事故工况下,燃料传输系统在不同构型下各结构均满足强度要求,具有良好的抗震性能.     

块石含量和空间分布对土石混合体抗剪强度影响的离散元分析

土石混合体的抗剪强度在很大程度上取决于其块石的含量、空间分布、形态等参数。该文采用球体单元模拟土颗粒,通过组合颗粒单元构造非规则形态的块石,对不同含石量和块石空间分布下土石混合体的直剪过程进行了离散元数值模拟。计算结果表明,在低含石量下,土石混合体的抗剪强度随含石量的增加而增加;在中含石量下,受块石空间分布的影响,其抗剪强度呈现很强的波动性;在高含石量下,其抗剪强度显著增强,波动性相对较小。抗剪强度在中高含石量下波动现象的细观机理是块石空间分布影响下的力链结构特性。当块石的空间分布使其形成较强力链结构时,抗剪强度较高;反之,块石间的力链结构不稳定,抗剪强度相对较低。以上研究有助于从细观尺度揭示土石混合体变形和剪切强度特性的内在机理。     

海冰与直立结构相互作用的离散单元数值模拟

在冰区油气开发中,海冰会导致海洋结构的强烈振动,并对结构累积疲劳损伤、上部油气管线和设备,以及操作人员健康构成很大的威胁。在海冰与直立海洋结构的相互作用中,冰荷载的幅值和频率一直是海冰工程研究的重要内容。该文针对海冰与直立海洋结构作用中的破碎过程,建立了海冰的离散单元模型。它将海冰离散为若干个规则排列且具有粘接-破碎功能的颗粒单元,并通过海冰单轴压缩试验对单元间的粘接强度进行确定;在此基础上对直立海洋平台结构的作用过程进行了数值计算,获得了不同桩径下的冰荷载和结构冰振响应,为冰区平台结构设计和现役海洋结构的疲劳寿命评估提供了参考依据。     

大型压水堆核电站换料机的强度分析

压水堆核电站换料机对保障核电站安全运行具有重要的作用,对其主要结构的动力计算和强度评定具有重要的意义。本文应用有限元分析软件ANSYS 12对1 000 MW核电站大型换料机进行了有限元建模,并分别在正常工况(启动、制动)、异常工况(OBE)和事故工况(SSE)下进行了动力计算;采用SRSS方法对3个不同方向地震反应谱下的结构响应(内力、应力)进行了工况组合,并进一步考虑了自重条件的不利影响。根据RCCM规范对换料机主要结构、螺栓、焊缝的强度和辅吊支腿的稳定性进行了评定,并在此基础上对抓取燃料组件的指形钩进行了局部强度分析。评定结果表明换料机的强度在不同工况下均满足规范要求。