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半解析CFD-DEM耦合方法研究进展
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作者 许成顺 苏卓林 +1 位作者 徐佳琳 吴昕怡 《土木工程学报》 北大核心 2026年第2期1-19,共19页
流体-颗粒相互作用广泛存在于岩土工程、生物能源与工业过程等领域,CFD-DEM耦合方法因其能同时解析流体连续相与颗粒离散相的动态行为,已成为该类多相系统模拟的主流手段。文章系统综述了CFD-DEM耦合方法,重点聚焦于近年来快速发展的半... 流体-颗粒相互作用广泛存在于岩土工程、生物能源与工业过程等领域,CFD-DEM耦合方法因其能同时解析流体连续相与颗粒离散相的动态行为,已成为该类多相系统模拟的主流手段。文章系统综述了CFD-DEM耦合方法,重点聚焦于近年来快速发展的半解析策略。首先梳理了离散单元法在接触模型与非球形颗粒建模方面的进展;其次对比了全解析、非解析与半解析三类耦合方法的适用条件与技术特点;进而详细评述了基于统计核函数、扩散平滑、双网格及粒子点云等主流半解析算法的原理、优势与局限。最后,针对复杂颗粒形态处理、致密饱和体系模拟、多物理场耦合及机器学习融合等方面的挑战,提出未来研究方向。该文旨在为相关领域研究者提供方法选择与模型开发的参考依据,促进半解析CFD-DEM方法在岩土工程及相关领域的深入应用与发展。 展开更多
关键词 CFD-dem耦合 半解析方法 流体颗粒相互作用 孔隙场重构
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基于SPH-DEM并行计算的滑坡涌浪模拟
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作者 唐岳灏 姜清辉 《人民长江》 北大核心 2025年第5期136-142,共7页
为解决滑坡体与水体的强耦合及非线性水波演化形成的复杂流-固耦合问题,采用光滑粒子流方法(SPH)模拟水体动力学特性,通过离散元方法(DEM)模拟滑坡体大变形与不连续问题,构建了SPH-DEM流-固耦合算法,并开发了基于分布式MPI的并行计算程... 为解决滑坡体与水体的强耦合及非线性水波演化形成的复杂流-固耦合问题,采用光滑粒子流方法(SPH)模拟水体动力学特性,通过离散元方法(DEM)模拟滑坡体大变形与不连续问题,构建了SPH-DEM流-固耦合算法,并开发了基于分布式MPI的并行计算程序,实现了SPH-DEM耦合过程的大规模高性能计算。将该程序应用于湖北省江坪河水库白日垭崩塌体滑坡模拟,再现了滑坡发展、涌浪形成、河道传播、冲击大坝的灾害链过程。结果显示:涌浪在坝前最大壅高474.00 m,低于坝高476.00 m,此程序在进程数量128时取得了超过70%的并行加速效率。研究成果能有效分析滑坡涌浪灾害动力学过程,开发的并行程序可为其他国产同类软件提供借鉴。 展开更多
关键词 滑坡涌浪 流-固耦合 离散元(dem) 光滑粒子流(SPH) 白日垭崩塌体 江坪河水库
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基于IBEM-DEM耦合方法的近断层边坡动力响应模拟
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作者 刘中宪 孙文哲 +1 位作者 黄振恩 贺维国 《岩土力学》 北大核心 2025年第12期3944-3957,3972,共15页
为揭示近断层地震动作用下岩质边坡的动态响应规律与灾变机制,提出了一种间接边界元法(indirect boundary element method,简称IBEM)与离散元法(discrete element method,简称DEM)耦合的时域分析体系,建立了考虑岩土体非连续变形特征的... 为揭示近断层地震动作用下岩质边坡的动态响应规律与灾变机制,提出了一种间接边界元法(indirect boundary element method,简称IBEM)与离散元法(discrete element method,简称DEM)耦合的时域分析体系,建立了考虑岩土体非连续变形特征的近断层-边坡系统非线性动力响应模拟方法。首先基于IBEM构建半无限域千米级近断层地震波场高精度数值模型;其次,结合格林函数理论与IBEM求解波场,推导DEM计算域边界等效地震荷载的显式表达,进而实现IBEM-DEM耦合系统的跨尺度能量传递;最终通过DEM求解米级岩质边坡的非线性动力响应,实现了从千米级断层到米级边坡的多尺度非线性地震动模拟方法体系。数值模拟与动态监测结果表明:IBEM-DEM耦合算法可精准表征近场地震波传播的频散特性与能量衰减规律;近断层地震荷载作用下,软弱夹层首先发生渐进式剪切破坏,其强度劣化导致贯通性破裂面的形成,并引致滑体沿剪切面加速失稳,产生显著位移与速度响应,最终在坡脚形成典型碎屑堆积体;滑体表层速度显著高于底层,表层平均速度达到底层平均速度的3.6倍,其中滑体表层X向和Z向的速度分量峰值分别达到4.98 m/s和5.92 m/s,呈现出明显的趋表效应;滑体监测点从初始坡面位置到最终堆积体位置的X向和Z向最大位移分别可达41 m和35 m,时程表现出典型阶跃式增长特征,反映出滑体在动能与势能交替转换中的突跃式滑移行为。IBEM-DEM耦合方法构建了从岩体破裂到滑坡成灾的全过程演化序列,为近断层地震动诱发滑坡的动力灾变分析提供了创新性分析方法体系,并为复杂地质条件下滑坡机制的识别及地震灾害的防控提供了理论依据与技术支持。 展开更多
关键词 IBEM-dem耦合方法 近断层地震动 边坡 动力响应分析
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New Method to Measure the Fill Level of the Ball Mill I——Theoretical Analysis and DEM Simulation 被引量:4
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作者 HUANG Peng JIA Minping ZHONG Binglin 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2010年第4期460-467,共8页
The accurate measurement of the fill level in the ball mill has not been resolved because of the interplay of many variable factors, which led the mill to be operated under the uneconomical condition and lost a lot of... The accurate measurement of the fill level in the ball mill has not been resolved because of the interplay of many variable factors, which led the mill to be operated under the uneconomical condition and lost a lot of energy. At present, some methods, such as vibration method and acoustic method, have been applied for measuring the fill level by the researchers. Aiming at the problem of the traditional methods for measuring the fill level, that is, the feature variables of the fill level suffer the influences of the ball load and the water content of the coal, a novel method to measure the fill level is proposed and a possible relation between the fill level and the angular position of the maximum vibration point on the mill shell is investigated. The angular positions of the maximum vibration point on the mill shell for different fill level cases are calculated theoretically under two assumptions, respectively. Meanwhile the charge motions of the mill for different fill level cases are simulated with the discrete element method (DEM). And the simulation results are verified by comparing the motion trajectories of steel balls and power draft of the mill. The simulated movement trajectories of the outmost layer steel balls in the mill are monitored and analyzed to obtain the angular positions of the maximum vibration point on the mill shell. Both the results of the theoretical calculation and the 3D DEM simulation show that the position of the maximum vibration point on the mill shell moves to a lower angular positions as the fill level decreasing, which provides a new idea for measuring the filllevel accurately. 展开更多
关键词 ball mill fill level discrete element method dem SIMULATION
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基于DEM-MBD双向耦合的双级锤式破碎机性能研究
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作者 王鑫 闫军 +1 位作者 马玉波 吴桐 《机械设计》 北大核心 2025年第11期115-122,共8页
以双级锤式破碎机为研究对象,针对其破碎过程复杂、结构参数对性能影响显著且优化困难等问题,考虑破碎过程中物料、锤头、转子三者的相互作用,建立DEM-MBD双向耦合模型。采用响应面法分析破碎板倾角α、两转子偏角β、两转子中心距离l... 以双级锤式破碎机为研究对象,针对其破碎过程复杂、结构参数对性能影响显著且优化困难等问题,考虑破碎过程中物料、锤头、转子三者的相互作用,建立DEM-MBD双向耦合模型。采用响应面法分析破碎板倾角α、两转子偏角β、两转子中心距离l、入料口相对高度h对破碎机性能的影响,建立多目标优化方程并采用GA和PSO两种优化算法求解。结果表明:在DEM-MBD耦合模型下破碎过程与实际情况吻合较好,当α=24°,β=47°,l=1012 mm,h=850 mm时破碎机的性能最优,较优化前破碎效率提高14.9%,能耗降低6.08%,锤头磨损减小6.77%,性能得到有效提升。研究结果验证了耦合建模与优化方法的有效性,并为复杂机械装备的参数优化与性能提升提供了新思路。 展开更多
关键词 双级锤式破碎机 dem-MBD双向耦合 响应面法 多目标优化
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SPH-DEM耦合模拟方法在啮合型双螺杆挤出机中的应用 被引量:1
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作者 杨文明 谢林生 +2 位作者 王玉 马玉录 李果 《化工进展》 北大核心 2025年第7期3748-3756,共9页
为探究啮合型双螺杆挤出机内固液两相物料的流动方式、颗粒受力及两相混合过程,本文采用光滑粒子流体动力学(SPH)与离散单元法(DEM)耦合的方法进行了仿真模拟。由于其无网格特性,SPH方法能够有效克服有限元方法在针对啮合型双螺杆这一... 为探究啮合型双螺杆挤出机内固液两相物料的流动方式、颗粒受力及两相混合过程,本文采用光滑粒子流体动力学(SPH)与离散单元法(DEM)耦合的方法进行了仿真模拟。由于其无网格特性,SPH方法能够有效克服有限元方法在针对啮合型双螺杆这一特殊结构上划分网格困难的问题。基于所建立的流体单元模型、流体黏度模型和固体颗粒模型、颗粒接触模型等,对啮合型双螺杆的螺纹段和捏合块段内固液两相物料的流动混合过程进行了模拟,分析了固液两相物料分别在挤出机输送段和混合段的受力行为以及流动过程中的相互作用。模拟结果表明:流体包裹固体颗粒的混合物料在挤出机中的流动方式为随螺杆作周向转动的同时沿轴向方向缓慢推进,在加料12s后混合物料到达出口;混合物料在捏合块段的受力明显大于螺纹段,颗粒受到的法向力、切向力和流体力最大值均出现在第一个捏合盘区域;固液两相物料在捏合块段的填充程度和混合效果均高于螺纹段,混合后物料的Lacey混合指数高达0.9。 展开更多
关键词 SPH-dem耦合方法 啮合型双螺杆 固液混合 颗粒受力 多相流 计算机模拟
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基于CFD-DEM的管道混凝土非稳态泵送特性研究
7
作者 智晋宁 魏亚博 +2 位作者 赵玲瑛 蒲德昌 杨书轩 《机电工程》 北大核心 2025年第11期2245-2254,共10页
针对混凝土在泵送过程中受吸入气体的影响由定常流动转变为非稳态流动,严重影响了泵车臂架稳定性这一问题,对泵车管道内混凝土非稳态流动特性进行了研究。首先,根据C40混凝土的主要材料属性,建立了泵车管道内流体区域的几何模型,并对模... 针对混凝土在泵送过程中受吸入气体的影响由定常流动转变为非稳态流动,严重影响了泵车臂架稳定性这一问题,对泵车管道内混凝土非稳态流动特性进行了研究。首先,根据C40混凝土的主要材料属性,建立了泵车管道内流体区域的几何模型,并对模型进行了网格划分;然后,建立了流体流动的数学模型,引入了气相和液相控制方程、固体颗粒运动方程和层流模型,设置了边界条件和介质属性,并基于计算流体动力学与离散单元法(CFD-DEM)耦合算法进行了数值计算;最后,采用了实车实验,将数值模拟结果与实验结果进行了对比验证,并根据数值模拟比较了气体体积分数对直管和弯管中混凝土流动特性的影响。研究结果表明:进入气体体积分数越大,直管和弯管压力越小,直管激励力越小,弯管激励力不受影响;直管激励力波动在150 N以内,弯管激励力波动在100 N以内,当气体体积分数在30%左右时,臂架振动最小。该研究结果可为泵车混凝土非稳态泵送提供理论参考。 展开更多
关键词 混凝土泵送 多相流 气体体积分数 管道压力 管壁激励力 数值模拟 计算流体动力学与离散单元法
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基于DEM-MBD耦合的中部槽磨损故障下动力学响应特征研究 被引量:1
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作者 李博 李嘉浩 +5 位作者 宋成友 张建军 夏蕊 王学文 崔卫秀 倪强 《机电工程》 北大核心 2025年第6期1157-1169,共13页
针对刮板输送机中部槽故障频发等问题,对故障条件下煤散料及链传动系统的动力学响应特征进行了研究。首先,构建了基于刮板输送机法的离散元法-多体动力学(DEM-MBD)耦合模型,分别从有载侧运行阻力及刮板纵向加速度两方面验证了仿真模型... 针对刮板输送机中部槽故障频发等问题,对故障条件下煤散料及链传动系统的动力学响应特征进行了研究。首先,构建了基于刮板输送机法的离散元法-多体动力学(DEM-MBD)耦合模型,分别从有载侧运行阻力及刮板纵向加速度两方面验证了仿真模型的可靠性;其次,采用改变中部槽几何属性的方法,完成了中部槽磨损故障注入;然后,基于DEM-MBD耦合模型研究了煤颗粒在故障条件下的力学特性和运动特性;最后,基于DEM-MBD耦合模型,研究了刮板链条速度、链条张力、刮板振动特性和驱动链轮转矩等在故障条件下的动力学响应特征。研究结果表明:卡滞现象降低了刮板链的平稳性;中部槽磨损对链道外侧煤颗粒的速度波动影响最大,其次是在链道处,影响最小的是在链道内侧;磨损故障下,刮板链条的链速、链条张力及振动加速度的波动幅度显著高于正常工况。该研究结果可以为解决中部槽磨损故障频发问题提供理论依据。 展开更多
关键词 中部槽 链传动系统 磨损 离散元法 多体动力学 动力学响应
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基于LBM-DEM的空沙移动床传热特性数值模拟
9
作者 张剑 李斌 +3 位作者 杨雨昂 吴正人 王鑫 李新福 《太阳能学报》 北大核心 2025年第8期555-563,共9页
面向塔式太阳能热发电系统,研究空沙移动床换热器内稠密气固两相流动及换热的机理和特性,将格子Boltzmann方法(LBM)与离散单元法(DEM)结合,从介观尺度上建立LBM-DEM流动及传热模型。以不同空沙质量流量比为变量,对空沙移动床换热进行数... 面向塔式太阳能热发电系统,研究空沙移动床换热器内稠密气固两相流动及换热的机理和特性,将格子Boltzmann方法(LBM)与离散单元法(DEM)结合,从介观尺度上建立LBM-DEM流动及传热模型。以不同空沙质量流量比为变量,对空沙移动床换热进行数值模拟。分析其中气相和颗粒相温度场变化,比较不同类型的传热热流量在换热过程中所占比例及变化。结果表明,床内紧密的颗粒对气相温度场影响较大,阻碍气体沿流动方向传热,在加热一段时间后,床内气体温度分布逐渐稳定,温度梯度呈对角线分布,符合空气-沙子交叉换热的典型特点。颗粒在床内不同位置的温度变化差别较大,初始阶段仅左侧颗粒被加热,在温度场稳定后,颗粒温度沿气流入射方向的梯度较大。空沙移动床内主要换热方式为对流换热,在500℃的加热温度下,对流传热热流量占比约98.50%;辐射传热热流量、导热传热热流量与空气入射速度正相关;空沙流量比与气相效能负相关,与固相效能正相关;空沙流量比与效率正相关。 展开更多
关键词 太阳能热发电 两相流 传热特性 数值模拟 移动床换热器 LBM-dem方法
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基于DEM-PBM方法的不同抵抗线下爆破漏斗试验规律研究
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作者 何德福 王凯 +4 位作者 李煜程 李卓 张智宇 黄永辉 罗毅 《高压物理学报》 北大核心 2025年第12期100-112,共13页
在露天爆破中,最小抵抗线决定了爆破能量释放的主导方向和岩石运动速度的方向,是控制爆破作用范围、岩石破碎效果及抛掷路径的核心因素。基于DEM-PBM(discrete element method-population balance model)耦合的爆破漏斗数值模拟方法,通... 在露天爆破中,最小抵抗线决定了爆破能量释放的主导方向和岩石运动速度的方向,是控制爆破作用范围、岩石破碎效果及抛掷路径的核心因素。基于DEM-PBM(discrete element method-population balance model)耦合的爆破漏斗数值模拟方法,通过多尺度建模与试验数据协同分析,结合现场爆破漏斗试验,对不同最小抵抗线下爆破漏斗破岩规律进行了研究,以优化爆破参数,提高爆破效率和安全性。数值模拟结果表明:当抵抗线长度为1.05 m时,20 ms时的爆破扩腔面积比5 ms时增长70.33%;当抵抗线长度为1.85 m时,爆破扩腔面积增长11.42%。对比不同抵抗线下破碎块度的抛掷作用效果,当抵抗线长度为1.05 m时,抛掷效果最佳。现场爆破漏斗试验结果显示:当抵抗线长度增大时,爆破漏斗体积变小;当抵抗线长度为1.05 m时,爆破漏斗体积最大,与数值模拟得到的爆破扩腔规律相似。现场爆破块度尺寸分形规律分析结果表明,当抵抗线长度为1.05 m、炮孔深度为1.2 m时,抛掷岩石块体较多,块度分布适中,破碎块体抛掷作用效果最佳。研究结果可为现场钻爆参数优化提供一定参考。 展开更多
关键词 dem-PBM法 爆破漏斗 抛掷作用 爆破块度
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基于MBD-DEM的变工况条件下刮板输送机链环磨损行为研究 被引量:1
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作者 邵云亮 李博 +1 位作者 夏蕊 李剑 《机电工程》 北大核心 2025年第3期585-598,共14页
为了解决复杂工况下刮板输送机链环磨损问题,对不同工况下的链环磨损行为进行了研究。首先,分析了刮板输送机链环产生磨损的主要原因,简化了刮板输送机的三维模型,设置了煤颗粒的离散元模型,基于多体动力学和离散元法(MBD-DEM),建立了... 为了解决复杂工况下刮板输送机链环磨损问题,对不同工况下的链环磨损行为进行了研究。首先,分析了刮板输送机链环产生磨损的主要原因,简化了刮板输送机的三维模型,设置了煤颗粒的离散元模型,基于多体动力学和离散元法(MBD-DEM),建立了刮板输送机的刚散耦合模型;然后,设定了张紧力和负载的取值范围,分析了不同张紧力、不同负载工况下对链环磨损的影响,并根据磨损程度确定了对链环磨损影响最深的张紧力和负载;最后,根据在煤层侧和挡板侧分别设定的张紧力和负载的取值,分析了在刮板输送机两侧负载不同、刮板输送机两侧链条张紧力不同的工况下,对链环磨损的影响,再次明确了张紧力和负载的大小对链环磨损的影响。研究结果表明:煤散料卡滞对磨损量产生的影响,远大于工况变化对磨损量产生的影响;65000 N张紧力和286 kg/s负载下的磨损程度最严重;65000 N张紧力无论在挡板侧还是在煤层侧,磨损深度相差不大;140 kg/s负载下,挡板侧比煤层侧磨损程度要深。该研究结果可以为解决实际工况中链环的磨损情况提供理论依据。 展开更多
关键词 输送机械 刮板机 链环 离散元法 多体动力学 磨损深度 张紧力
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基于SPH-DEM-FEM方法的高位滑坡冲击框架建筑群损毁机制研究 被引量:1
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作者 樊晓一 邓鑫 +3 位作者 刘欢 夏贵平 宋嘉麒 杨居颐 《振动与冲击》 北大核心 2025年第15期235-248,288,共15页
高位滑坡对建筑集群的冲击破坏时常导致严重的人员伤亡,基于光滑粒子流体动力学-离散元法-有限元法(smoothed particle hydrodynamics-discrete element method-finite element method,SPH-DEM-FEM)耦合的数值模型,开展了高位滑坡对框... 高位滑坡对建筑集群的冲击破坏时常导致严重的人员伤亡,基于光滑粒子流体动力学-离散元法-有限元法(smoothed particle hydrodynamics-discrete element method-finite element method,SPH-DEM-FEM)耦合的数值模型,开展了高位滑坡对框架结构建筑群的冲击过程、建筑结构破坏机理、冲击力时程与框架柱关键点应力和弯矩等动力机制研究。研究结果表明:SPH-DEM-FEM耦合数值方法能够有效地模拟碎石土滑坡中土(SPH)石(DEM)混合物的抛射弹跳、爬高绕流冲击运动过程。考虑了常规建筑垂直、平行于滑坡流向的三排建筑组合布局,位于滑坡近端的纵向排列建筑表现为连续性倾倒破坏,横向排列的建筑则呈现整体倾倒破坏;因前排建筑群对滑坡冲击能量的耗散及滑坡自身摩擦耗能,位于滑坡后端建筑表现为引流面墙体和前排柱发生局部破坏,结构保持稳定,损毁程度依次为上游无建筑缓冲耗能的建筑>有横向排列的建筑>有纵向排列的建筑;纵向、横向排列的建筑冲击力衰减幅度分别31%、21%。横向框架建筑整体倾倒的损毁机制表现为框架柱的直接剪断或节点塑形铰链失效;纵向框架建筑连续性倾倒的损毁机制表现为前排框架柱的失效引起后排框架柱轴向压力和极限弯矩增加,持续冲击荷载超过其极限弯矩致使后排框架柱发生弯曲破坏,最终结构倾倒。系统能量在动能、内能和摩擦耗能间转化,其中摩擦耗能占65.5%,结构耗能占23.6%,动能快速下降与内能急剧增加是建筑破坏的关键特征。 展开更多
关键词 光滑粒子流体动力学-离散元法-有限元法-(SPH-dem-FEM) 高位滑坡 框架结构建筑群 损毁机制 动力机制
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基于SPH-DEM的水下散粒体滑坡涌浪机理研究 被引量:1
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作者 高景芝 陈丁 姚学昊 《河南科学》 2025年第3期356-365,共10页
精准预测滑坡体的运动和自由表面波浪的生成是水下滑坡研究的关键。本文结合光滑粒子流体动力学(SPH)与离散单元法(DEM)各自的优势,并考虑水体在散粒体滑坡中的渗透作用,建立了适用于分析水下散粒体滑坡涌浪问题的SPH-DEM耦合模型。通过... 精准预测滑坡体的运动和自由表面波浪的生成是水下滑坡研究的关键。本文结合光滑粒子流体动力学(SPH)与离散单元法(DEM)各自的优势,并考虑水体在散粒体滑坡中的渗透作用,建立了适用于分析水下散粒体滑坡涌浪问题的SPH-DEM耦合模型。通过U型管多孔介质渗透算例,进一步验证了模型所计算的渗透力的准确性,证明了SPH-DEM耦合模型在模拟土-水耦合问题上的可行性和有效性。对水下可变形滑坡问题进行模拟计算,阐述了水下散粒体滑坡的渗透机制,并系统研究了渗透系数对散粒体滑坡变形和波浪形态的影响,发现随着渗透系数的增加,散粒体滑坡变形程度与最大首浪浪高均呈对数变化。进一步考虑不同土体质量与渗透系数对散粒体滑坡形态以及涌浪高度的影响,得到散粒体滑坡变形的拟合公式。 展开更多
关键词 水下滑坡涌浪 土-水耦合 光滑粒子流体动力学 离散元 渗透系数
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基于MPM-DEM耦合的弃渣场稳定性及灾害动力学分析 被引量:1
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作者 任禾 王君豪 +5 位作者 徐文杰 王恒威 董晓阳 孙文超 冯明明 吕飞 《中国地质灾害与防治学报》 2025年第6期37-47,共11页
随着山区高速公路建设的迅速推进,弃渣场的稳定性及潜在失稳灾害评估日益受到重视。具有巨大能量的滑坡体,可能会冲击破坏沿途的结构物进而威胁生命财产安全。充分发挥利用物质点法(material point method,MPM)可以对连续介质大变形过... 随着山区高速公路建设的迅速推进,弃渣场的稳定性及潜在失稳灾害评估日益受到重视。具有巨大能量的滑坡体,可能会冲击破坏沿途的结构物进而威胁生命财产安全。充分发挥利用物质点法(material point method,MPM)可以对连续介质大变形过程模拟和离散元法(digital elevation model,DEM)能够精准的接触判断优势,MPM-DEM耦合算法可有效解决滑坡体与复杂地形、沿线结构物之间的相互作用问题。文章基于GPU并行高性能计算软件CoSim中的MPM-DEM耦合算法,实现了对弃渣场边坡稳定性、潜在失稳灾害的动力学分析。研究首先以散粒体冲击结构物的算例,验证了该算法的合理性与准确性;在此基础上,以云南某高速公路弃渣场为研究案例,进一步计算其稳定性系数,并预测潜在失稳灾害的影响范围与危害程度。结果表明,该弃渣场边坡目前处于稳定状态;若发生失稳,滑坡体将对下游高速公路桥桩产生巨大冲击力。该耦合算法在弃渣场边坡稳定性与失稳灾害动力学分析中具备显著优势,能够实现边坡“稳定性→大变形→流动→堆积”的全过程分析。 展开更多
关键词 物质点法(MPM) 离散元法(dem) MPM-dem耦合算法 稳定性分析 失稳评估
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顾及地形断裂线的高保真DEM重建研究 被引量:2
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作者 夏袁菡子 周胜洁 邸国辉 《地理空间信息》 2025年第2期20-24,共5页
数字高程模型(DEM)是目前最重要的地球信息三维基础产品之一,但在植被茂盛等造成地形突变处点云密度低的情形下,生成的DEM局部误差偏大,出现不同程度的失真。针对DEM生产过程中的突变地形,基于法向量法来提取断裂线,提出了以虚拟断裂线... 数字高程模型(DEM)是目前最重要的地球信息三维基础产品之一,但在植被茂盛等造成地形突变处点云密度低的情形下,生成的DEM局部误差偏大,出现不同程度的失真。针对DEM生产过程中的突变地形,基于法向量法来提取断裂线,提出了以虚拟断裂线法或拓扑断裂线法来表达断裂线。实验分别利用克里金插值法和径向基函数法来重建DEM,通过比较LiDAR脚点缺失、虚拟断裂线少点、虚拟断裂线密集点以及拓扑断裂线法4个不同组别所产生的高程误差,得到如下结果:引入拓扑断裂线法后,克里金法生成的DEM中误差为0.14 m,比点云缺失时中误差减少0.511 m,径向基函数法生成的DEM中误差为0.13 m,比点云缺失时中误差减少0.515 m,实验效果表明在点云密度不足的情况下,拓扑断裂线法在2种插值算法中均适用。 展开更多
关键词 LIDAR 断裂线 dem 克里金插值法 径向基函数法
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基于DFN-DEM的矿区裂隙岩体尺寸效应及卸荷力学特性模拟研究
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作者 冯兴隆 罗新飏 +3 位作者 李亮 刘新荣 龙肖霞 眭素刚 《金属矿山》 北大核心 2025年第12期37-47,共11页
矿区边坡岩体因裂隙分布复杂、尺度效应显著及卸荷响应机制多变,面临力学参数难以等效表征、破坏机制难以准确描述等问题。采用离散元软件PFC建立DFN-DEM耦合计算模型,分析了DFN分布下试样尺寸对裂隙岩体的应力—应变曲线、破坏过程与... 矿区边坡岩体因裂隙分布复杂、尺度效应显著及卸荷响应机制多变,面临力学参数难以等效表征、破坏机制难以准确描述等问题。采用离散元软件PFC建立DFN-DEM耦合计算模型,分析了DFN分布下试样尺寸对裂隙岩体的应力—应变曲线、破坏过程与模式和表征单元体(REV)尺寸及力学参数值的影响,并探究了REV尺寸下试样的卸荷破坏过程。研究结果表明:随着试样尺寸增大,裂隙数量增加了结构的非均质性,其破坏特征由塑性主导的延性破坏逐渐过渡为弹性主导的脆性破坏;随着试样尺寸增大,裂隙岩体的破坏模式由集中脆性破坏逐渐演化为多区协同的渐进式破坏;单轴抗压强度随尺寸增大呈负指数衰减,弹性模量则先波动后趋于稳定。在此DFN分布下裂隙岩体的REV尺寸为11 m×22 m,REV单轴抗压强度为9.21 MPa,弹性模量为27.9 GPa;卸荷过程经历加载、应力维持、逐步破坏和最终破裂4个阶段,且围压越大,卸荷后结构越不稳定,裂纹扩展和力链瓦解越迅速。研究成果可为矿区离散裂隙边坡力学参数取值与稳定性分析提供一定的帮助。 展开更多
关键词 离散裂隙网络 裂隙岩体 尺寸效应 离散元 卸荷力学特性
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Wellbore breakouts in heavily fractured rocks:A coupled discrete fracture network-distinct element method analysis 被引量:1
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作者 Yongcun Feng Yaoran Wei +4 位作者 Zhenlai Tan Tianyu Yang Xiaorong Li Jincai Zhang Jingen Deng 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 2025年第3期1685-1699,共15页
Wellbore breakout is one of the critical issues in drilling due to the fact that the related problems result in additional costs and impact the drilling scheme severely.However,the majority of such wellbore breakout a... Wellbore breakout is one of the critical issues in drilling due to the fact that the related problems result in additional costs and impact the drilling scheme severely.However,the majority of such wellbore breakout analyses were based on continuum mechanics.In addition to failure in intact rocks,wellbore breakouts can also be initiated along natural discontinuities,e.g.weak planes and fractures.Furthermore,the conventional models in wellbore breakouts with uniform distribution fractures could not reflect the real drilling situation.This paper presents a fully coupled hydro-mechanical model of the SB-X well in the Tarim Basin,China for evaluating wellbore breakouts in heavily fractured rocks under anisotropic stress states using the distinct element method(DEM)and the discrete fracture network(DFN).The developed model was validated against caliper log measurement,and its stability study was carried out by stress and displacement analyses.A parametric study was performed to investigate the effects of the characteristics of fracture distribution(orientation and length)on borehole stability by sensitivity studies.Simulation results demonstrate that the increase of the standard deviation of orientation when the fracture direction aligns parallel or perpendicular to the principal stress direction aggravates borehole instability.Moreover,an elevation in the average fracture length causes the borehole failure to change from the direction of the minimum in-situ horizontal principal stress(i.e.the direction of wellbore breakouts)towards alternative directions,ultimately leading to the whole wellbore failure.These findings provide theoretical insights for predicting wellbore breakouts in heavily fractured rocks. 展开更多
关键词 Wellbore breakout Discrete fracture network(DFN) Distinct element method(dem) Heavily fractured rocks
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基于PDV-Goldstein滤波的TerraSAR/TanDEM-X DEM重建方法
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作者 宋天生 朱武 张关龙 《地球物理学进展》 北大核心 2025年第6期2518-2530,共13页
在基于TerraSAR-X/TanDEM-X双基系统进行数字高程模型(DEM)重建过程中,由于几何畸变、失相干等多种因素的影响,其干涉图中存在大量空间分布不均的随机噪声.现有方法存在过滤波或弱滤波现象,限制了TerraSAR/TanDEM-X DEM重建精度.基于此... 在基于TerraSAR-X/TanDEM-X双基系统进行数字高程模型(DEM)重建过程中,由于几何畸变、失相干等多种因素的影响,其干涉图中存在大量空间分布不均的随机噪声.现有方法存在过滤波或弱滤波现象,限制了TerraSAR/TanDEM-X DEM重建精度.基于此,本文提出一种结合相位导数方差和Goldstein滤波方法的PDV-Goldstein滤波方法.该方法通过计算干涉图相位导数方差,应用先验的滤波因子对干涉图中不同强度区域进行自适应滤波,以提升干涉图滤波效果和后续DEM重建质量.本文利用模拟数据和真实数据,与多种滤波方法进行对比实验.在实验结果中,由PDV-Goldstein滤波方法获得的滤波后干涉图明显更好地保持了相位细节信息,同时在定量分析中得到了最优的PSD值和残差点数量,残差点减少率为87.83%,相比传统Goldstein滤波方法,提升了13.92%.可证明改进的PDV-Goldstein滤波方法在噪声抑制和相位细节保持方面有着优越的性能,可为后续的DEM重建工作提供支持. 展开更多
关键词 干涉图滤波方法 相位导数方差 dem重建
原文传递
FDM-DEM耦合方法模拟月壤水冰模拟物的SHPB冲击试验
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作者 李云丽 杨振睿 吴文平 《计算力学学报》 北大核心 2025年第1期19-25,共7页
全球对月球的探索在近几年再次掀起一阵热潮,下一阶段的探月任务主要集中于对月球极地的取样与资源勘探,涉及月球极地水冰模拟物大量动力学问题的研究。本文采用有限差分法(FDM)与离散元法(DEM)的耦合方法,开展了月壤水冰模拟物的分离... 全球对月球的探索在近几年再次掀起一阵热潮,下一阶段的探月任务主要集中于对月球极地的取样与资源勘探,涉及月球极地水冰模拟物大量动力学问题的研究。本文采用有限差分法(FDM)与离散元法(DEM)的耦合方法,开展了月壤水冰模拟物的分离式霍普金森压杆(SHPB)试验模拟,研究了月壤水冰模拟物在冲击载荷下的动力学性能及损伤特性。通过与试验结果对比,发现本文提出的FDM-DEM模型能够很好模拟月壤水冰模拟物的SHPB冲击测试。获得了月壤水冰模拟物峰值强度与应变率的关系,发现月壤水冰模拟物表现出应变率增强效应,即应变率越高,峰值应力越大,这与砂土的应变率不敏感性存在明显差异。冲击过程中,试样的损伤随着冲击速度的增加而增大,但损伤持续时间变短。损伤裂纹首先出现在试样与压杆的交界处,随着试样的压实,试样内部产生裂纹,最终内外部裂纹相互扩展交汇,直至破坏。研究结果为深入理解月球极地月壤水冰模拟物的动力学性能和失效行为提供了重要的参考。 展开更多
关键词 月壤水冰模拟物 分离式霍普金森压杆(SHPB)试验 FDM-dem耦合 动态冲击特性 破坏形态
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面向水文过程模拟的DEM子流域划分优化方法
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作者 朱旭 周玉良 +3 位作者 周平 吴成国 崔毅 张宇亮 《湖泊科学》 北大核心 2025年第5期1759-1770,共12页
为解决直接利用原始DEM提取的模拟河网与实际水系存在偏差、影响子流域划分的问题,论文基于区域实际影像中的河流位置,提取研究流域的主河道;依据主河道栅格高程与垂直主河道方向的洼地栅格高程之差的最大值,降低主河道所在DEM栅格的高... 为解决直接利用原始DEM提取的模拟河网与实际水系存在偏差、影响子流域划分的问题,论文基于区域实际影像中的河流位置,提取研究流域的主河道;依据主河道栅格高程与垂直主河道方向的洼地栅格高程之差的最大值,降低主河道所在DEM栅格的高程值,并采用河网密度法确定河源的最佳集水面积阈值。结合我国一级小流域面积范围标准(50~300 km^(2)),以及每个子流域出口位于河网干流上的准则,确定合适的子流域划分数量及面积,并对不同的子流域划分方案下分布式新安江模型的日模和次模结果进行比较。桃溪流域应用结果表明:将实际水系主河道所在DEM栅格的高程降低40 m,基于河网密度法确定河源的最佳集水面积阈值为0.81 km^(2)后,所提取的模拟河网更加符合实际。子流域最佳集水面积阈值为108 km^(2),划分的子流域数量为7个,子流域的平均面积为213.2 km^(2)。对主河道所在DEM栅格的高程降低处理后划分的7和11个子流域分别记为方案A和B,未对主河道所在DEM栅格的高程降低处理划分的7个子流域记为方案C。利用桃溪流域1982—2022年水文气象资料对日径流过程进行模拟(1982—2012年为训练样本,其余为验证样本),方案A、B、C在训练期的确定性系数分别为0.87、0.87、0.86,验证期分别为0.90、0.91、0.90,模拟精度基本一致。选取20场洪水进行次洪模拟,以洪峰、洪量和峰现时间误差为精度评定指标,方案A、B、C下的合格场次分别为19、19、16场;以确定性系数为精度评定指标,方案A、B、C下的平均确定性系数分别为0.93、0.94、0.93。方案A和B的洪水模拟合格率高于方案C,而划分为7个子流域的方案A相较于11个子流域的方案B在精度上无明显差异。可见对主河道所在DEM栅格进行高程降低处理,以子流域面积处于我国一级小流域面积范围标准(50~300 km^(2))内、子流域出口位于干流上的准则进行子流域划分是合理可行的。 展开更多
关键词 流域划分 河网提取 河网密度法 集水面积阈值 dem 实际水系 桃溪流域
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