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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LBM-DEM的空沙移动床传热特性数值模拟
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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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SPH-DEM耦合模拟方法在啮合型双螺杆挤出机中的应用
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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DEM-MBD耦合的中部槽磨损故障下动力学响应特征研究
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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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顾及地形断裂线的高保真DEM重建研究 被引量:1
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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MBD-DEM的变工况条件下刮板输送机链环磨损行为研究
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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
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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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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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基于SPH-DEM的水下散粒体滑坡涌浪机理研究
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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DEM法的无人机测绘工程土方计算方法研究
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作者 王佳祥 《智能城市》 2025年第7期50-53,共4页
为了提升土方计算的精度和效率,文章介绍了基于数字高程模型(DEM)法的无人机测绘工程土方计算方法。通过分析DEM数据采集、网格表达及土方计算的具体流程,提出了结合无人机测绘技术与DEM模型的土方计算优化方案。研究涵盖了工程概况、... 为了提升土方计算的精度和效率,文章介绍了基于数字高程模型(DEM)法的无人机测绘工程土方计算方法。通过分析DEM数据采集、网格表达及土方计算的具体流程,提出了结合无人机测绘技术与DEM模型的土方计算优化方案。研究涵盖了工程概况、气候条件、数据采集方式、规则网格表达、点云构网与纹理映射、不规则三角网(TIN)模型构建以及DEM法土方计算等关键技术。通过实验准备与计算结果分析,验证该方法的可行性与精度。结果表明:基于DEM法的无人机测绘技术能够高效获取高精度地形数据,规则网格与TIN模型相结合可有效表达地形特征,DEM法土方计算在工程实践中具有较高的准确性和实用性,为类似工程提供了可靠的技术支持。 展开更多
关键词 dem 无人机 测绘 工程 土方计算
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基于DEM与FEM的可更换破碎齿破碎效果与强度仿真分析
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作者 郝铭 李朋 《煤炭工程》 北大核心 2025年第7期179-184,共6页
针对传统分级破碎机破碎齿更换困难、不便维修的问题,研究设计了一款新型可更换破碎齿,并采用离散单元法(DEM)分析了其在破碎作业过程中的破碎效果。同时,为了评估可更换破碎齿的破碎强度,通过有限元法(FEM)进行强度分析,校核极端工况... 针对传统分级破碎机破碎齿更换困难、不便维修的问题,研究设计了一款新型可更换破碎齿,并采用离散单元法(DEM)分析了其在破碎作业过程中的破碎效果。同时,为了评估可更换破碎齿的破碎强度,通过有限元法(FEM)进行强度分析,校核极端工况下可更换破碎齿是否超过许用应力,并对可更换破碎齿进行优化设计避免应力集中。研究结果表明,新设计的可更换破碎齿破碎效果良好,设计结构合理,满足现场使用要求。 展开更多
关键词 双齿辊破碎机 离散单元法 可更换破碎齿 破碎强度
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基于DEM的多孔粒状铵油炸药现场混装车螺旋的输送稳定性研究
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作者 安振伟 李宏兵 +1 位作者 张小勇 陈世雄 《爆破器材》 北大核心 2025年第3期42-47,共6页
为提高多孔粒状铵油炸药现场混装车的计量精度,采用离散元法(DEM),以定量底螺旋的输送质量流量稳定性变异系数Cv、螺旋单圈输送量Q0以及螺旋轴扭矩M为评价指标,对定量底螺旋的输送稳定性进行研究。结果表明,多孔粒状铵油炸药混装车采用... 为提高多孔粒状铵油炸药现场混装车的计量精度,采用离散元法(DEM),以定量底螺旋的输送质量流量稳定性变异系数Cv、螺旋单圈输送量Q0以及螺旋轴扭矩M为评价指标,对定量底螺旋的输送稳定性进行研究。结果表明,多孔粒状铵油炸药混装车采用变距底螺旋输送多孔粒状硝酸铵时,螺旋输送质量流量更稳定,输送质量流量的Cv最低可达到5.51%;在统计范围内,变距底螺旋的Q0范围为3.12~3.19 kg,Cv仅为1.00%,相较等距底螺旋受螺旋转速的影响较小;在相同转速条件下,变距底螺旋轴的平均扭矩比等距底螺旋要低,且在统计范围内Cv为4.29%,较等距底螺旋更稳定、更节能。对比的实际标定单圈输送量与仿真结果表明,该仿真方法可靠。 展开更多
关键词 混装车 输送稳定 离散元法(dem) 粒状铵油 定量底螺旋
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Wellbore breakouts in heavily fractured rocks:A coupled discrete fracture network-distinct element method analysis
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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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间断级配砂土潜蚀过程的DEM-CFD耦合模拟研究
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作者 王永庆 刘智 +2 位作者 熊磊 康捷 任杰 《水资源与水工程学报》 北大核心 2025年第3期175-181,共7页
潜蚀是引起堤防和大坝等水利工程破坏的重要因素之一。为了深入探究潜蚀在细观尺度上的发生与发展机理,采用离散元(DEM)与计算流体力学(CFD)耦合的方法建立了土体潜蚀细观分析模型,以探讨水力梯度和细颗粒含量对土体潜蚀的影响,并分析... 潜蚀是引起堤防和大坝等水利工程破坏的重要因素之一。为了深入探究潜蚀在细观尺度上的发生与发展机理,采用离散元(DEM)与计算流体力学(CFD)耦合的方法建立了土体潜蚀细观分析模型,以探讨水力梯度和细颗粒含量对土体潜蚀的影响,并分析细颗粒流失量、流失区域及力链数量等参数的变化规律。结果表明:潜蚀的发展过程可分为启动、发展、侵蚀和稳定4个阶段;在相同的细颗粒含量下,水力梯度越大,细颗粒流失速度越快;在相同水力梯度条件下,渗流初期细颗粒的流失速度随细颗粒含量增加而减小,但其累积流失量则随之增大;潜蚀开始时,颗粒流失首先出现在渗流出口处,随后逐渐从土体两端向中心扩展;随着样品中细颗粒的流失,颗粒体系内细颗粒接触链的数量减少,而粗颗粒接触链数量基本保持不变。 展开更多
关键词 潜蚀 dem-CFD耦合 细颗粒含量 水力梯度 堤坝
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基于CFD-DEM耦合的水射流锂-油解聚特征研究
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作者 严培轩 柳忠彬 +2 位作者 彭帝 杨彪 王志恒 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第12期5266-5272,共7页
锂渣具有很高的回收再利用价值,针对锂渣回收过程中存在的表面保护剂与表面生成物(扩散泵油与氢氧化锂)阻碍回收效率以及在回收过程中存在反应不受控制出现爆炸等问题。提出通过水射流对锂渣表面保护剂与表面生成物进行冲击脱附并防止... 锂渣具有很高的回收再利用价值,针对锂渣回收过程中存在的表面保护剂与表面生成物(扩散泵油与氢氧化锂)阻碍回收效率以及在回收过程中存在反应不受控制出现爆炸等问题。提出通过水射流对锂渣表面保护剂与表面生成物进行冲击脱附并防止反应爆炸的方法,依据锂渣、表面保护剂与生成物氢氧化锂结合关系提出油-锂-氢氧化锂颗粒桥接模型,并在此基础上进一步建立水射流计算流体力学-离散单元法(computational fluid dynamics-discrete element method,CFD-DEM)3组份耦合解聚模型,探讨在不同压力下水射流对油-锂-氢氧化锂桥接模型的冲击解聚特征。结果表明:油-锂-氢氧化锂颗粒黏结键破坏时间与射流压力关系呈反比关系,油-锂-氢氧化锂桥接模型中颗粒黏结键在0.1 MPa射流压力冲击0.05 s后,破坏率能达到95%以上;当射流压力达到0.5 MPa及以上时,黏结键破坏率达到95%时,用时仅0.015 s,可有效去除锂渣表面保护剂的同时,能及时去除氢氧化锂及其形成的泡沫,实现处理安全、高效、连续消化作业。研究成果对水射流技术应用于活泼金属的回收具有较强的指导意义,可应用于锂渣的高效可控安全消化回收领域。 展开更多
关键词 水射流 颗粒分离 锂-油 流体力学-离散单元法(CFD-dem)
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基于填挖方的DEM地形描述误差建模及置信度评估
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作者 李书雪 成毅 +2 位作者 葛文 张金禄 曹涟帅 《测绘科学技术学报》 2025年第1期97-103,共7页
针对当前DEM误差研究广泛但度量方法的通用性及结果可靠性却难以满足实际应用需求的问题,提出一种基于填挖方分析的DEM地形描述误差模型及置信度评估方法。该方法通过回归拟合探究了地形复杂度I_(TC)、分辨率R及DEM地形描述误差E_(c)间... 针对当前DEM误差研究广泛但度量方法的通用性及结果可靠性却难以满足实际应用需求的问题,提出一种基于填挖方分析的DEM地形描述误差模型及置信度评估方法。该方法通过回归拟合探究了地形复杂度I_(TC)、分辨率R及DEM地形描述误差E_(c)间的关联,建立了DEM地形描述误差定量估算模型E_(c)=0.0138×R×I_(TC);同时以该模型的残差统计为基础,根据误差可视化方法构建残差偏移区间,得到该模型置信度区间范围。实验表明,模型精度高达93.4218%,且96%的模型计算结果在置信水平为0.05的区间内。该模型不仅为在不同地形条件下确定满足限差要求的DEM分辨率提供了依据,而且对实际应用中DEM质量进行评判和决策的可靠性问题提供了思路。 展开更多
关键词 数字地形分析 dem地形描述误差 置信度 填挖方 地形复杂度
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基于DEM-FEM耦合方法的碎屑流对桥墩最大冲击力的影响因素研究 被引量:1
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作者 陈勇 姚昌荣 +3 位作者 周迅 赵实达 陈庭宇 强斌 《自然灾害学报》 CSCD 北大核心 2024年第2期65-74,共10页
碎屑流是我国山区最危险的地质灾害之一,山区桥墩常受到碎屑流冲击而开裂、倾斜甚至倒塌,给山区桥梁建设、运营带来严重的安全隐患。采用离散元方法(discrete element method,DEM)和有限元方法(finite element method,FEM)耦合的三维数... 碎屑流是我国山区最危险的地质灾害之一,山区桥墩常受到碎屑流冲击而开裂、倾斜甚至倒塌,给山区桥梁建设、运营带来严重的安全隐患。采用离散元方法(discrete element method,DEM)和有限元方法(finite element method,FEM)耦合的三维数值模拟方法模拟了碎屑流对双柱式桥墩的冲击效应,并结合斜槽试验,验证了耦合方法的准确性,进一步分析了碎屑流冲击坡度、距离和体积密度对桥墩冲击力的影响规律。结果表明,最大冲击力与碎屑流冲击坡度、距离和体积密度分别呈幂函数(指数大于1)、幂函数(指数小于1)和线性正相关。冲击坡度、距离和体积密度对最大冲击力的敏感度值分别为3.012、0.202、0.804,在桥梁碎屑流灾害防治时需重视冲击坡度和体积密度的影响。将冲击力的数值模拟值与流体动力学模型预测值对比分析表明,流体动力学模型理论公式能较好地预测桥墩所受的最大冲击力,最大预测误差低于23.6%。相关研究结果可为山区桥梁碎屑流灾害防治与设计提供一定的参考依据。 展开更多
关键词 dem-FEM耦合方法 碎屑流 桥墩 冲击力 敏感性分析
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基于CFD-DEM方法的回转体水下运动兴波破冰数值模拟研究 被引量:1
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作者 倪宝玉 谭浩 +1 位作者 李鸿远 周朔 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 2024年第1期52-57,共6页
该文采用CFD-DEM方法对回转体水下运动兴波破冰问题进行了数值模拟研究,探究回转体运动速度、潜深对破冰效果的影响,对比分析了不同工况下冰盖的裂纹扩展规律和破坏程度,其中速度无因次化为弗劳德数Fr,潜深无因次化为回转体深度与回转... 该文采用CFD-DEM方法对回转体水下运动兴波破冰问题进行了数值模拟研究,探究回转体运动速度、潜深对破冰效果的影响,对比分析了不同工况下冰盖的裂纹扩展规律和破坏程度,其中速度无因次化为弗劳德数Fr,潜深无因次化为回转体深度与回转体最大直径的比值,记作h。研究结果表明:在回转体运动兴波破冰过程中,回转体中后部冰盖的破坏情况较为严重;随着回转体的运动,冰盖裂纹向前扩展,出现新的纵向裂纹与横向裂纹,待裂纹完全发展后,冰盖呈现出以横向裂纹为主的破坏形式;存在临界速度Ccri,当回转体的运动速度处于临界速度附近时,冰盖的破坏效果较好,对应的速度区间为Fr=0.55~0.75;随着回转体潜深增大,冰盖破坏程度总体呈现出下降趋势,h>3.43后,冰盖不再发生明显破碎。 展开更多
关键词 破冰 水下运动 CFD-dem方法 可破碎冰盖
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基于DEM法的贯流式水轮机内部鱼类损伤机理 被引量:2
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作者 杨春霞 李倩 +1 位作者 徐顶娥 郑源 《华中科技大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期157-164,共8页
借助压力试验探究了不同压强下有无鳞鱼的损伤情况,得出压力损伤阈值后结合离散元素法(DEM)计算灯泡贯流式水轮机内鱼体受不同损伤的概率.研究结果表明:当正压低于0.4 MPa时试验鱼均无损伤;当压力降低到-20 kPa时试验鱼出现损伤,选取-20... 借助压力试验探究了不同压强下有无鳞鱼的损伤情况,得出压力损伤阈值后结合离散元素法(DEM)计算灯泡贯流式水轮机内鱼体受不同损伤的概率.研究结果表明:当正压低于0.4 MPa时试验鱼均无损伤;当压力降低到-20 kPa时试验鱼出现损伤,选取-20 kPa作为压力损伤的数值模拟阈值.相同水头下,导叶开度越大,鱼体受伤概率越大;相同导叶开度下,随着水头增加,鱼体在转轮区域受压力、压力梯度和剪切损伤的概率逐渐增加,受撞击的概率逐渐减小,并且前三者增加的幅度要比撞击损伤概率减小的幅度更大.叶片撞击与负压是导致鱼体损伤的主要因素,最高损伤概率分别为18.92%和18.01%;压力梯度及剪切力是次要因素,最高概率仅为5.43%和0.0352%. 展开更多
关键词 灯泡贯流式水轮机 压力损伤试验 压强阈值 离散元素法 鱼类损伤机理
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