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基于SPH-FEM大蒜切茎装置动力学分析及参数优化
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作者 李骅 高涵 +3 位作者 王永健 於海明 傅杰一 郭靳枭 《农业机械学报》 北大核心 2026年第4期192-202,共11页
针对目前大蒜联合收获机切茎装置切削性能较差、切割阻力较大、切割不及时易造成大蒜鳞茎损伤以及夹持输送装置堵塞等问题,基于SPH-FEM耦合算法设计了一种大蒜双圆盘式切茎装置,并进行了动力学分析及参数优化。根据大蒜茎秆的结构、物... 针对目前大蒜联合收获机切茎装置切削性能较差、切割阻力较大、切割不及时易造成大蒜鳞茎损伤以及夹持输送装置堵塞等问题,基于SPH-FEM耦合算法设计了一种大蒜双圆盘式切茎装置,并进行了动力学分析及参数优化。根据大蒜茎秆的结构、物理参数和力学特性参数,确定了大蒜茎秆的材料模型。利用ANSYS/LS-DYNA构建大蒜切割过程仿真模型,通过有限元仿真结果确定最优圆盘刀结构参数,圆盘刀厚度2 mm、圆盘刀刃角15°和圆盘刀重叠量15 mm。运用仿真模型进行单因素仿真试验,确定了大蒜切茎装置的喂入速度、圆盘刀转速、圆盘刀间距的取值范围分别为1.5~2.5 km/h、400~600 r/min、1~3 mm;采用Box-Behnken设计三因素三水平正交组合试验方案,通过台架试验确定各因素水平下圆盘刀最大切割阻力,运用Design-Expert 13对试验结果进行方差和响应面分析,得到大蒜切茎装置实际最佳工作参数,喂入速度为2.1 km/h、圆盘刀转速为560 r/min、圆盘刀间距为1 mm。台架试验结果表明,在最优工作参数下最大切割阻力为7.33 N,误差为7.5%。本文所设计的双圆盘式切茎装置切割阻力小、工作性能稳定,茎秆切割面较为平整,并且在试验过程中无鳞茎损伤,满足大蒜收获茎秆切割要求,可为大蒜联合收获机械的设计提供参考。 展开更多
关键词 大蒜切茎 有限元 SPH-fem耦合算法 双圆盘式切茎装置 参数优化
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基于SPH-FEM流固耦合作用下多级拦挡坝动力响应分析
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作者 王永胜 龚蕓 祝佳 《灾害学》 北大核心 2026年第1期104-114,共11页
为探明泥石流与多级拦挡结构间的相互作用机制,该文建立了耦合的光滑粒子流体动力学(SPH)和有限元方法(FEM)的数值模型,模拟泥石流浆体与块石的相互耦合过程,分析了格栅-重力坝、格栅-格栅坝和重力-重力坝三种组合坝在泥石流作用下动力... 为探明泥石流与多级拦挡结构间的相互作用机制,该文建立了耦合的光滑粒子流体动力学(SPH)和有限元方法(FEM)的数值模型,模拟泥石流浆体与块石的相互耦合过程,分析了格栅-重力坝、格栅-格栅坝和重力-重力坝三种组合坝在泥石流作用下动力响应,包括泥石流速度、冲击力、坝体支反力和Von Mises应力。结果表明:多级拦挡坝承泥石流冲击力与坝体结构密切相关,格栅坝透水性强、整体荷载小但局部应力集中;重力坝借浆体缓冲层降低局部应力。此外,一级坝支反力普遍高于二级坝,当一级为重力坝时应力剧增,为格栅坝则使荷载分配合理、减小应力差。因此坝体结构特性对荷载分配具有调控作用,为工程实践中优选坝型组合可提供设计参考。 展开更多
关键词 泥石流 SPH-fem耦合 多级拦挡坝 动力响应
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基于分域耦合FEM-DEM多尺度方法的砂土中闭口和开口桩沉桩过程模拟
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作者 郭远灏 史亦皓 +1 位作者 郭宁 杨仲轩 《岩土工程学报》 北大核心 2026年第4期866-875,共10页
基于自主开发的GPU加速三维分域耦合有限元-离散元(FEM-DEM)多尺度计算平台GeoTaichi,模拟了砂土中闭口和开口桩的单调静压沉桩过程。该方法将求解域分为紧邻结构物的区域和远离结构物的区域,分别使用DEM模拟砂土与桩的相互作用;以及FE... 基于自主开发的GPU加速三维分域耦合有限元-离散元(FEM-DEM)多尺度计算平台GeoTaichi,模拟了砂土中闭口和开口桩的单调静压沉桩过程。该方法将求解域分为紧邻结构物的区域和远离结构物的区域,分别使用DEM模拟砂土与桩的相互作用;以及FEM模拟远离桩的区域,提高计算效率。通过模拟三轴排水压缩试验并结合试验数据,确定了DEM域的接触模型参数和FEM域的莫尔-库仑本构模型参数。闭口桩模拟获得的桩端阻力和砂土中的径向应力分布与文献中模型槽试验结果一致,验证了耦合FEM-DEM方法模拟打入桩静压沉桩过程的可靠性。随后,分析了两种不同管径的开口桩沉桩过程中桩周土体变形、土塞率(PLR)、土塞增长率(IFR)以及沉桩阻力的变化,得出IFR相对于PLR在反映土塞状态变化方面更为敏感,且土塞内壁摩阻力的发挥趋势与IFR的变化趋势一致。研究为揭示沉桩过程中的桩土作用机理及合理预测打入桩承载力提供高效的数值计算工具。 展开更多
关键词 分域耦合 fem-DEM 沉桩过程 桩土相互作用 GeoTaichi
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SPH-FEM耦合的山岭隧道长进尺掏槽爆破研究
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作者 周松樊 孟春阳 管晓明 《低温建筑技术》 2026年第2期127-132,共6页
针对山岭隧道电子雷管进行长进尺爆破振动大、掏槽效果不佳的问题,文中采用SPH-FEM耦合方法建立掏槽爆破三维数值模型,研究单孔0~5 ms延期时间下岩石爆破粒子的抛掷情况,分析岩石破碎效果;研究不同延期时间下掏槽成腔演化历程,揭示延期... 针对山岭隧道电子雷管进行长进尺爆破振动大、掏槽效果不佳的问题,文中采用SPH-FEM耦合方法建立掏槽爆破三维数值模型,研究单孔0~5 ms延期时间下岩石爆破粒子的抛掷情况,分析岩石破碎效果;研究不同延期时间下掏槽成腔演化历程,揭示延期时间对掏槽爆破的影响机理。研究结果表明,掏槽孔同时起爆条件下粒子抛掷数量最多、距离最远;随着单孔延时增加,岩石爆破粒子数逐渐减小;其中单孔延时为1 ms时粒子数减少并不显著,2、3 ms时粒子数迅速衰减,4、5 ms时粒子数量减少趋于平缓;单孔延时为1 ms时掏槽腔面积占比最大,达到31.68%,爆破能量利用率最高,破碎效果最优。经现场试验验证,斜眼掏槽孔采用1 ms单孔延时方案,可同时实现高效破岩与爆破振动控制。研究为山岭隧道电子雷管爆破的合理延期时间的设定提供理论依据。 展开更多
关键词 隧道爆破 电子雷管 延时爆破 岩体破碎 SPH-fem耦合
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FEM-DEM颗粒介质软体机械手指灵活度与刚度变化研究
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作者 汪键 薛祖武 +1 位作者 袁海洋 陈家贤 《制造技术与机床》 北大核心 2026年第3期74-82,共9页
本研究基于颗粒介质的阻塞相变效应,通过数值模拟探讨了软体机械手指的灵活度与变刚度特性。利用Abaqus软件构建了融合颗粒接触非线性力学与堆积状态演化的有限元-离散元(finite element-discrete element,FEM-DEM)耦合模型,系统模拟了... 本研究基于颗粒介质的阻塞相变效应,通过数值模拟探讨了软体机械手指的灵活度与变刚度特性。利用Abaqus软件构建了融合颗粒接触非线性力学与堆积状态演化的有限元-离散元(finite element-discrete element,FEM-DEM)耦合模型,系统模拟了机械手指在不同颗粒体积分数下的动力学响应。研究结果表明,颗粒体积分数是调控机械手指力学性能的关键参数:当体积分数低于50%时,系统处于超松散堆积状态,刚度增强有限(增幅低于2%);当体积分数处于不同堆积状态阈值内,软体机械手指的可观测性能有着明显差异。其中,体积分数超过临界阈值(约55%)进入随机紧密堆积状态后,机械手指指末端位移显著降低(最高达56.74%),整体刚度呈现非线性跃升,最大增幅可达151.29%,实现了从高灵活度向高刚度状态的转变。揭示了基于颗粒阻塞的变刚度机理,为软体机械手指的结构优化与性能预测提供了理论依据与有效的仿真设计工具。 展开更多
关键词 颗粒阻塞 体积分数 堆积态 灵活度 变刚度 软体机械手指 fem-DEM
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SPH-DEM-FEM流固耦合模型下泥石流冲击框架损伤评估
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作者 张金 张忠耀 +1 位作者 张高 莫洋洋 《振动与冲击》 北大核心 2026年第6期141-153,163,共14页
泥石流作为高破坏性混合流体,其携带的块石对框架结构的冲击机制尚未得到充分研究。为揭示含块石泥石流冲击框架结构的动力响应与损伤机制,基于光滑粒子流体动力学-离散元法-有限元法(smoothed particle hydrodynamics-discrete element... 泥石流作为高破坏性混合流体,其携带的块石对框架结构的冲击机制尚未得到充分研究。为揭示含块石泥石流冲击框架结构的动力响应与损伤机制,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)耦合数值方法,构建流体-块石-结构的多耦合数值模型,模拟不同冲击速度和角度下框架结构的损伤过程,并结合两相溃坝试验来验证模型有效性。研究表明:泥石流冲击导致结构损伤经历“接触-扩散-反弹-堆积/冲击”四个阶段,当冲击速度超过6.00 m/s时,结构产生不可恢复损伤,且块石阻隔作用使流体上部冲击力大于下部,引发结构中部最先发生集中损伤;此外,冲击力峰值随速度和角度增大呈非线性增长,10.00 m/s与90°工况下框架柱底冲击力达497.17 kN,超过结构抗冲击承载力;最后,数值模拟与经验公式所得冲击力结果误差在13.95%~29.00%,数量级一致,验证了模型可靠性。研究结果可为泥石流高发区框架结构的抗冲击设计提供参考。 展开更多
关键词 框架结构 泥石流冲击 光滑粒子流体动力学-离散元法-有限元法(SPH-DEM-fem) 冲击力
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New Insight to Large Deformation Analysis of Thick-Walled Axisymmetric Functionally Graded Hyperelastic Ellipsoidal Pressure Vessel Structures:A Comparison between FEM and PINNs
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作者 Azhar G.Hamad Nasser Firouzi Yousef S.Al Rjoub 《Computers, Materials & Continua》 2026年第5期403-430,共28页
The accurate mechanical analysis of thick-walled pressure vessel structures composed of advanced materials,such as hyperelastic and functionally graded materials(FGMs),is critical for ensuring their safety and optimiz... The accurate mechanical analysis of thick-walled pressure vessel structures composed of advanced materials,such as hyperelastic and functionally graded materials(FGMs),is critical for ensuring their safety and optimizing their design.However,conventional numerical methods can face challenges with the non-linearities inherent in hyperelasticity and the complex spatial variations in FGMs.This paper presents a novel hybrid numerical approach combining Physics-Informed Neural Networks(PINNs)with Finite Element Method(FEM)derived data for the robust analysis of thick-walled,axisymmetric,heterogeneous,hyperelastic pressure vessels with elliptical geometries.A PINN framework incorporating neo-Hookean constitutive relations is developed in MATLAB.To enhance training efficiency and accuracy,the PINN’s loss function is augmented with displacement data obtained from high-fidelity FEM simulations performed in ANSYS.The methodology is rigorously validated by comparing PINN-predicted displacement and von Mises stress fields against ANSYS benchmarks for various scenarios of FGMconfigurations(with material properties varying according to a power law)subjected to internal and external pressurization.The results demonstrate excellent agreement between the proposed hybrid PINN-FEMapproach and conventional FEMsolutions across all test cases,accurately capturing complex deformation patterns and stress concentrations.This study highlights the potential of data-augmented PINNs as an effective and accurate computational tool for tackling complex solid mechanics problems involving non-linearmaterials and significant heterogeneity,offering a promising avenue for future research in engineering design and analysis. 展开更多
关键词 Finite elementmethod(fem) physics-informed neural networks(PINNs) HYPERELASTICITY functionally graded materials(FGMs) pressure vessels hybrid numerical methods axisymmetric analysis
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Coupled FEM-DEM modeling of permeability evolution in rough fractured shale during shearing under varying confining pressures
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作者 Bin Li Qi Li 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 2026年第3期1736-1754,共19页
The dynamic evolution of fracture permeability presents a critical scientific challenge in rock masses.Understanding the mechanisms of rock mass permeability evolution is vital for engineering project design and opera... The dynamic evolution of fracture permeability presents a critical scientific challenge in rock masses.Understanding the mechanisms of rock mass permeability evolution is vital for engineering project design and operations.By integrating the discrete element method(DEM)with the finite element method(FEM),a numerical simulation framework for shear seepage in rough fractured shale has been developed to investigate the dynamic mechanisms of permeability evolution under varying confining pressures and during the shearing process.Numerical simulations were conducted on rough fractured samples under effective confining pressures ranging from 5 MPa to 20 MPa to monitor the aperture and permeability evolution of the fracture.The results of the numerical simulation are consistent with the experimental observations,indicating that both the shearing process and confining pressure significantly influence permeability.Moreover,the magnitude of the confining pressure is a crucial factor influencing the trend in permeability changes.Under a confining pressure of 5 MPa,fracture permeability initially increases significantly but decreases post-shearing.In contrast,a continuous decrease in fracture permeability is observed when the confining pressure exceeds 10 MPa.The results of the shear numerical simulation indicate that the confining pressure restricts fracture dilation during shearing,promotes the generation of rock debris,and decreases both the permeability and transmissivity of the fracture.The wear results obtained from numerical simulations are consistent with the experimental patterns and correlate with the joint roughness coefficient(JRC).This study proposed an effective numerical simulation method to reveal the evolution mechanism of fracture flow capacity,taking into account the wear of the fracture surface in shear simulations and the initial stress state of the rock in seepage simulations.This research explains the permeability evolution mechanism of fractured shale from a microscopic perspective,and the proposed numerical simulation method for shear seepage provides a powerful means to uncover the dynamic evolution mechanisms governing fracture permeability. 展开更多
关键词 Discrete element method(DEM) Finite element method(fem) Fracture Permeability Shear stress Joint roughness coefficient(JRC) Dynamic evolution
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莲花隧道开挖稳定性的DEM-FEM数值模拟
9
作者 白东升 《交通科技与经济》 2026年第2期84-90,共7页
为深入揭示软弱围岩隧道开挖失稳机理并提升其稳定性评价精度,依托萍莲高速莲花隧道工程,采用离散元法(DEM)与有限元法(FEM)耦合方法,建立二维模型并校准参数,分析隧道开挖过程中围岩应力分布、变形规律及颗粒接触力演化特征。结果表明... 为深入揭示软弱围岩隧道开挖失稳机理并提升其稳定性评价精度,依托萍莲高速莲花隧道工程,采用离散元法(DEM)与有限元法(FEM)耦合方法,建立二维模型并校准参数,分析隧道开挖过程中围岩应力分布、变形规律及颗粒接触力演化特征。结果表明:开挖初期围岩应力快速释放,引发胶结体显著破坏和位移增加;围岩位移经历“快速集中—扩展外延—渐趋稳定”的三阶段演化,形成以隧道为中心的位移梯度带;围岩应力初期集中后逐渐向深部扩散转移,最终趋于动态平衡,呈现时空渐进性;不同位置颗粒接触力分布具有明显各向异性,且其幅值与空间分布格局随开挖进程动态演化。通过精细化参数校准分析,提出基于DEM-FEM耦合的软弱围岩隧道稳定性评价方法,为类似工程的安全施工和优化设计提供依据。 展开更多
关键词 公路隧道 软弱围岩 DEM-fem 稳定性 应力变形演化
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含铀材料侵彻装甲板FEM/SPH耦合算法模拟研究 被引量:1
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作者 陈佳辰 苏自强 +2 位作者 康晶 廉冰 王彦 《核电子学与探测技术》 北大核心 2025年第6期910-914,共5页
含铀材料侵彻装甲板的过程是一个大变形冲击动力学问题。含铀材料侵彻装甲板后不仅会对水源和土壤造成污染,还会对人体造成持久的伤害。因此,需要关注含铀材料侵彻装甲板后气溶胶的释放和沉降问题。本文基于LS-DYNA软件,使用FEM/SPH耦... 含铀材料侵彻装甲板的过程是一个大变形冲击动力学问题。含铀材料侵彻装甲板后不仅会对水源和土壤造成污染,还会对人体造成持久的伤害。因此,需要关注含铀材料侵彻装甲板后气溶胶的释放和沉降问题。本文基于LS-DYNA软件,使用FEM/SPH耦合算法对含铀材料侵彻装甲板的过程进行数值模拟,讨论了含铀材料与装甲板相互作用机制以及变形失效行为;对FEM/SPH耦合算法和FEM方法的模拟结果进行比较,分析两种方法在高速碰撞问题中的优缺点。结果表明,与FEM方法相比,FEM/SPH耦合算法能形象地模拟出高速侵彻过程中材料的破坏、飞溅等现象,此外,获取了含铀材料侵彻装甲板过程中的气溶胶转化率。 展开更多
关键词 LS-DYNA fem/SPH耦合算法 fem方法
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基于VOF-FEM方法考虑内部构件影响的大型液舱晃荡强度研究
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作者 李昊 刘俊 +2 位作者 毛佳寅 黄德海 郭涵慧 《中国造船》 北大核心 2025年第4期148-159,共12页
基于VOF方法,针对某船大型液舱建立了考虑内部构件影响的三维晃荡数值模型,开展水动力载荷计算,与液舱晃荡试验的对比验证了计算方法的有效性。基于PATRAN平台的PCL语言编写工具软件,将时空变化的冲击载荷自动加载到有限元模型,开展了... 基于VOF方法,针对某船大型液舱建立了考虑内部构件影响的三维晃荡数值模型,开展水动力载荷计算,与液舱晃荡试验的对比验证了计算方法的有效性。基于PATRAN平台的PCL语言编写工具软件,将时空变化的冲击载荷自动加载到有限元模型,开展了在不同装载高度和船舶不同运动状态下液舱结构动力响应分析和强度校核。对晃荡载荷的准静态等效方法展开研究,采用载荷时历最大值及载荷包络值两种等效方法进行对比分析。结果表明:在目标船设计工况下,载荷包络值的静力分析应力略大于其他状态下的应力,且比值在1.000~1.064浮动,涵盖了所有危险状态,建议用该方法获得的准静态载荷进行液舱晃荡强度校核。 展开更多
关键词 液舱晃荡 VOF-fem载荷转换 瞬态响应分析 静力分析 强度校核
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人工智能与大数据背景下基于FEM模型对新质生产力的研究
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作者 周凤芹 颜研 刘京 《产业科技创新》 2025年第3期73-77,共5页
面对传统增长模式瓶颈,我国急需以技术穿透力重构生产函数。本文以科技生产力、绿色生产力、数字生产力三个维度构建新质生产力指标体系,以我国2010-2023年31个省的经济数据为样本,基于FEM(Fixed Effect Model)模型对GDP赋能新质生产力... 面对传统增长模式瓶颈,我国急需以技术穿透力重构生产函数。本文以科技生产力、绿色生产力、数字生产力三个维度构建新质生产力指标体系,以我国2010-2023年31个省的经济数据为样本,基于FEM(Fixed Effect Model)模型对GDP赋能新质生产力发展进行了实证研究,发现GDP每增长1%可驱动新质生产力指数提升10%,该结论在控制多维效应、调整变量组合及内生性检验中均保持高度稳健性。教育投入与地理区位导致区域间新质生产力赋能效应呈现显著异质性,需通过强化区域协同创新、促进技术外溢来缩小发展鸿沟,实现全域均衡提升。 展开更多
关键词 新质生产力 大数据 创新 GDP fem模型
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耦合SBFEM-FEM的高拱坝系统地震响应分析
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作者 陈灯红 梁羽翔 +2 位作者 刘云辉 张心瀚 胡昊文 《水力发电学报》 北大核心 2025年第4期72-84,共13页
高拱坝的巨大尺寸跨度以及需考虑的不同分区材料属性和坝基地形的复杂性,采用传统有限元法进行精细化建模时存在一定局限性。本文建立了一种耦合SBFEM-FEM高拱坝-地基-库水系统的地震分析数值分析模型。该模型以SBFEM理论为基础,通过蒙... 高拱坝的巨大尺寸跨度以及需考虑的不同分区材料属性和坝基地形的复杂性,采用传统有限元法进行精细化建模时存在一定局限性。本文建立了一种耦合SBFEM-FEM高拱坝-地基-库水系统的地震分析数值分析模型。该模型以SBFEM理论为基础,通过蒙皮单元技术耦合八叉树SBFEM自定义单元与ABAQUS内置单元,将SBFEM半解析和网格灵活的优势与ABAQUS成熟的线性与非线性求解器和前/后处理模块相结合。以XL高拱坝为例,对其进行了地震作用下线弹性、接触非线性与材料非线性动力响应分析。结果表明:本文方法相较于传统有限元法能够有效减少计算所需资源,并且能够准确模拟高拱坝在地震作用下的非线性响应及损伤情况,对大坝以及其他建筑的抗震研究具有一定的借鉴意义。 展开更多
关键词 比例边界有限元 耦合SBfem-fem 接触非线性 非线性动力响应 八叉树网格
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基于SPH-FEM的落石冲击缓冲层-钢筋混凝土板动力响应研究 被引量:2
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作者 孙晓虎 李浩 +5 位作者 梅雪峰 李登峰 师郡 崔鹏 邵怡铭 李泽洲 《建筑结构》 北大核心 2025年第9期69-75,62,共8页
崩塌落石防治工程中,通常采用钢筋混凝土框架与砂(碎石土)土缓冲层共同组成抗落石冲击防护结构。针对有限元模拟冲击荷载下缓冲层超大变形存在无法收敛的问题,建立平滑粒子流-有限元法(SPH-FEM)耦合的数值计算模型。首先利用ABAQUS对整... 崩塌落石防治工程中,通常采用钢筋混凝土框架与砂(碎石土)土缓冲层共同组成抗落石冲击防护结构。针对有限元模拟冲击荷载下缓冲层超大变形存在无法收敛的问题,建立平滑粒子流-有限元法(SPH-FEM)耦合的数值计算模型。首先利用ABAQUS对整个模型建立标准拉格朗日有限元网格,然后利用Python脚本将土缓冲层有限元网格转换为SPH,最后进行求解计算,并与室外大型落石冲击试验结果进行对比。结果表明,数值模拟与实测的落石冲击力与钢筋混凝土板位移误差均在10%以内,证明了SPH-FEM耦合算法的合理性;在小于12m/s的冲击速度下,缓冲层能够吸收85%以上的冲击能量;落石峰值冲击力与冲击速度近似成线性关系,峰值冲击力模拟值与Hertz理论值基本一致;采用SPH-FEM耦合的数值模拟对于再现落石冲击砂土颗粒过程中的流动性比有限元更加客观真实。 展开更多
关键词 落石 缓冲层 钢筋混凝土板 冲击荷载 模型试验 SPH-fem耦合算法
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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FEM-SPH自适应算法孔阵列陶瓷装甲的抗弹性能
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作者 贺志凡 陈天明 +6 位作者 卢承发 杨阳 梁博 王志鹏 陈爱军 曹剑武 秦庆华 《兵工学报》 北大核心 2025年第10期92-101,共10页
孔阵列陶瓷装甲作为一种新型防护装甲,通过孔洞设计有效突破了传统均质陶瓷装甲大范围脆性失效的局限性,且能在子弹与靶板相互作用时引入不对称力促使子弹偏转或断裂,可有效造成侵彻过程中的不稳定,从而降低其侵彻能力。采用有限元-光... 孔阵列陶瓷装甲作为一种新型防护装甲,通过孔洞设计有效突破了传统均质陶瓷装甲大范围脆性失效的局限性,且能在子弹与靶板相互作用时引入不对称力促使子弹偏转或断裂,可有效造成侵彻过程中的不稳定,从而降低其侵彻能力。采用有限元-光滑粒子流体动力学法自适应算法,建立7.62 mm穿甲燃烧弹侵彻孔阵列碳化硼陶瓷靶板的数值模型,分析了不同弹着点位置、倾角及子弹旋转对孔阵列陶瓷靶板抗弹性能的影响。结果表明,弹着点位置对弹靶相互作用、孔阵列陶瓷靶板的损伤模式和抗弹性能有重要影响;当弹着点位于孔洞边缘时,子弹受非对称作用力出现弹体偏转,从而靶板抗弹性能提升;子弹斜入射冲击下,装甲通过进一步诱导子弹失稳而提升了其抗弹性能,靶板损伤范围增加;孔阵列陶瓷装甲对旋转弹体的抗弹性能优于无旋转弹体。 展开更多
关键词 孔阵列装甲 B_(4)C陶瓷 侵彻 fem-SPH自适应算法 抗弹性能
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基于FEM-DEM耦合模型喷丸铝合金薄壁件尺寸稳定性仿真研究
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作者 汪帆星 汪舟 +6 位作者 曾思明 孙文革 段芳芳 葛久志 陈艳华 日孜完古丽 甘进 《表面技术》 北大核心 2025年第3期171-181,共11页
目的探究喷丸对铝合金薄壁件残余应力场的影响和应力释放后尺寸稳定性的影响。方法基于ABAQUS有限元软件建立多弹丸随机撞击薄壁件模型和喷丸薄壁件残余应力释放模型,并对模型预测7075铝合金薄壁件残余应力场的准确性进行验证。通过FEM-... 目的探究喷丸对铝合金薄壁件残余应力场的影响和应力释放后尺寸稳定性的影响。方法基于ABAQUS有限元软件建立多弹丸随机撞击薄壁件模型和喷丸薄壁件残余应力释放模型,并对模型预测7075铝合金薄壁件残余应力场的准确性进行验证。通过FEM-DEM耦合薄壁件喷丸+残余应力释放一体化模型,探究喷丸速度、喷丸直径、喷丸质量流工艺参数对7075铝合金薄壁件残余应力场和尺寸稳定性的影响规律。结果沿层深分布的残余应力试验值和仿真值最大误差在±16%以内,平均误差为6%,证实了模型良好的残余应力预测准确性。随弹丸速度增大,铝合金薄壁件表面残余应力和约束释放后的变形增大,速度为100m/s时最大残余压应力约为‒323 MPa。随弹丸直径增大,表面残余应力缓慢增大,残余压应力层深增加,弹丸直径为0.8 mm时残余压应力层深约为0.42 mm。随弹丸质量流增大,表面残余应力和约束释放后的形变也会小幅增加。增大弹丸质量流对增大最大残余应力和约束释放后的变形的增大效率小于增大弹丸速度和弹丸直径。根据仿真结果建立了喷丸效能评估参数和喷丸工艺参数相联系的预测模型。结论研究验证了多弹丸随机撞击薄壁件模型和喷丸薄壁件应力释放模型具有良好的预测喷丸薄壁件残余应力场和约束释放后变形的能力,为铝合金薄壁件喷丸强化工艺和成形工艺提供了一种数字化研究思路和实际数据支撑。 展开更多
关键词 铝合金薄壁件喷丸 fem-DEM耦合模型 喷丸成形 残余应力分布 尺寸稳定性
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基于CFD-FEM双向流固耦合的大外飘型船舶砰击颤振响应不确定度研究
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作者 田光钰 王一雯 +1 位作者 张涵韬 吴卫国 《船舶力学》 北大核心 2025年第5期790-806,共17页
船舶非线性波浪载荷及结构高频颤振响应的准确评估与分析,是明确船舶结构安全性的前提,然而其数值仿真计算的可靠性及其不确定度分析则较少得到关注。本文开展分段龙骨梁水弹性模型CFD-FEM双向流固耦合仿真以及试验研究,对船模在波浪下... 船舶非线性波浪载荷及结构高频颤振响应的准确评估与分析,是明确船舶结构安全性的前提,然而其数值仿真计算的可靠性及其不确定度分析则较少得到关注。本文开展分段龙骨梁水弹性模型CFD-FEM双向流固耦合仿真以及试验研究,对船模在波浪下的高频响应进行仿真分析,并对仿真结果开展不确定度分析,评估仿真模型的可靠性。数值不确定度的计算结果,能够提供不同影响因素下结果是否收敛的判别依据和不确定度水平,并明确船艏的砰击压力、船模的运动和船体高低频波浪弯矩的不确定度水平。对比数值仿真与试验测试可知,CFD-FEM双向流固耦合仿真能够精确地捕捉到船舶结构高频响应,船舶在巡航工况下高频弯矩成分能够占到低频波浪弯矩的49.95%以上,砰击载荷诱发的舰船高频颤振动态响应不容忽视,此类舰船的结构设计及安全评估中须考虑其影响。本文可为船舶砰击颤振此类高频结构动态响应的不确定度分析提供参考。 展开更多
关键词 水弹性模型试验 砰击颤振 CFD-fem双向流固耦合 不确定度分析
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基于CFD-FEM耦合方法的冰柱碰撞响应研究
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作者 宋英龙 杨博睿 +3 位作者 赵禹 杨碧野 郑瑜娜 张桂勇 《振动与冲击》 北大核心 2025年第15期67-74,共8页
碰撞冰载荷是影响极地海洋结构物作业安全的重要因素。基于CFD(computational fluid dynamics)软件STAR-CCM+和FEM软件Abaqus协同仿真,构建了计算结构物-浮冰-水相互作用的数值模型,开展了圆柱形结构物与方形浮冰的碰撞响应研究并分析... 碰撞冰载荷是影响极地海洋结构物作业安全的重要因素。基于CFD(computational fluid dynamics)软件STAR-CCM+和FEM软件Abaqus协同仿真,构建了计算结构物-浮冰-水相互作用的数值模型,开展了圆柱形结构物与方形浮冰的碰撞响应研究并分析了不同因素对碰撞响应的影响。进一步从能量转换的角度,提出了一种考虑浮冰初始旋转的碰撞力修正模型。分析了碰撞前、碰撞中和碰撞后阶段对碰撞力峰值的影响,实现了对带有初始旋转的浮冰碰撞载荷的快速估算。研究发现,碰撞前浮冰速度衰减、碰撞持续时间和碰撞后浮冰的转动对碰撞力均有较大影响,碰撞力随浮冰旋转角度增大呈现出先增大后减小的变化趋势。 展开更多
关键词 CFD-fem耦合 协同仿真 浮冰 结构物 碰撞响应
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