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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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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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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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抛物线壳体软模成形FEM-DEM耦合仿真研究 被引量:4
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作者 曹秒艳 胡晗 +2 位作者 田少杰 杜冰 赵长财 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第20期38-46,共9页
针对一些形状复杂、具有局部特征的难变形薄壁构件的成形问题,提出固体颗粒介质成形(Solid granules medium forming,SGMF)技术。并以薄壁的抛物线壳体零件为例,分析零件的特征及成形难点;基于ABAQUS平台,自行编制程序对抛物线壳体SGMF... 针对一些形状复杂、具有局部特征的难变形薄壁构件的成形问题,提出固体颗粒介质成形(Solid granules medium forming,SGMF)技术。并以薄壁的抛物线壳体零件为例,分析零件的特征及成形难点;基于ABAQUS平台,自行编制程序对抛物线壳体SGMF成形过程进行有限元法(Finite element method,FEM)和离散元法(Discrete element method,DEM)耦合仿真分析,探究不同摩擦因数对工件SGMF的影响。研究表明,FEM-DEM耦合分析技术兼顾离散颗粒介质与连续体板材各自的变形特点,能较准确模拟金属板材SGMF成形过程,并采用该耦合分析技术确定该抛物线壳体零件的最佳成形工艺参数;最后在模拟结果的基础上,开展抛物线壳体零件的颗粒介质成形试验研究,并成功试制出合格工件,试验结果与FEM-DEM耦合模拟结果基本吻合。 展开更多
关键词 薄壁零件 固体颗粒介质成形 仿真 fem-dem
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基于FEM-DEM耦合法的转载溜槽磨损研究 被引量:6
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作者 叶方平 邓宏权 +2 位作者 墙月张 汤亮 李宸宇 《机械设计》 CSCD 北大核心 2022年第9期81-86,共6页
考虑到颗粒物料在输送时冲击力对转载溜槽的影响,运用离散元与有限元耦合方法对颗粒物料转运过程进行了研究,以期揭示颗粒物料对转载溜槽磨损的影响规律。此研究采用Herz-Mindlin无滑动接触模型和Archard磨损模型进行仿真计算,分析了不... 考虑到颗粒物料在输送时冲击力对转载溜槽的影响,运用离散元与有限元耦合方法对颗粒物料转运过程进行了研究,以期揭示颗粒物料对转载溜槽磨损的影响规律。此研究采用Herz-Mindlin无滑动接触模型和Archard磨损模型进行仿真计算,分析了不同颗粒物料和不同工况条件下转载溜槽的磨损与应力应变的变化情况。结果表明:溜槽所受的磨损和应力应变与皮带输送机带速、溜槽倾斜角及颗粒类型度密切相关,矿石颗粒相对于大豆颗粒对溜槽造成的磨损更为严重;当皮带速度为4.5 m/s时,颗粒对溜槽的冲击力和压力最大,皮带速度的增加导致颗粒之间的碰撞及颗粒对溜槽碰撞的剧烈程度更为复杂,当皮带速度增加0.5 m/s时,转载溜槽的磨损量增加55%、形变量增加40%;溜槽倾斜角度增大会导致颗粒与溜槽的接触面积增加,从而导致切向摩擦力及溜槽磨损面积增加,当溜槽倾角在45°~50°时溜槽的形变量、磨损面积最小。 展开更多
关键词 fem-dem耦合 转载溜槽 皮带输送 磨损
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基于FEM-DEM的齿轮钢随机喷丸模型及残余应力仿真研究 被引量:5
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作者 严宏志 伊伟彬 +1 位作者 朱鹏飞 吴顺兴 《制造业自动化》 CSCD 北大核心 2021年第6期6-11,共6页
以20CrMnTi材料制造的齿轮钢为受喷目标,基于对Abaqus有限元软件,应用P3D3离散单元的DEM模型模拟弹丸喷射,建立了随机喷丸的"FEM-DEM"模型。研究了不同沙漏刚度对模型结果的影响,获得了有效控制沙漏模式的沙漏刚度。建立了基... 以20CrMnTi材料制造的齿轮钢为受喷目标,基于对Abaqus有限元软件,应用P3D3离散单元的DEM模型模拟弹丸喷射,建立了随机喷丸的"FEM-DEM"模型。研究了不同沙漏刚度对模型结果的影响,获得了有效控制沙漏模式的沙漏刚度。建立了基于"FEM-DEM"喷丸模型求解的覆盖率表征模型,得出了满足100%覆盖率时所需的弹丸数。同时研究了不同覆盖率对齿轮钢残余应力的影响,当覆盖率小于100%时,喷丸强化应力效果显著,超过200%应力强化作用减弱。 展开更多
关键词 喷丸强化 fem-dem耦合 覆盖率 残余应力
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基于FEM-DEM的压气机叶片喷丸强化数值模拟研究
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作者 张洪伟 高师 +2 位作者 曹钢 闫锡超 常杰 《制造业自动化》 2024年第7期95-101,109,共8页
基于有限元与离散元(FEM-DEM)相耦合的方法,建立了喷丸强化过程仿真模型,获得了表面覆盖率与丸粒数目之间的关系曲线,基于规则钛合金局部模型,研究了喷丸强化过程中主要工艺参数(丸粒直径、喷丸速度和表面覆盖率)对残余应力场及表面粗... 基于有限元与离散元(FEM-DEM)相耦合的方法,建立了喷丸强化过程仿真模型,获得了表面覆盖率与丸粒数目之间的关系曲线,基于规则钛合金局部模型,研究了喷丸强化过程中主要工艺参数(丸粒直径、喷丸速度和表面覆盖率)对残余应力场及表面粗糙度的影响规律。针对实际叶片结构,根据不同特征区域和局部表面曲率特征,分析了残余应力场的分布及变化规律。结果表明,在一定范围内,通过增大工艺参数可以获得更好的残余应力分布。然而,当工艺参数过大时,喷丸强化效果会被削弱,表面粗糙度增加,导致残余应力松弛现象出现。此外,在相同喷丸工艺参数下,不同压气机叶片区域的表面曲率特征对喷丸效果影响较大,曲率较大时产生的残余应力场分布较浅,而曲率较为平滑的区域可以获得更佳的喷丸强化效果。 展开更多
关键词 压气机叶片 喷丸 fem-dem耦合 残余应力 表面粗糙度
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颗粒驱动软体驱动器设计及FEM-DEM运动分析 被引量:4
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作者 韩奉林 李明辉 +3 位作者 田亮 刘伟 费磊 赵海鸣 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期155-162,共8页
颗粒物质具有流动传压和阻塞刚化的双相特性,是变刚度软体机器人的理想驱动介质.由于颗粒物质复杂的力学特性,颗粒驱动软体机器人运动预测极具挑战性.综合考虑颗粒物质的离散性和超弹软体型腔的连续性,本文提出了一种基于FEM-DEM耦合计... 颗粒物质具有流动传压和阻塞刚化的双相特性,是变刚度软体机器人的理想驱动介质.由于颗粒物质复杂的力学特性,颗粒驱动软体机器人运动预测极具挑战性.综合考虑颗粒物质的离散性和超弹软体型腔的连续性,本文提出了一种基于FEM-DEM耦合计算的软体驱动器运动分析方法.为降低颗粒充入软体型腔时的局部径向膨胀,设计了具有径向增强约束的弯曲驱动器软体型腔结构.利用FEM-DEM耦合计算方法对此驱动器的运动变形规律进行了分析,同时采用基于颗粒物质Mohr⁃Coulomb连续介质模型的FEM开展了对比计算.利用3D打印和硅胶浇注技术制造驱动器样机,测试了软体驱动器的运动特性及变刚度能力.研究结果表明:与基于Mohr-Coulomb模型的FEM相比,利用FEM-DEM耦合计算方法,可使驱动器弯曲角度的预测精度提高约14.3%;使用较小直径的颗粒介质可以提高机器人的变形能力;与前期研究中的原始方案相比,本文提出的径向增强约束驱动器在不削弱刚度调节能力的前提下,最大弯曲角度从48.9°提升至了72.7°. 展开更多
关键词 软体驱动器 有限元 离散元 颗粒驱动 变刚度 DEM-FEM 粒径
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FEM-DEM coupled modeling of cone penetration tests in lunar soil 被引量:4
9
作者 LIN Cheng-xiang TU Fu-bin +1 位作者 LING Dao-sheng HU Cheng-bao 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第2期392-405,共14页
Cone penetration test(CPT)is an appropriate technique for quickly determining the geotechnical properties of lunar soil,which is valuable for in situ lunar exploration.Utilizing a typical coupling method recently deve... Cone penetration test(CPT)is an appropriate technique for quickly determining the geotechnical properties of lunar soil,which is valuable for in situ lunar exploration.Utilizing a typical coupling method recently developed by the authors,a finite element method(FEM)-discrete element method(DEM)coupled model of CPTs is obtained.A series of CPTs in lunar soil are simulated to qualitatively reveal the flow of particles and the development of resistance throughout the penetration process.In addition,the effects of major factors,such as penetration velocity,penetration depth,cone tip angle,and the low gravity on the Moon surface are investigated. 展开更多
关键词 fem-dem coupled model cone penetration test lunar soil lunar exploration
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Numerical investigation of rock dynamic fragmentation during rockslides using a coupled 3D FEM-DEM method 被引量:2
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作者 LIU Yang WENG Lei CHU Zhao-fei 《Journal of Mountain Science》 SCIE CSCD 2022年第4期1051-1069,共19页
Rockslides are one of the most common geological hazards in mountainous areas and can pose significant threats to the safety of human lives and infrastructures. Studying the dynamic fragmentation process, and fragment... Rockslides are one of the most common geological hazards in mountainous areas and can pose significant threats to the safety of human lives and infrastructures. Studying the dynamic fragmentation process, and fragment characteristics of rock blocks during rockslides is of great significance. In this study,the influences of the slope angle on the dynamic fragmentation process, damage and energy evolution,and the fragments’ flying velocity and flying angle were systematically investigated using a coupled 3D FEM-DEM method. An improved fragment search algorithm was first proposed to more effectively extract the information of the fragments after impacting. The input parameters in the numerical modeling were carefully calibrated based on the quasi-static uniaxial compression tests and the rockimpact tests. The complex fragmentation process of rock block sliding along an inclined slope was simulated. The results indicate that the fragmentation intensity gradually increases with increasing the slope angle, and the fragmentation intensity of the front region of the rock block is always higher than that of the rear region. Additionally, the slope angle can significantly affect the damage ratio, energy dissipation, and the ratio of tensile crack to shear crack during the rockslides. The number of the fragments having higher flying velocities and larger flying angles increases with increasing the slope angle,which contributes to a larger spreading distance and a wider deposition area. 展开更多
关键词 Rockslides Dynamic fragmentation Fragment characteristics 3D fem-dem Numerical modelling
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基于FEM-DEM的粗糙表面喷丸数值模拟与试验研究 被引量:6
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作者 邓明明 彭归浠 +1 位作者 郑明 周长江 《机械传动》 北大核心 2021年第7期156-160,共5页
考虑试件喷丸前粗糙度的影响,提出了粗糙表面喷丸的有限元与离散元(FEM-DEM)耦合模型。制备喷丸与未喷丸两类45#钢试件,测量了试件喷丸前后表面与亚表面的残余应力。根据测量结果验证耦合模型,研究了喷丸工艺参数对试件亚表面残余应力... 考虑试件喷丸前粗糙度的影响,提出了粗糙表面喷丸的有限元与离散元(FEM-DEM)耦合模型。制备喷丸与未喷丸两类45#钢试件,测量了试件喷丸前后表面与亚表面的残余应力。根据测量结果验证耦合模型,研究了喷丸工艺参数对试件亚表面残余应力的影响规律。结果表明,提高表面覆盖率和喷丸强度,均可增大残余压应力峰值,其中,喷丸强度的影响更为显著;相同表面覆盖率和喷丸强度下,小直径弹丸可增大残余压应力峰值,大直径弹丸则有利于增大残余压应力层厚;若喷丸前试件粗糙度过大,可通过提高表面覆盖率来增强喷丸强化效果。研究为粗糙表面喷丸强化工艺优化提供了一定的理论依据。 展开更多
关键词 粗糙表面 喷丸强化 有限元与离散元 残余应力
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基于FEM-DEM耦合模型的铝合金薄壁件喷丸精确成形数字化仿真研究
12
作者 曾思明 汪舟 +5 位作者 王晓丽 孙松 陈艳华 赵圆圆 侯冬梅 甘进 《表面技术》 2026年第7期110-123,共14页
目的探究铝合金薄壁件喷丸后沿层深方向残余应力场的重新分布和变形规律。方法通过ABAQUS构建了FEM-DEM耦合的铝合金薄壁件喷丸成形模型,通过实验验证了模型预测2024-T3铝合金薄壁件残余应力和变形量的准确性,并在仿真模型中通过对工艺... 目的探究铝合金薄壁件喷丸后沿层深方向残余应力场的重新分布和变形规律。方法通过ABAQUS构建了FEM-DEM耦合的铝合金薄壁件喷丸成形模型,通过实验验证了模型预测2024-T3铝合金薄壁件残余应力和变形量的准确性,并在仿真模型中通过对工艺参数的调整,探究了铝合金薄壁件应力释放前后沿层深方向残余应力场的重新分布规律以及铝合金薄壁件喷丸后的变形规律。结果最大残余压应力误差为-7.6%,表面残余压应力误差为-0.7%,饱和弧高误差为4.7%,这从应力和变形两个方面证实了模型具有良好的准确性。弹丸速度、弹丸直径、弹丸数量的增大都会导致喷丸后表面残余压应力增大,薄壁件去除约束后由于应力释放会使得表面残余压应力有所衰减,这种衰减的最大比例为50%左右。去除约束后薄壁件次表面出现一定的残余拉应力以平衡上表面的残余压应力,当次表面出现的残余拉应力达到10 MPa左右时,薄壁件深层区域还会出现较小的残余压应力,但其数值大小明显小于上表面。结论研究了铝合金薄壁件喷丸后的变形规律,以及经过喷丸的薄壁件去除约束后应力释放过程中残余应力场的重新分布规律,丰富了铝合金薄壁件喷丸成形过程的有关理论,为实际生产中的工艺优化和质量控制提供有力的支持。 展开更多
关键词 喷丸成形 fem-dem耦合模型 铝合金薄壁件喷丸 残余应力分布 喷丸成形变形规律 精确喷丸成形
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基于FEM-DEM耦合的盾构掘进参数对滚刀切削钢筋混凝土效果的影响研究
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作者 牟政 李福林 《现代隧道技术》 北大核心 2025年第1期147-156,共10页
盾构切削钢筋混凝土桩基本质是滚刀与钢筋混凝土接触的瞬态动力学过程,文章基于有限元-离散元耦合模型,对盾构盘形滚刀切削钢筋混凝土桩进行三维瞬态动力分析。在有限元-离散元耦合模型中,混凝土的力学行为通过离散元描述,混凝土中钢筋... 盾构切削钢筋混凝土桩基本质是滚刀与钢筋混凝土接触的瞬态动力学过程,文章基于有限元-离散元耦合模型,对盾构盘形滚刀切削钢筋混凝土桩进行三维瞬态动力分析。在有限元-离散元耦合模型中,混凝土的力学行为通过离散元描述,混凝土中钢筋的影响通过有限元模拟。并通过室内试验验证数值模拟结果的准确性和可靠性,结果表明模拟结果与试验数据具有良好的吻合性。同时,分析刀盘贯入度和刀盘转速对盘形滚刀切削性能的影响,给出了盾构机在切割钢筋混凝土桩基时合理的贯入度和刀盘转速以及掘进模式。 展开更多
关键词 盾构切桩 滚刀 钢筋混凝土 桩基 贯入度 刀盘转速 fem-dem耦合模型
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Fracturing behavior of tight sandstone containing hollow double-wing crack(HDWC)under microwave irradiation
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作者 Zeyu Zhu Jing Xie +8 位作者 Yuze Du Li Ren Bengao Yang Gan Feng Mingxin Liu Ting Ai Ruifeng Tang Yunlong Wang Mingzhong Gao 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 2026年第3期2215-2237,共23页
As an emerging rock-breaking technology,microwave irradiation has demonstrated significant potential as an auxiliary technique for volume stimulation in hydraulic fracturing.This study focuses on tight sandstone gas e... As an emerging rock-breaking technology,microwave irradiation has demonstrated significant potential as an auxiliary technique for volume stimulation in hydraulic fracturing.This study focuses on tight sandstone gas extraction,introducing a hollow double-wing crack(HDWC)configuration into the research on tight sandstone.Laboratory experiments were conducted to investigate microwave-induced fracturing mechanisms and the mechanical behavior of HDWC-containing sandstone,aiming to elucidate the thermal cracking patterns and underlying mechanisms under microwave irradiation conditions.To further explore the electromagnetic-thermal-mechanical(E-T-M)interactions in tight sandstone under microwave treatment,a coupled finite element method(FEM)-discrete element method(DEM)numerical model was developed.This model enabled a detailed analysis of force chain evolution and microcrack propagation within HDWC-containing sandstone.Additionally,preliminary hydraulic fracturing simulations were performed to investigate fracture initiation pressure and fracture evolution following microwave exposure.The main findings of this study are as follows:(1)Microwave heating induces thermal cracks at both the tips and midsections of the HDWC.Microwave irradiation degrades the mechanical properties of HDWC-containing sandstone.(2)Simulation results reveal that significant stress concentration and tensile-compressive zoning occur near the HDWC under microwave irradiation.Microcrack development exhibits an avalanche effect.(3)Hydraulic fracturing simulations indicate that microwave heating generally promotes hydraulic fracture generation.Microwave irradiation reduces the fracture initiation pressure and enhances the complexity and connectivity of the fracture network.These findings provide valuable insights into the application of microwave-assisted volume stimulation as a supporting technology for hydraulic fracturing in deep reservoirs. 展开更多
关键词 Microwave-assisted hydraulic fracturing Tight sandstone Numerical simulation Finite element method-discrete element method(fem-dem)
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A coupled fluid FEM-DEM technique for predicting blasting operations in tunnels
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作者 Francisco Zarate Jose M.Gonzalez +2 位作者 Juan Miquel Rainald Lohner Eugenio Onate 《Underground Space》 SCIE EI 2018年第4期310-316,共7页
We present recent developments in the coupling of the finite element method(FEM)and the discrete element method(DEM)for the analysis of rock blasting operations in tunnels.The coupled FEM-DEM technique has been proven... We present recent developments in the coupling of the finite element method(FEM)and the discrete element method(DEM)for the analysis of rock blasting operations in tunnels.The coupled FEM-DEM technique has been proven to be an efficient procedure for pre-dicting the multiple fractures of rock induced by the loads generated in blasting.The coupled FEM-DEM procedure is applied in tunnel construction,as well as to gas pressure blasting pyrotechnics to break rocks for the excavation of the tunnel front.In the latter case,the effect of gas explosion is modeled by solving the equations of gas dynamics in the analysis domain using FEM.The effect of gas forces in the underlying rock mass is modeled via an embedded fluid-structure interaction method.The efficiency of the coupled FEM-DEM tech-nique is demonstrated in several examples of fracture tests and rock blasting problems related to tunnel engineering.The examples pre-sented indicate that the combination of the DEM with simple three-node linear triangular elements(for two-dimensional problems)captures the onset of fractures and their evolution accurately,accounting for the penetration of gas in the failure domain(Zarate&Onate,2015;Zarate,Cornejo,&Onate,2018). 展开更多
关键词 Discrete elements Finite elements Fracture mechanics fem-dem Gas dynamics
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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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莲花隧道开挖稳定性的DEM-FEM数值模拟
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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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基于颗粒阻尼理论的海上风机减振甲板特性研究 被引量:1
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作者 董霄峰 任绅铖 《海洋工程》 北大核心 2025年第1期74-87,共14页
当前,海上风电正朝“大容量、高塔筒、长叶片”的方向发展,在复杂海洋环境影响下,更加柔性的海上风机容易引发结构超限振动或疲劳振动问题,对海上风电场的安全运行带来严峻挑战。引入颗粒阻尼理论解决海上风机的振动控制问题。首先,充... 当前,海上风电正朝“大容量、高塔筒、长叶片”的方向发展,在复杂海洋环境影响下,更加柔性的海上风机容易引发结构超限振动或疲劳振动问题,对海上风电场的安全运行带来严峻挑战。引入颗粒阻尼理论解决海上风机的振动控制问题。首先,充分考虑风机内部空间布局与限制要求,提出了一种新型的减振颗粒甲板(VR-PD)结构形式;其次,建立了有限元与离散元(FEM-DEM)耦合的海上风机单自由度模型,并分别从颗粒的阻塞性和非阻塞性、颗粒半径和数量、腔体尺寸和颗粒叠加层数、腔体边壁倒角、颗粒质量比、结构自振周期等六方面进行VR-PD的减振特性研究;最后,建立了等质量的调谐质量阻尼器(TMD)模型,考虑急停工况、停机工况和地震工况对两者减振效果进行对比。结果显示:VR-PD最多可提升阻尼比70.6%、多降低12.9%的振动位移和9.5%的振动加速度,VR-PD不仅减振效果优于TMD,而且可以更好地适应海上风机的内部空间,具有很好的工程实用性。 展开更多
关键词 海上风电 振动控制 颗粒阻尼器 调谐质量阻尼器 fem-dem耦合建模
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基于DEM-FEM耦合的喷丸强化响应面模型构建及工艺参数影响分析
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作者 张洪伟 闫锡超 +1 位作者 高师 陈涛 《机械强度》 北大核心 2025年第3期67-74,共8页
为了模拟喷丸强化过程,实现喷丸强化效果快速预测,基于Abaqus软件采用离散元法-有限元法(Discrete Element Method-Finite Element Method,DEM-FEM)耦合建立随机多丸粒喷丸强化模型,并以TC4钛合金为研究对象,通过喷丸强化试验来验证耦... 为了模拟喷丸强化过程,实现喷丸强化效果快速预测,基于Abaqus软件采用离散元法-有限元法(Discrete Element Method-Finite Element Method,DEM-FEM)耦合建立随机多丸粒喷丸强化模型,并以TC4钛合金为研究对象,通过喷丸强化试验来验证耦合模型的准确性。采用Box-Behnken设计(Box-Behnken Design,BBD)法,针对弹丸大小、喷丸速度和喷丸覆盖率3个工艺参数设计了三因素三水平的喷丸仿真试验方案,采用仿真分析获得表面残余应力值及表面粗糙度值,并通过Design-Expert软件进行数值拟合,最终得到喷丸工艺参数与表面残余应力和表面粗糙度之间的函数模型,采用响应面法分析弹丸大小、喷丸速度、喷丸覆盖率三因素之间的交互作用以及对喷丸强化效果的影响规律。结果表明,响应面预测模型结果与仿真计算结果误差低于5%,所建立的响应面预测模型具有较高的近似精度和可靠性,利用此模型可实现喷丸强化效果的有效预测。 展开更多
关键词 喷丸强化 响应面 离散元-有限元耦合 BOX-BEHNKEN设计
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沙湾大沟泥石流冲击曲面导流设施动力过程研究
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作者 郭婷婷 汪木林 +3 位作者 杨宏 陈晗 罗江 张晨旭 《自然灾害学报》 北大核心 2025年第6期46-61,共16页
沙湾大沟泥石流位于云南省昆明市寻甸县,发育历史悠久,活动性强,有过多次大规模爆发记录,其原有阶梯型导流槽磨蚀损毁严重,几近失效。因此,为减缓泥石流对原有结构的磨蚀效应,在三期治理工程中提出将导流槽底面设计为“曲面跌水”的特... 沙湾大沟泥石流位于云南省昆明市寻甸县,发育历史悠久,活动性强,有过多次大规模爆发记录,其原有阶梯型导流槽磨蚀损毁严重,几近失效。因此,为减缓泥石流对原有结构的磨蚀效应,在三期治理工程中提出将导流槽底面设计为“曲面跌水”的特殊形式,该结构实际运行后效果良好,为进一步研究沙湾大沟泥石流对导流设施的冲击过程及动力响应特征规律,该文引入光滑粒子流体动力学-离散单元法-有限单元法耦合方法(smoothed particle hydrodynamics-discrete element method-finite element method,SPH-DEM-FEM),构建沙湾大沟泥石流导流系统流固耦合模型,对泥石流冲击“曲面跌水”导流设施进行运动过程分析,并与二期原有阶梯型导流槽开展对比研究。结果表明,泥石流冲击“曲面跌水”导流设施过程中导流槽右侧积聚和爬升现象明显,左右两侧峰值速度分别为24.96、17.38 m/s,不同坡度衔接段及出口处水平段受冲击较大,等效应力峰值为722.3 kPa。在相同的工程条件下,曲面型导流槽对泥石流颗粒的减速消能效果更好,在保证排导功能基础上,其使用寿命优于阶梯型导流槽,研究成果为该类型导流槽的设计及应用提供了一定的参考依据及理论支撑。 展开更多
关键词 沙湾大沟泥石流 导流设施 SPH-DEM-FEM耦合方法 动力过程
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