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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:1
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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LS-DYNA的SPH-FEM火箭橇垂直水戽斗流固耦合仿真研究
2
作者 张宁 董龙雷 +2 位作者 吕水燕 刘洋 付良 《装备环境工程》 2025年第11期1-9,共9页
目的更准确地得出火箭橇垂直水戽斗在超音速条件下,对不同水层的完整刹车过程的力学响应特性。方法采用HyperMesh划分高质量的有限元网格,基于LS-DYNA,采用FEM模拟垂直水戽斗的有限元模型,采用无网格的SPH粒子模拟长柱形水域粒子在刹车... 目的更准确地得出火箭橇垂直水戽斗在超音速条件下,对不同水层的完整刹车过程的力学响应特性。方法采用HyperMesh划分高质量的有限元网格,基于LS-DYNA,采用FEM模拟垂直水戽斗的有限元模型,采用无网格的SPH粒子模拟长柱形水域粒子在刹车时的飞散过程,对火箭橇垂直水戽斗与水层之间的交互行为进行数值模拟仿真,得出垂直水戽斗在运动过程中的最大应力点,以及应力变化的全过程时域响应和不同工况下戽斗刹车力的理论-仿真误差特性,并结合火箭橇垂直水戽斗刹车试验数据结果,验证不同工况下戽斗刹车力的仿实误差特性的结果。结果通过数据分析可以发现,仿真结果的平均误差和最大误差分别为6%和10%。结论结合理论推导、模拟仿真与试验测试,验证了基于LS-DYNA的SPH-FEM流固耦合的数值模拟方法能有效预测火箭橇垂直水戽斗完整刹车过程中的力学响应。 展开更多
关键词 火箭橇 水戽斗 LS-DYNA sph-fem方法 流固耦合 动态响应
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SPH-FEM耦合法数值模拟在弹塑性力学中典型案例分析
3
作者 缪广红 陈龙 +2 位作者 卢小雨 董继蕾 吴建强 《安阳工学院学报》 2025年第4期58-64,共7页
为了提高弹塑性力学教学效果,将SPH-FEM耦合法数值模拟技术应用与弹塑性力学课程教学。首先通过数值模拟技术建立了爆炸焊接复合板的实体模型,并对材料的参数进行选取,然后计算了爆炸焊接复合板的焊接窗口,最后分析了爆炸焊接中速度、... 为了提高弹塑性力学教学效果,将SPH-FEM耦合法数值模拟技术应用与弹塑性力学课程教学。首先通过数值模拟技术建立了爆炸焊接复合板的实体模型,并对材料的参数进行选取,然后计算了爆炸焊接复合板的焊接窗口,最后分析了爆炸焊接中速度、位移、压力等分布情况并对其碰撞角进行了测量。通过数值模拟技术得到的速度、位移、压力、碰撞角与实际理论基本吻合,在弹塑性力学教学中适当地运用SPH-FEM耦合数值模拟技术,可以使复杂的弹塑性力学教学变得更加直观、生动,可以极大提高学生们学习的积极性,增强学生们对弹塑性力学学习的兴趣。 展开更多
关键词 sph-fem耦合算法 爆炸焊接 炸药层厚度 课程教学
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隧道洞口危岩冲击河砂垫层试验及SPH-FEM仿真
4
作者 王星 来显杰 +2 位作者 黄帅 聂亚伟 胡朝霞 《重庆交通大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第9期34-41,共8页
在考虑缓冲行程理念下提出了河砂垫层棚洞设计方案,依托某隧道工程洞口危岩落石灾害,构建了室内试验模型,建立了SPH-FEM耦合算法的棚洞计算模型。研究结果表明:相较于传统砂土垫层,河砂垫层棚洞顶板中心测点应力峰值降幅达42.52%,立柱... 在考虑缓冲行程理念下提出了河砂垫层棚洞设计方案,依托某隧道工程洞口危岩落石灾害,构建了室内试验模型,建立了SPH-FEM耦合算法的棚洞计算模型。研究结果表明:相较于传统砂土垫层,河砂垫层棚洞顶板中心测点应力峰值降幅达42.52%,立柱压应力峰值降幅达65.77%,落石加速度峰值降幅达56.84%;相较于砂土垫层,河砂垫层下落球冲击坑深度由28.54 mm增加至58.24 mm,增幅达50.99%,河砂垫层情况下落石的冲击侵彻缓冲行程远高于砂土垫层,以此提升了河砂垫层棚洞耗能减震效果;再次构建实际尺寸棚洞结构模型,当铺设河砂垫层后顶板腹部单元应力峰值降幅达53.41%,顶板腹部单元位移峰值降幅34.44%,落石加速度峰值降幅达55.41%。 展开更多
关键词 隧道工程 落石冲击 棚洞结构 河砂垫层 模型试验 sph-fem
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考虑强度速率衰减效应的地震滑坡SPH-FEM模拟 被引量:2
5
作者 魏星 程世涛 +1 位作者 谢相焱 陈睿 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期1753-1761,共9页
基于SPH和FEM耦合的数值计算方法,引入滑动面摩擦强度的速率衰减模型,提出了一种能够模拟地震诱发滑坡破坏过程的数值模拟方法。基于所提数值方法模拟了唐家山地震滑坡,模拟结果与现场勘查结果及室内试验现象较为一致。基于模拟的滑动... 基于SPH和FEM耦合的数值计算方法,引入滑动面摩擦强度的速率衰减模型,提出了一种能够模拟地震诱发滑坡破坏过程的数值模拟方法。基于所提数值方法模拟了唐家山地震滑坡,模拟结果与现场勘查结果及室内试验现象较为一致。基于模拟的滑动面上摩擦系数的演化过程,将唐家山滑坡的发生分为4个阶段:启动阶段、摩擦衰减阶段、低摩擦滑移阶段和逐步稳定阶段。模拟结果表明速度增加和摩擦强度衰减的相互促进,是触发滑体的高速运动的根本原因。提出采用滑体上作用的动摩擦力fd和动下滑力Td的比值R作为判别指标用于判断大型滑坡的启动,当首次出现R小于1时认为滑动面发生整体贯通并出现失稳启动。基于滑动面不同位置摩擦系数的演化,揭示了滑坡启动中滑动面摩擦强度衰减和滑动面的渐进贯通过程,解释了地震作用与滑动面摩擦参数速率衰减效应共同作用触发大型滑坡发生破坏的内在机理。 展开更多
关键词 大型滑坡 滑动面 摩擦强度 速度衰减效应 sph-fem耦合方法
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基于SPH-FEM耦合方法的泥石流冲击输电塔基础的动力分析 被引量:6
6
作者 于虹 李昊 +4 位作者 许标 张磊 汪大海 张志强 张贵峰 《防灾减灾工程学报》 CSCD 北大核心 2024年第1期68-78,共11页
泥石流是我国西南山区常见的地质灾害。架空输电杆塔在泥石流的冲击下往往发生基础破坏甚至会造成杆塔倒塌。首先采用光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,简称SPH)方法和有限元方法(finite element method,简称FEM)相... 泥石流是我国西南山区常见的地质灾害。架空输电杆塔在泥石流的冲击下往往发生基础破坏甚至会造成杆塔倒塌。首先采用光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,简称SPH)方法和有限元方法(finite element method,简称FEM)相耦合的三维数值方法模拟了泥石流对杆塔基础的冲击作用;在与相关模型试验结果验证的基础上,开展了不同泥石流密度、黏度系数及初始速度条件下对输电塔基础的冲击力作用的参数分析;研究结果表明:随着泥石流初始速度的增加,冲击力峰值会随之增大;前排基础的冲击力峰值均大于后排基础;泥石流冲击过程特性受到泥石流密度和黏度系数影响。与稀性泥石流相比:黏性泥石流冲击基础后,基础下游真空区相对要小;此外,将数值模拟结果与Kwan冲击力公式及铁二院推荐的冲击压力设计公式预测值进行对比分析可以发现:Kwan冲击力公式能较好地预测出基础所受泥石流冲击力的平均趋势,最大预测误差低于30%,铁二院公式预测的稀性和黏性泥石流的冲击压力平均偏低分别约17%和28%。相关研究结果有望为泥石流频发区域输电塔基础的设计和风险评估提供一定的参考依据。 展开更多
关键词 sph-fem耦合方法 泥石流 输电塔基础 冲击力 流固耦合
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基于SPH-FEM耦合算法的台阶精准爆破延期时间研究及应用 被引量:6
7
作者 师文强 王思杰 +4 位作者 杜文秀 宝音吉雅 杨旭 龚敏 高宇航 《金属矿山》 CAS 北大核心 2024年第5期210-219,共10页
电子雷管在大型露天矿爆破中广泛使用,利用其精准起爆特性通过设置合理延期时间可有效改善爆破质量,对矿山生产降本增效具有重要意义。基于光滑粒子流体动力学—有限单元(SPH-FEM)耦合算法,利用LS-Dyna软件建立了多个巴润矿常规台阶尺... 电子雷管在大型露天矿爆破中广泛使用,利用其精准起爆特性通过设置合理延期时间可有效改善爆破质量,对矿山生产降本增效具有重要意义。基于光滑粒子流体动力学—有限单元(SPH-FEM)耦合算法,利用LS-Dyna软件建立了多个巴润矿常规台阶尺寸的三维数值模型。针对电子雷管起爆条件下不同孔间和排间延时分别建立双孔、三孔SPH-FEM三维模型,从矿岩体SPH粒子应力和移动2个维度研究了被爆矿岩体的受力破碎、抛掷位移特征,并重点分析了不同排间延时下后排炮孔爆破漏斗的偏移角度。据此确定了最佳孔间、排间延期时间范围,并通过现场验证对比试验,选出了适合该爆区的最优延时。研究结果表明:在巴润矿现行孔排距条件下利用电子雷管精准起爆,孔间延时在20~30 ms内可达到较好的破碎效果;排间延时大于35 ms时,先爆炮孔为后续炮孔提供新的自由面和抛掷空间,且大于40 ms时应力趋于稳定;在现场验证试验中,试验区内边长1 m以下的破碎矿岩体占比达91%,较非试验爆区中同尺寸岩块占比提高了14%,破碎效果得到有效改善。 展开更多
关键词 矿山爆破 台阶爆破 延期时间 sph-fem 耦合算法 电子雷管
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基于多分辨率SPH-FEM耦合方法的鸟撞问题数值模拟 被引量:3
8
作者 马明瑞 陈福振 +1 位作者 严红 刘凡 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第21期245-265,共21页
本文针对航空发动机风扇叶片鸟撞问题的数值模拟方法研究,提出了一种考虑有限单元自适应生成的多分辨率SPH-FEM耦合方法。首先,新方法通过在FEM单元内部插值点处设置一组背景粒子,克服了传统SPH-FEM耦合方法在耦合界面处对模型离散尺度... 本文针对航空发动机风扇叶片鸟撞问题的数值模拟方法研究,提出了一种考虑有限单元自适应生成的多分辨率SPH-FEM耦合方法。首先,新方法通过在FEM单元内部插值点处设置一组背景粒子,克服了传统SPH-FEM耦合方法在耦合界面处对模型离散尺度的一致性要求;其次,新方法在传统有限元算法的基础上加入单元自适应生成算法和无反射边界条件,将计算过程中对模型所有单元的求解转变为对关键区域的部分单元进行求解,降低了计算成本。文章应用所建立的新耦合方法开展了多结构鸟体撞击航空发动机风扇叶片的数值模拟研究,分析了撞击的动态响应,揭示了叶片受鸟撞过程的损伤机理,对航空发动机风扇叶片抗鸟撞设计和提高飞行安全性具有重要意义。 展开更多
关键词 航空发动机 风扇叶片 sph-fem 鸟撞 飞行安全
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基于SPH-FEM转换算法的砷化镓划片损伤过程研究 被引量:1
9
作者 黄鹏辉 姜晨 +1 位作者 高睿 蒋金鑫 《上海理工大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期301-309,共9页
为了进一步提高半导体激光器巴条制造质量,改善解理加工过程中划片损伤情况,采用SPH-FEM转换算法研究划片速度和载荷对单晶砷化镓(gallium arsenide,GaAs)划片损伤的影响。基于广义胡克定律计算出砷化镓{100}晶面<110>晶向的各向... 为了进一步提高半导体激光器巴条制造质量,改善解理加工过程中划片损伤情况,采用SPH-FEM转换算法研究划片速度和载荷对单晶砷化镓(gallium arsenide,GaAs)划片损伤的影响。基于广义胡克定律计算出砷化镓{100}晶面<110>晶向的各向异性机械力学特征参数,采用SPHFEM转换算法仿真金刚石刀头划片实验,将划片过程中损伤的有限元转换为粒子,研究损伤粒子在刀头作用下的运动轨迹,确定出划片的损伤过程。研究表明,该方法较好地解决了传统有限元法大变形区域发生网格畸变所导致的计算误差问题,揭示了不同加工参数对砷化镓材料划片损伤的影响,并得到了实验验证,为脆性材料的划片损伤过程提供了新的途径和思路。 展开更多
关键词 砷化镓 各向异性 广义胡克定律 划片损伤 sph-fem转换算法
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基于SPH-FEM算法的森林灭火弹爆炸抛撒灭火剂初速的数模拟研究 被引量:1
10
作者 彭婉怡 胡明 +3 位作者 张丹 赵德明 高兴文 张争争 《兵器装备工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第8期113-121,共9页
针对森林灭火弹爆炸抛撒问题,应用LS-DYNA软件对森林灭火弹爆炸抛撒灭火剂初速进行数值模拟研究。依据森林灭火弹爆炸抛撒实验的数据,对Gurney公式进行修正;建立森林灭火弹的仿真模型,将仿真模型所得灭火剂初速与修正后Gurney公式所得... 针对森林灭火弹爆炸抛撒问题,应用LS-DYNA软件对森林灭火弹爆炸抛撒灭火剂初速进行数值模拟研究。依据森林灭火弹爆炸抛撒实验的数据,对Gurney公式进行修正;建立森林灭火弹的仿真模型,将仿真模型所得灭火剂初速与修正后Gurney公式所得灭火剂初速进行对比,验证SPH-FEM耦合算法研究此类问题的可行性;对森林灭火弹装药结构进行优化,分析阶梯装药结构对灭火剂初速的影响。结果表明,修正后Gurney公式能够更好地适用于灭火剂初速的计算;采用SPH-FEM耦合算法模拟所得灭火剂初速与修正后Gurney公式所得灭火剂初速的吻合度高,表明采用SPH-FEM耦合算法研究此类问题是可行的;对森林灭火弹装药结构进行阶梯化改进可以增大灭火剂抛撒面积与提升灭火剂抛撒均匀性,提高森林灭火弹灭火效率。 展开更多
关键词 森林灭火弹 Gurney公式 sph-fem耦合算法 装药结构 爆炸抛撒仿真
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基于SPH-FEM耦合算法及模型试验的减振棚洞研究
11
作者 王星 霰建平 +2 位作者 王帅帅 黄帅 王庆 《地下空间与工程学报》 CSCD 北大核心 2024年第6期2083-2090,2100,共9页
为探究更为安全、有效的边坡落石防护结构,本研究基于光滑粒子流体动力学—有限元(SPH-FEM)耦合动力学数值计算及1∶10几何相似室内模型试验,针对“砂土-发泡橡胶”复合垫层棚洞的减振机制展开研究。结果表明:落石以20 m/s速度冲击时,... 为探究更为安全、有效的边坡落石防护结构,本研究基于光滑粒子流体动力学—有限元(SPH-FEM)耦合动力学数值计算及1∶10几何相似室内模型试验,针对“砂土-发泡橡胶”复合垫层棚洞的减振机制展开研究。结果表明:落石以20 m/s速度冲击时,顶板腹部正中单元峰值应力可达2.89 MPa,超过C30砼极限抗拉强度2.01 MPa;添加0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 m发泡橡胶垫层后,正中单元峰值应力依次为2.36、1.12、0.79、0.65、0.58 MPa,相较于纯砂土垫层,降幅依次可达18.34%、61.25%、72.66%、77.51%、79.93%;针对试验期间棚洞顶板腹部纵向测点P1,添加2、4、6 cm厚橡胶垫层,其峰值应变由50.57με依次降至27.17、15.22、10.36με,降幅为46.27%、69.90%、79.51%;针对顶板腹部横向测试位置T1,复合垫层工况下应变峰值由48.47με降至26.54、17.29、13.59με;复合垫层可大幅降低落石冲击能量与顶板应力水平,模型试验与数值计算结果基本相吻合,本文工况下发泡橡胶现场设置厚度以0.4~0.6 m为宜。研究成果可为相关防护工程设计提供借鉴与参考。 展开更多
关键词 落石冲击 减振棚洞 发泡橡胶 sph-fem耦合 模型试验
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基于SPH-FEM耦合算法的磨料水射流破岩特征及影响研究 被引量:1
12
作者 刘志江 《吉林水利》 2024年第2期54-57,共4页
磨料射流是一种高效、绿色的破岩方式,其辅助机械刀具破碎岩石能显著降低刀具的磨损,提高破岩掘进效率。为揭示磨料射流冲击作用岩石的损伤破碎特征,明确其高效破岩参数,本文基于SPH-FEM耦合算法建立了磨料射流冲击岩石的数值模型,获得... 磨料射流是一种高效、绿色的破岩方式,其辅助机械刀具破碎岩石能显著降低刀具的磨损,提高破岩掘进效率。为揭示磨料射流冲击作用岩石的损伤破碎特征,明确其高效破岩参数,本文基于SPH-FEM耦合算法建立了磨料射流冲击岩石的数值模型,获得了磨料射流冲蚀深度、面积及岩石损伤宽度的变化规律。结果表明:5种不同工况下,冲蚀坑都大致呈“V”型;磨料浓度的增加,对主裂纹的萌生及发育具有促进作用;磨料水射流较纯水射流具备更大的冲击能量,导致更大的冲蚀深度及更大的破碎面积。本研究条件下,磨料最优浓度为23%,该研究成果对磨料射流高效切割及破碎岩石的参数优化选取等具有重要意义。 展开更多
关键词 sph-fem耦合算法 磨料水射流 数值模型 破岩 磨料浓度
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Numerical Simulation of the Seismic Response of a Horizontal Storage Tank Based on a SPH-FEM Coupling Method
13
作者 Peilei Yan Endong Guo +1 位作者 HouliWu Liangchao Zhang 《Computer Modeling in Engineering & Sciences》 SCIE EI 2024年第5期1655-1678,共24页
A coupled numerical calculation method combining smooth particle hydrodynamics(SPH)and the finite element method(FEM)was implemented to investigate the seismic response of horizontal storage tanks.Anumericalmodel of a... A coupled numerical calculation method combining smooth particle hydrodynamics(SPH)and the finite element method(FEM)was implemented to investigate the seismic response of horizontal storage tanks.Anumericalmodel of a horizontal storage tank featuring a free liquid surface under seismic action was constructed using the SPH–FEM coupling method.The stored liquid was discretized using SPH particles,while the tank and supports were discretized using the FEM.The interaction between the stored liquid and the tank was simulated by using the meshless particle contact method.Then,the numerical simulation results were compared and analyzed against seismic simulation shaking table test data to validate the method.Subsequently,a series of numerical models,considering different liquid storage volumes and seismic effects,were constructed to obtain time history data of base shear and top center displacement,which revealed the seismic performance of horizontal storage tanks.Numerical simulation results and experimental data showed good agreement,with an error rate of less than 18.85%.And this conformity signifies the rationality of the SPH-FEM coupling method.The base shear and top center displacement values obtained by the coupled SPH-FEM method were only 53.3% to 69.1% of those calculated by the equivalent mass method employed in the current code.As the stored liquid volume increased,the seismic response of the horizontal storage tank exhibited a gradual upward trend,with the seismic response increasing from 73% to 388% for every 35% increase in stored liquid volume.The maximum von Mises stress of the tank and the supports remained below the steel yield strength during the earthquake.The coupled SPH-FEM method holds certain advantages in studying the seismic problems of tanks with complex structural forms,particularly due to the representation of the flow field distribution during earthquakes by involving reservoir fluid participation. 展开更多
关键词 sph-fem coupling method horizontal storage tank seismic response SLOSHING
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基于SPH-FEM耦合算法的磨料水射流破岩数值模拟 被引量:51
14
作者 林晓东 卢义玉 +2 位作者 汤积仁 敖翔 张磊 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2014年第18期170-176,共7页
磨料水射流破岩是一个涉及诸多因素的非线性冲击动力学问题。针对磨料水射流破岩过程的复杂性以及有限元分析法在处理超大变形问题时存在的网格畸变问题,基于光滑粒子(SPH)耦合有限元(FEM)的方法模拟了磨料水射流破岩过程,并结合模拟结... 磨料水射流破岩是一个涉及诸多因素的非线性冲击动力学问题。针对磨料水射流破岩过程的复杂性以及有限元分析法在处理超大变形问题时存在的网格畸变问题,基于光滑粒子(SPH)耦合有限元(FEM)的方法模拟了磨料水射流破岩过程,并结合模拟结果分析了在磨料浓度30%不同速度磨料水射流作用下岩石的损伤范围。其中磨料水射流采用SPH算法模拟,并通过修改关键字文件实现水与磨料两种不同组分,岩石采用H-J-C累计损伤模型。研究表明:岩石冲蚀坑首先成漏斗状,随着冲蚀坑不断加深,最终形成"V"形剖面和圆形截面组成的"子弹"体;损伤值由冲蚀坑沿径向方向向外急剧减少,岩石的损伤半径与冲蚀坑半径随着射流速度减小而减小,两者之比在1.8-2.2之间。计算结果与相关文献基本吻合,为研究磨料水射流破岩提供一种研究的方法。 展开更多
关键词 磨料水射流 破岩 sph-fem耦合 损伤
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基于SPH-FEM耦合算法的埋地输气管道近场爆炸冲击动力响应 被引量:19
15
作者 梁博 蒋宏业 +2 位作者 徐涛龙 姚安林 文霞 《石油学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第11期1326-1334,共9页
利用ANSYS/LS-DYNA和LS-PREPOST前后处理模块,建立基于光滑粒子流体力学-有限单元法(SPH-FEM)耦合的土中爆炸模型。结果表明,土中爆炸波峰值压力随比例爆距的衰减规律与经验曲线基本一致,且瞬时爆腔尺寸也和相关经验描述吻合较好,从而... 利用ANSYS/LS-DYNA和LS-PREPOST前后处理模块,建立基于光滑粒子流体力学-有限单元法(SPH-FEM)耦合的土中爆炸模型。结果表明,土中爆炸波峰值压力随比例爆距的衰减规律与经验曲线基本一致,且瞬时爆腔尺寸也和相关经验描述吻合较好,从而验证了方法的可行性与准确性。针对X80大口径高压输气管线在土中近场爆炸的冲击响应过程,建立管-土-炸药耦合模型,分析起爆后不同时刻爆腔形状的演变过程(从球状到椭球状),得到不同时刻管体扰动(变形与受力)与土壤介质压缩形态的内在联系,详细描述管体迎爆面、背爆面测点的位移及应力特征,并反映最大冲击应力的截面分布情况及其在不同时刻的出现位置,最后,基于应变极限判断受冲击管道的失效情况。研究采用的耦合算法可为管道防爆研究提供新思路,对爆炸灾害下管体及周边结构的风险评估提供基于模拟分析的定量依据。 展开更多
关键词 sph-fem耦合算法 输气管道 土中爆炸 动力学响应 数值模拟
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基于SPH-FEM耦合法的土体爆炸效应数值研究 被引量:18
16
作者 王维国 陈育民 +1 位作者 刘汉龙 张智超 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第7期2104-2110,共7页
岩土体爆炸破坏问题是岩土工程领域的研究热点,为开展小当量集团装药在不同埋置深度时的土中爆炸效应分析研究,在LS-DYNA框架内建立基于光滑粒子流体动力学-有限元耦合方法(SPH-FEM)的砂土地基爆炸效应分析模型。计算结果表明:浅埋装药... 岩土体爆炸破坏问题是岩土工程领域的研究热点,为开展小当量集团装药在不同埋置深度时的土中爆炸效应分析研究,在LS-DYNA框架内建立基于光滑粒子流体动力学-有限元耦合方法(SPH-FEM)的砂土地基爆炸效应分析模型。计算结果表明:浅埋装药时最大爆坑深度到达时刻远在最大爆坑直径之前,地基表层砂土体剪切流场对爆坑直径的发展具有决定性作用;随着药包埋置深度的增加存在一个临界爆坑直径,爆坑直径近似认为只与药包当量和埋置深度相关,经简化与经验假定之后得到的爆坑直径与埋药深度之比与比例距离近似呈直线关系;砂土中爆炸波在近区表现为强间断的冲击波形式,压缩作用是造成近区砂土大变形流动的主要因素,而在爆炸远区则转变为连续的应力波形式;土中爆炸波峰值压力随比例爆距的衰减规律与经验曲线基本一致。研究结果可以为地基工程的抗爆设计及加固提供参考。 展开更多
关键词 sph-fem耦合法 爆炸效应 埋置深度 临界爆坑直径 峰值压力
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一种新型SPH-FEM耦合算法及其在冲击动力学问题中的应用 被引量:34
17
作者 张志春 强洪夫 高巍然 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第3期243-249,共7页
为了充分发挥光滑粒子流体动力学方法(smoothed particle hydrodynamics,SPH)在处理大变形和有限元(finite element method,FEM)问题时计算精度高的优势,提出了一种新型SPH-FEM耦合算法。该耦合算法在大变形区域使用SPH粒子离散,其余区... 为了充分发挥光滑粒子流体动力学方法(smoothed particle hydrodynamics,SPH)在处理大变形和有限元(finite element method,FEM)问题时计算精度高的优势,提出了一种新型SPH-FEM耦合算法。该耦合算法在大变形区域使用SPH粒子离散,其余区域使用有限元离散。在耦合界面处将SPH粒子固结在有限单元,在有限元节点设置背景粒子,通过背景粒子的方式将有限元节点纳入到SPH临近搜索列表,消除了SPH边界效应,确保耦合界面物理量的连续性。使用该算法对圆柱形钢弹正冲击钢板发生冲塞破坏的过程进行了三维数值模拟,靶板参数的计算采用含损伤的Johnson-Cook模型和Grüneisen状态方程,模拟结果与实验吻合较好。 展开更多
关键词 固体力学 sph-fem耦合算法 背景粒子 冲击
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SPH-FEM耦合方法在弹丸膛内运动中的应用 被引量:12
18
作者 孙玉杰 崔青春 +2 位作者 丁宏民 徐坚 郭俊行 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2019年第8期166-172,187,共8页
大口径火炮弹丸膛内运动是个高度非线性冲击动力学过程,采用有限元(FEM)与光滑粒子(SPH)耦合方法,结合SPH方法处理大变形能力和FEM计算效率高的互补优势,对大变形的弹带采用光滑粒子离散,发射系统的其它结构采用有限元模拟,综合考虑弹... 大口径火炮弹丸膛内运动是个高度非线性冲击动力学过程,采用有限元(FEM)与光滑粒子(SPH)耦合方法,结合SPH方法处理大变形能力和FEM计算效率高的互补优势,对大变形的弹带采用光滑粒子离散,发射系统的其它结构采用有限元模拟,综合考虑弹带材料的动态力学性能及损伤行为,弹带与身管内膛摩擦界面特性及火药燃气的波尔登效应,建立了较为全面的火炮发射动力学模型,成功模拟出弹丸挤进过程和随后直膛运动。通过与任意的拉格朗日-欧拉自适应网格(ALE)仿真结果相比验证了该方法的优越性,通过对比仿真结果与试验数据验证了其有效性,获得了弹丸膛内运动过程中弹带温度、炮口振动和弹丸运动姿态的变化规律,为火炮弹炮匹配设计及精度设计提供了参考。 展开更多
关键词 膛内运动 sph-fem耦合方法 弹炮耦合 波尔登效应 炮口振动 运动姿态
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基于SPH-FEM耦合方法的落石冲击拱形钢筋混凝土棚洞数值模拟 被引量:17
19
作者 柳春 余志祥 +2 位作者 郭立平 骆丽茹 赵世春 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2019年第13期118-125,共8页
与框架钢筋混凝土棚洞相比,拱形钢筋混凝土棚洞具有自重小、跨度大的优点,其常用砂土垫层来耗散冲击能量。针对有限元法(FEM)模拟拱棚洞砂土材料超大变形问题时所存在的困难,建立了有限元(FEM)与光滑粒子流体动力学(SPH)的耦合数值计算... 与框架钢筋混凝土棚洞相比,拱形钢筋混凝土棚洞具有自重小、跨度大的优点,其常用砂土垫层来耗散冲击能量。针对有限元法(FEM)模拟拱棚洞砂土材料超大变形问题时所存在的困难,建立了有限元(FEM)与光滑粒子流体动力学(SPH)的耦合数值计算方法。利用SPH粒子模拟落石冲击区域的大变形砂土,为提高计算效率和精度,非冲击区域砂土用有限元单元模拟,并将混凝土、钢筋、岩石、冲击锤等划分成Lagrange标准有限元网格;然后基于耦合SPH-FEM方法建立了落石冲击拱形钢筋混凝土棚洞数值模型。研究结果表明:随着冲击能量的增大,冲击力峰值和拱中点位移峰值也逐渐增大;与足尺冲击试验结果对比,冲击力峰值和拱中点位移峰值最大误差均没有超过10%,验证了数值耦合模型的准确性;数值耦合模型形象再现了砂土成坑的物理过程,砂土垫层耗能占初始冲击动能的85%以上,说明砂垫层是一种很好的缓冲耗能材料。SPH-FEM耦合方法显示出了模拟拱形钢筋混凝土棚洞冲击问题的有效性。 展开更多
关键词 sph-fem耦合 落石冲击 拱形钢筋混凝土棚洞 足尺冲击试验 数值计算
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基于SPH-FEM方法的半球形聚能装药破甲特性研究 被引量:9
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作者 张之凡 李兵 +1 位作者 王龙侃 张阿漫 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2016年第14期71-76,共6页
为了研究杆式射流的形成及破甲过程,基于SPH-FEM方法建立半球形聚能装药模型,对半球形聚能装药起爆后形成金属射流及射流穿透双壳的过程进行仿真模拟。通过对射流形成过程、速度衰减规律以及壳体破口形成过程进行分析,得到以下结论:在... 为了研究杆式射流的形成及破甲过程,基于SPH-FEM方法建立半球形聚能装药模型,对半球形聚能装药起爆后形成金属射流及射流穿透双壳的过程进行仿真模拟。通过对射流形成过程、速度衰减规律以及壳体破口形成过程进行分析,得到以下结论:在半球形聚能装药的爆轰作用下,药型罩被高压冲击变形继而形成了高速的金属射流;射流头部最大速度可达约4 174 m/s;射流在击穿双壳的过程中会发生断裂形成射流断裂块,第一层壳在被击穿过程中,经历了冲塞、凹陷等过程,第二层壳直接被射流穿透,之后不断地被射流断裂块击穿。整个计算旨在对半球形聚能炸药的工程设计提供参考。 展开更多
关键词 半球形聚能装药 sph-fem方法 射流 破甲
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