The local time-stepping(LTS)algorithm is an adaptive method that adjusts the time step by selecting suitable intervals for different regions based on the spatial scale of each cell and water depth and flow velocity be...The local time-stepping(LTS)algorithm is an adaptive method that adjusts the time step by selecting suitable intervals for different regions based on the spatial scale of each cell and water depth and flow velocity between cells.The method can be optimized by calculating the maximum power of two of the global time step increments in the domain,allowing the optimal time step to be approached throughout the grid.To verify the acceleration and accuracy of LTS in storm surge simulations,we developed a model to simulate astronomical storm surges along the southern coast of China.This model employs the shallow water equations as governing equations,numerical discretization using the finite volume method,and fluxes calculated by the Roe solver.By comparing the simulation results of the traditional global time-stepping algorithm with those of the LTS algorithm,we find that the latter fit the measured data better.Taking the calculation results of Typhoon Sally in 1996 as an example,we show that compared with the traditional global time-stepping algorithm,the LTS algorithm reduces computation time by 2.05 h and increases computation efficiency by 2.64 times while maintaining good accuracy.展开更多
坝体抗震设计和评估需要准确计算无限水库动力响应.基于比例边界有限元法(scaled boundary finite element method,SBFEM)力学推导技术,推导了顺河向地震激励下等横截面无限水域频域响应计算公式,利用Fourier逆变换建立了时域响应控制方...坝体抗震设计和评估需要准确计算无限水库动力响应.基于比例边界有限元法(scaled boundary finite element method,SBFEM)力学推导技术,推导了顺河向地震激励下等横截面无限水域频域响应计算公式,利用Fourier逆变换建立了时域响应控制方程,通过线性叠加推导了顺河、横河、竖直三向组合地震激励下的无限水域频域和时域响应的SBFEM计算公式.结合有限元法,建立了无限水库频域和时域响应的FEM-SBFEM耦合方程.分析了地震激励下的二维、三维等横截面无限水库频域、时域响应,数值验证了所建立计算公式的正确性.所发展的FEM-SBFEM公式体系可推广应用于库底库岸具有吸收性的、横截面有任意几何形状的无限水库谐响应及瞬态响应分析.展开更多
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
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
基金National Natural Science Foundation of China(No.52071306)the Natural Science Foundation of Shandong Province(No.ZR2019MEE050)the Natural Science Foundation of Zhejiang Province(No.LZ22E090003).
文摘The local time-stepping(LTS)algorithm is an adaptive method that adjusts the time step by selecting suitable intervals for different regions based on the spatial scale of each cell and water depth and flow velocity between cells.The method can be optimized by calculating the maximum power of two of the global time step increments in the domain,allowing the optimal time step to be approached throughout the grid.To verify the acceleration and accuracy of LTS in storm surge simulations,we developed a model to simulate astronomical storm surges along the southern coast of China.This model employs the shallow water equations as governing equations,numerical discretization using the finite volume method,and fluxes calculated by the Roe solver.By comparing the simulation results of the traditional global time-stepping algorithm with those of the LTS algorithm,we find that the latter fit the measured data better.Taking the calculation results of Typhoon Sally in 1996 as an example,we show that compared with the traditional global time-stepping algorithm,the LTS algorithm reduces computation time by 2.05 h and increases computation efficiency by 2.64 times while maintaining good accuracy.
文摘坝体抗震设计和评估需要准确计算无限水库动力响应.基于比例边界有限元法(scaled boundary finite element method,SBFEM)力学推导技术,推导了顺河向地震激励下等横截面无限水域频域响应计算公式,利用Fourier逆变换建立了时域响应控制方程,通过线性叠加推导了顺河、横河、竖直三向组合地震激励下的无限水域频域和时域响应的SBFEM计算公式.结合有限元法,建立了无限水库频域和时域响应的FEM-SBFEM耦合方程.分析了地震激励下的二维、三维等横截面无限水库频域、时域响应,数值验证了所建立计算公式的正确性.所发展的FEM-SBFEM公式体系可推广应用于库底库岸具有吸收性的、横截面有任意几何形状的无限水库谐响应及瞬态响应分析.
文摘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。
文摘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。
