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A material point finite element method for thermo-hydro-mechanical modeling in poro-elastic media with brittle fracturing
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作者 Zhaonan Wang Louis Ngai Yuen Wong 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 2025年第6期3299-3315,共17页
In this study,a powerful thermo-hydro-mechanical(THM)coupling solution scheme for saturated poroelastic media involving brittle fracturing is developed.Under the local thermal non-equilibrium(LTNE)assumption,this sche... In this study,a powerful thermo-hydro-mechanical(THM)coupling solution scheme for saturated poroelastic media involving brittle fracturing is developed.Under the local thermal non-equilibrium(LTNE)assumption,this scheme seamlessly combines the material point method(MPM)for accurately tracking solid-phase deformation and heat transport,and the Eulerian finite element method(FEM)for effectively capturing fluid flow and heat advection-diffusion behavior.The proposed approach circumvents the substantial challenges posed by large nonlinear equation systems with the monolithic solution scheme.The staggered solution process strategically separates each physical field through explicit or implicit integration.The characteristic-based method is used to stabilize advection-dominated heat flows for efficient numerical implementation.Furthermore,a fractional step approach is employed to decompose fluid velocity and pressure,thereby suppressing pore pressure oscillation on the linear background grid.The fracturing initiation and propagation are simulated by a rate-dependent phase field model.Through a series of quasi-static and transient simulations,the exceptional performance and promising potential of the proposed model in addressing THM fracturing problems in poro-elastic media is demonstrated. 展开更多
关键词 Thermo-hydro-mechanical(THM)coupling Local thermal non-equilibrium(LTNE) material point method(MPM) Characteristic-based method Phase field model
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Coupled Shell-Material Point Method for Bird Strike Simulation 被引量:1
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作者 Bo Wu Zhenpeng Chen +2 位作者 Xiong Zhang Yan Liu Yanping Lian 《Acta Mechanica Solida Sinica》 SCIE EI CSCD 2018年第1期1-18,共18页
In a bird strike, the bird undergoes large deformation like flows; while most part of the structure is in small deformation, the region near the impact point may experience large deformations, even fail. This paper de... In a bird strike, the bird undergoes large deformation like flows; while most part of the structure is in small deformation, the region near the impact point may experience large deformations, even fail. This paper develops a coupled shell-material point method (CSMPM) for bird strike simulation, in which the bird is modeled by the material point method (MPM) and the aircraft structure is modeled by the Belytschko-Lin-Tsay shell element. The interaction between the bird and the structure is handled by a particle-to-surface contact algorithm. The distorted and failed shell elements will be eroded if a certain criterion is reached. The proposed CSMPM takes full advantages of both the finite element method and the MPM for bird strike simulation and is validated by several numerical examples. 展开更多
关键词 Bird strike simulation material point method Shell element COUPLING Adaptiveconversion
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Material point method simulation of hydro-mechanical behaviour in twophase porous geomaterials: A state-of-the-art review 被引量:5
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作者 Xiangcou Zheng Shuying Wang +1 位作者 Feng Yang Junsheng Yang 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2024年第6期2341-2350,共10页
The material point method(MPM)has been gaining increasing popularity as an appropriate approach to the solution of coupled hydro-mechanical problems involving large deformation.In this paper,we survey the current stat... The material point method(MPM)has been gaining increasing popularity as an appropriate approach to the solution of coupled hydro-mechanical problems involving large deformation.In this paper,we survey the current state-of-the-art in the MPM simulation of hydro-mechanical behaviour in two-phase porous geomaterials.The review covers the recent advances and developments in the MPM and their extensions to capture the coupled hydro-mechanical problems involving large deformations.The focus of this review is aiming at providing a clear picture of what has or has not been developed or implemented for simulating two-phase coupled large deformation problems,which will provide some direct reference for both practitioners and researchers. 展开更多
关键词 coupled problems Hydro-mechanical behaviour Large deformation material point method(MPM)
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Coseismic site response and slope instability using periodic boundary conditions in the material point method 被引量:1
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作者 Abdelrahman Alsardi Alba Yerro 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2023年第3期641-658,共18页
This paper proposed the explicit generalized-a time scheme and periodic boundary conditions in the material point method(MPM)for the simulation of coseismic site response.The proposed boundary condition uses an intuit... This paper proposed the explicit generalized-a time scheme and periodic boundary conditions in the material point method(MPM)for the simulation of coseismic site response.The proposed boundary condition uses an intuitive particle-relocation algorithm ensuring material points always remain within the computational mesh.The explicit generalized-a time scheme was implemented in MPM to enable the damping of spurious high frequency oscillations.Firstly,the MPM was verified against finite element method(FEM).Secondly,ability of the MPM in capturing the analytical transfer function was investigated.Thirdly,a symmetric embankment was adopted to investigate the effects of ground motion arias intensity(I_(a)),geometry dimensions,and constitutive models.The results show that the larger the model size,the higher the crest runout and settlement for the same ground motion.When using a Mohr-Coulomb model,the crest runout increases with increasing I_(a).However,if the strain-softening law is activated,the results are less influenced by the ground motion.Finally,the MPM results were compared with the Newmark sliding block solution.The simplified analysis herein highlights the capabilities of MPM to capture the full deformation process for earthquake engineering applications,the importance of geometry characterization,and the selection of appropriate constitutive models when simulating coseismic site response and subsequent large deformations. 展开更多
关键词 Coseismic site response Periodic conditions Time integration material point method(MPM)
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Coupling between finite element method and material point method for problems with extreme deformation 被引量:2
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作者 yanping Lian Xiong Zhang Yan Liu 《Theoretical & Applied Mechanics Letters》 2012年第2期15-18,共4页
As a Lagrangian meshless method, the material point method (MPM) is suitable for dynamic problems with extreme deformation, but its efficiency and accuracy are not as good as that of the finite element method (FEM... As a Lagrangian meshless method, the material point method (MPM) is suitable for dynamic problems with extreme deformation, but its efficiency and accuracy are not as good as that of the finite element method (FEM) for small deformation problems. Therefore, an algorithm for the coupling of FEM and MPM is proposed to take advantages of both methods. Furthermore, a conversion scheme of elements to particles is developed. Hence, the material domain is firstly discretized by finite elements, and then the distorted elements are automatically converted into MPM particles to avoid element entanglement. The interaction between finite elements and MPM particles is implemented based on the background grid in MPM framework. Numerical results are in good agreement with that of both FEM and MPM 展开更多
关键词 material point method coupling method conversion scheme PENETRATION LANDSLIDE
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基于u-p-U耦合形式的全隐式物质点法及水土耦合大变形分析
6
作者 郑响凑 王树英 +1 位作者 阳军生 杨峰 《东南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2026年第1期125-133,共9页
基于物质点法的水土耦合大变形模拟逐渐成为计算岩土领域的研究热点,然而现有水土耦合物质点法研究多采用条件稳定的显式积分方法,需采用极小的时间步长,计算效率低下。鉴于此,在采用完全动态控制方程u-p-U格式的前提下,推导了在广义插... 基于物质点法的水土耦合大变形模拟逐渐成为计算岩土领域的研究热点,然而现有水土耦合物质点法研究多采用条件稳定的显式积分方法,需采用极小的时间步长,计算效率低下。鉴于此,在采用完全动态控制方程u-p-U格式的前提下,推导了在广义插值形函数(GIMP)框架下水土耦合控制方程的完全隐式积分形式,给出采用u-p-U格式的全隐式耦合物质点法求解流程及编程实现方法,达到稳定求解且提高求解效率的目的。通过2个典型算例验证本文提出的在完全动态控制方程下的全隐式耦合物质点法的可靠性和准确性。最后,结合饱和边坡大变形失稳破坏过程模拟,进一步验证该方法的适用性。计算结果表明,基于u-p-U动态耦合形式的全隐式物质点法能有效揭示水土耦合大变形过程中的水土耦合作用机理。 展开更多
关键词 物质点法 全隐式积分 水土耦合 广义插值形函数 完全动态控制方程
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基于自适应插值物质点法的心墙坝大变形分析研究
7
作者 彭雪峰 吉恩跃 +2 位作者 陈生水 傅中志 张意江 《岩土工程学报》 北大核心 2025年第10期2086-2095,共10页
心墙坝变形模拟方法一直是行业热点与难点。传统的网格类方法如有限元、有限体积和有限差分常应用于变形分析。然而,它们在处理大变形问题时,由于网格畸变导致雅可比矩阵失态,使得计算无法进行。由此,在物质点法基本框架内,构造了对流... 心墙坝变形模拟方法一直是行业热点与难点。传统的网格类方法如有限元、有限体积和有限差分常应用于变形分析。然而,它们在处理大变形问题时,由于网格畸变导致雅可比矩阵失态,使得计算无法进行。由此,在物质点法基本框架内,构造了对流粒子高斯插值函数,并结合粒子插值函数,提出了适用于流固耦合问题的自适应插值物质点法(AIMPM)。以Carsington心墙坝滑坡为例,利用AIMPM分析大坝从施工期到失稳滑坡全过程的演变规律,结果可得:①根据筑坝实际施工情况,AIMPM能够精准地描述坝体施工阶段的变形-孔压发展过程;②在获得坝体施工初始应力条件下,AIMPM可模拟出大坝从初始滑裂面的形成到最终溃坝堆积体的完整演化过程;③通过捕捉粒子的运行特征,可将坝体破坏过程分为3个阶段:刚体位移阶段,应力平衡阶段,速度收敛阶段。通过对经典心墙坝的精细化模拟,表明本文提出的自适应插值物质点法在小应变和大变形领域均能灵活应用,为心墙坝变形破坏分析提供了有效路径。 展开更多
关键词 心墙坝 大变形 物质点法 数值方法 流固耦合
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基于MPM-DEM耦合的弃渣场稳定性及灾害动力学分析
8
作者 任禾 王君豪 +5 位作者 徐文杰 王恒威 董晓阳 孙文超 冯明明 吕飞 《中国地质灾害与防治学报》 2025年第6期37-47,共11页
随着山区高速公路建设的迅速推进,弃渣场的稳定性及潜在失稳灾害评估日益受到重视。具有巨大能量的滑坡体,可能会冲击破坏沿途的结构物进而威胁生命财产安全。充分发挥利用物质点法(material point method,MPM)可以对连续介质大变形过... 随着山区高速公路建设的迅速推进,弃渣场的稳定性及潜在失稳灾害评估日益受到重视。具有巨大能量的滑坡体,可能会冲击破坏沿途的结构物进而威胁生命财产安全。充分发挥利用物质点法(material point method,MPM)可以对连续介质大变形过程模拟和离散元法(digital elevation model,DEM)能够精准的接触判断优势,MPM-DEM耦合算法可有效解决滑坡体与复杂地形、沿线结构物之间的相互作用问题。文章基于GPU并行高性能计算软件CoSim中的MPM-DEM耦合算法,实现了对弃渣场边坡稳定性、潜在失稳灾害的动力学分析。研究首先以散粒体冲击结构物的算例,验证了该算法的合理性与准确性;在此基础上,以云南某高速公路弃渣场为研究案例,进一步计算其稳定性系数,并预测潜在失稳灾害的影响范围与危害程度。结果表明,该弃渣场边坡目前处于稳定状态;若发生失稳,滑坡体将对下游高速公路桥桩产生巨大冲击力。该耦合算法在弃渣场边坡稳定性与失稳灾害动力学分析中具备显著优势,能够实现边坡“稳定性→大变形→流动→堆积”的全过程分析。 展开更多
关键词 物质点法(MPM) 离散元法(DEM) MPM-DEM耦合算法 稳定性分析 失稳评估
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基于物质点和深度积分耦合模型的滑坡数值分析 被引量:6
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作者 张伟 晏飞 +1 位作者 王兆丰 李邵军 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期2515-2526,共12页
深度积分算法可将滑坡沿地表滑动的三维模型化简为二维模型进行求解,通过减少控制方程未知量的个数以提升求解效率。物质点法(material point method,MPM)具有无网格法和有网格法的双重优势,模拟滑坡大变形问题时可避免网格畸变现象。... 深度积分算法可将滑坡沿地表滑动的三维模型化简为二维模型进行求解,通过减少控制方程未知量的个数以提升求解效率。物质点法(material point method,MPM)具有无网格法和有网格法的双重优势,模拟滑坡大变形问题时可避免网格畸变现象。采用深度积分耦合物质点法建立滑坡数值模型,给出算法实现具体流程,基于影响域改进的物质点法(influence domain material point method,IDMPM),针对两个典型无倾角底面光滑和有倾角底面不光滑滑坡算例进行基准测试。在计算精度方面,深度积分耦合物质点法模型能较好地预测远端距离、流速、深度等滑移特征参数;在计算效率方面,与常规物质点法求解格式相比,深度积分耦合物质点法模型可大幅度提高运行效率。该研究成果可为滑坡地质灾害破坏范围的分析预测、危害评估、应急抢险提供有效理论依据和时间保障。 展开更多
关键词 深度积分 物质点法 滑坡 大变形 深度积分耦合物质点法
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真实感固流交互动画的统一物质点法模拟 被引量:2
10
作者 邵绪强 郑凯玄 +1 位作者 徐伟峰 赵文清 《图学学报》 CSCD 北大核心 2019年第3期497-502,共6页
固流交互模拟是基于物理的流体模拟技术的重要研究内容,其中如何解决非穿透和滑移接触是难点。为此,提出一种真实感固流交互动画的统一物质点法模拟方法。首先,给出一种基于物质点法的快速微可压缩流体模拟方法,并在统一背景欧拉网格上... 固流交互模拟是基于物理的流体模拟技术的重要研究内容,其中如何解决非穿透和滑移接触是难点。为此,提出一种真实感固流交互动画的统一物质点法模拟方法。首先,给出一种基于物质点法的快速微可压缩流体模拟方法,并在统一背景欧拉网格上对固体和流体动量方程进行求解;其次,检测固流接触区域并在其上构建局部多重背景网格,给出一种动量守恒保持的速度修正方法对固体和流体各自网格结点进行速度修正,从而实现固流交互的非穿透和滑移接触效果模拟。实验结果表明,该方法可以模拟稳定、真实的固流交互动画,适用于计算机图形学和虚拟现实领域中的真实感模拟应用。 展开更多
关键词 物质点法 固流交互 流体模拟 物理模拟
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一种基于流体边界耦合的船行波模拟方法 被引量:1
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作者 陈立家 何思航 +1 位作者 许毅 刘岩植 《船舶工程》 CSCD 北大核心 2023年第12期51-58,共8页
针对基于波浪谱的方式对航海模拟器视景平台进行船行波仿真时存在的真实感较差的问题,提出一种对三维流体与二维流体进行边界耦合的船行波仿真方法。采用移动最小二乘物质点法(MLS-MPM)对近船域浪花进行仿真,采用Water Packet法对远船... 针对基于波浪谱的方式对航海模拟器视景平台进行船行波仿真时存在的真实感较差的问题,提出一种对三维流体与二维流体进行边界耦合的船行波仿真方法。采用移动最小二乘物质点法(MLS-MPM)对近船域浪花进行仿真,采用Water Packet法对远船域尾流进行仿真,通过设置高度场边界条件和消除波速差异对二者的边界进行耦合,并通过ZENO仿真平台开展仿真试验,验证该方法的有效性。研究结果表明,该方法能高效展现出船行波仿真的各种细节,弥补以往船行波视景仿真表现力不足的缺陷。 展开更多
关键词 流体力学 物质点法 流体耦合 船行波仿真
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强冲击问题的物质点有限元法 被引量:1
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作者 张雄 廉艳平 刘岩 《科技创新导报》 2016年第18期178-178,共1页
材料和结构在强冲击载荷作用下表现出很强的非线性,出现超大变形、断裂、破碎,甚至出现相变、熔化、气化等现象,对数值模拟分析提出了巨大挑战,有限元法等基于网格的传统数值分析方法不易有效地求解此类问题。物质点法中使用一组拉格朗... 材料和结构在强冲击载荷作用下表现出很强的非线性,出现超大变形、断裂、破碎,甚至出现相变、熔化、气化等现象,对数值模拟分析提出了巨大挑战,有限元法等基于网格的传统数值分析方法不易有效地求解此类问题。物质点法中使用一组拉格朗日质点和一套欧拉背景网格,质点用以离散物质区域,携带质量、速度、应力、能量等物理量,背景网格用以计算空间导数及求解动量方程。物质点法兼具拉格朗日格式和欧拉格式的优点,不会出现网格畸变问题,易于跟踪历史变量和物质界面,非常适合求解强冲击问题。但物质点法在小变形问题中的精度和效率均低于显式有限元法,钢筋混凝土冲击等问题中各组成部分的特征尺寸差别较大,也对物质点离散提出了挑战。该报告介绍了研究组针对上述物质点法的不足,所发展的针对强冲击问题的物质点法与有限元法的贯通结合方法。该报告首先扼要介绍了物质点法的基本理论,指出物质点法与有限元法在理论上的相似性,给出两者相互结合的理论基础。之后依次阐述了耦合物质点有限元法、自适应物质点有限元法和杂交物质点有限元法,详细论述了这些方法的基本思想和理论,给出了这些方法用于侵彻等强冲击问题的实例,显示出其相对于标准物质点法的精度与效率优势。耦合物质点有限元法的基本思想是采用有限元法离散小变形物体、用物质点法离散大变形物体,不同离散区域之间通过接触算法相互耦合。报告详细介绍了耦合过程的处理,主要包括接触探测、接触法线计算、接触力计算以及考虑两者接触情况下的时间积分。自适应物质点有限元法的基本思想是初始时采用有限元离散全部区域,在计算过程中将可能发生畸变或破坏的单元自动转化为物质点求解。报告详细介绍了实现单元到质点的自动转化的转化算法,包括转化判据和转化方案,以及不同离散区域间的相互作用与相互接触的处理。杂交物质点有限元法主要针对钢筋混凝土冲击等问题,其基本思想是采用杆单元离散钢筋,采用质点离散混凝土。报告详细介绍了如何通过背景网格实现不同离散格式相互作用和变形协调,讨论了钢筋失效的模拟方案。上述方法充分发挥了物质点法和有限元法各自的优势,克服了其不足,较之标准物质点法和传统有限元法能够更有效地模拟强冲击载荷问题。通过这些方法的研究,建立了物质点有限元贯通框架,从理论上推动了物质点法和有限元法的深化研究,为相关设计分析工作提供了强有力的数值手段,对工程问题的高效解决具有重要应用价值。 展开更多
关键词 强冲击载荷 物质点法 有限元法 耦合 自适应转化 钢筋混凝土
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线粘弹性回转体的扭转
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作者 袁兵 鄞少芳 《广东工业大学学报》 CAS 1999年第2期93-98,共6页
应用线载荷积分方法,相应原理和拉氏变换,求得点圆力偶作用于粘弹性回转体的基本解.再将问题归结为一个Fredholm第一种积分方程.
关键词 拉氏变换 扭转 线粘弹性回转体 杆件 变形 扭转
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基于两相双质点MPM的滑坡堵江灾害链生全过程分析 被引量:7
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作者 杜文杰 盛谦 +3 位作者 杨兴洪 魏鹏飞 李丽华 付晓东 《工程科学与技术》 EI CSCD 北大核心 2022年第3期36-45,共10页
滑坡—堵江—堰塞湖灾害链是高山峡谷地区的典型地质灾害,其中,滑坡堵江环节作为该灾害链的衔接过程,往往决定了后续灾害在时间、空间上的延拓规模,合理再现这一复杂流–固耦合过程对于灾害链风险评估至关重要。本文基于物质点法(MPM)... 滑坡—堵江—堰塞湖灾害链是高山峡谷地区的典型地质灾害,其中,滑坡堵江环节作为该灾害链的衔接过程,往往决定了后续灾害在时间、空间上的延拓规模,合理再现这一复杂流–固耦合过程对于灾害链风险评估至关重要。本文基于物质点法(MPM)模拟岩土材料非线性的优势,采用Drucker–Prager模型表征失稳运动的岩土体,引入人工状态方程表征水体流动过程,发展了岩土体(固相)与水体(液相)相互作用的两相双质点物质点法(TPDP–MPM);通过模型试验尺度下滑坡体–水体相互作用过程的仿真分析,验证了TPDP–MPM处理岩土体、水体两相耦合的有效性。以此为基础,针对2011年湖北十堰市二荒村滑坡堵江(平渡河)灾害链,再现了灾害演化全过程;通过演化过程中的速度场与动能分析,认为二荒村滑坡堵江全过程可分为失稳启动、高速滑动、入江制动和堆积成坝4个阶段,揭示了滑坡体在失稳启动和高速滑动阶段的运移模式及入水制动阶段水体对于滑坡堆积过程的影响规律。研究成果可为滑坡堵江灾害链全过程的推演与风险评估提供理论支撑与方法。 展开更多
关键词 灾害链 滑坡堵江 物质点法 流固耦合 运动学分析
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基于多相物质点法的土-水耦合动力模型 被引量:6
15
作者 唐雄 李新坡 +1 位作者 姚军 孙玉莲 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第12期3345-3355,共11页
作为无网格法的一种,物质点法(MPM)在计算中结合了有网格法和无网格法的优势,避免了有网格法在求解大变形问题时出现的网格畸变现象,近年来逐渐应用于大变形岩土工程问题和多相流问题中。基于标准物质点法的原理与算法,研究了多相物质... 作为无网格法的一种,物质点法(MPM)在计算中结合了有网格法和无网格法的优势,避免了有网格法在求解大变形问题时出现的网格畸变现象,近年来逐渐应用于大变形岩土工程问题和多相流问题中。基于标准物质点法的原理与算法,研究了多相物质点法的两种形式:适用于饱和土的两相单点格式;适用于非饱和土,考虑基质吸力的两相单点格式。为了验证多相物质点法模拟水力耦合多相流问题的准确性和适用性,模拟了Terzaghi一维固结问题、一维压缩波的传播问题和一维渗流问题3个土力学多相算例,并将所得到的数值解与理论解进行了对比分析。模拟结果表明,计算所得到的数值解与理论解基本保持一致,多相物质点法能够准确地描述饱和孔隙介质的水力特性和非饱和孔隙介质的渗流特性。最后,采用多相物质点法模拟了非饱和边坡降雨入渗问题,分析了边坡在降雨入渗作用下基质吸力的变化和大变形破坏全过程。 展开更多
关键词 多相物质点法 两相单点格式 水力耦合问题
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基于物质点-特征有限元耦合方法的向后侵蚀管涌模拟 被引量:2
16
作者 王兆南 王刚 金伟 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1318-1324,共7页
向后侵蚀管涌是汛期堤坝中一种常见的渗透破坏形式,多发生在下游存在无保护出水口的二元结构堤基中。由于土体渗流在出水口处存在较高的水力梯度,使得固、液界面附近的土体极易被侵蚀带走,一旦侵蚀土体的上层存在不透水的黏土层时,便会... 向后侵蚀管涌是汛期堤坝中一种常见的渗透破坏形式,多发生在下游存在无保护出水口的二元结构堤基中。由于土体渗流在出水口处存在较高的水力梯度,使得固、液界面附近的土体极易被侵蚀带走,一旦侵蚀土体的上层存在不透水的黏土层时,便会形成不断向上游迎水侧发展的管涌通道,最终导致堤坝出现失稳破坏。基于向后侵蚀管涌的发展过程,采用局部水力梯度作为管涌发展的判别准则,结合饱和孔隙介质的耦合物质点-特征有限元法,发展了一个能够模拟向后侵蚀管涌的新方法。新方法将求解域内的物质点分为3种粒子类型,对满足管涌触发条件的粒子进行删除,以此表示被侵蚀带走的土颗粒。由于算法中的流体部分采用了广义的Navier-Stokes方程进行描述,因此新方法能够同时计算孔隙水渗流和管道流体的自由流动。通过对小尺度模型试验的计算,验证了新方法在向后侵蚀管涌问题中的适用性。 展开更多
关键词 向后侵蚀管涌 耦合物质点-特征有限元法 临界水力梯度
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巴东组泥岩大断面隧道开挖面大变形滑塌失稳机制与防治措施研究 被引量:6
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作者 吕敬康 阳军生 +3 位作者 郑响凑 汤宇 谢亦朋 梁雄 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1418-1432,共15页
隧道穿越富水软弱地层时易发生开挖面滑塌失稳破坏,为此,本文以郑万高铁巴东隧道为工程依托、以巴东组紫红泥岩为研究对象,开展系列室内试验,揭示泥岩遇水软化的力学特征。综合考虑围岩节理发育及施工扰动等因素的影响,基于Hoek-Brown... 隧道穿越富水软弱地层时易发生开挖面滑塌失稳破坏,为此,本文以郑万高铁巴东隧道为工程依托、以巴东组紫红泥岩为研究对象,开展系列室内试验,揭示泥岩遇水软化的力学特征。综合考虑围岩节理发育及施工扰动等因素的影响,基于Hoek-Brown强度准则将室内试验获取的完整岩体的强度参数转化为现场岩体参数,并采用两相单质点流固耦合物质点法(MPM)对隧道开挖面滑塌失稳大变形全过程进行模拟,并结合现场评价超前帷幕注浆预加固措施的有效性。研究结果表明:开挖面滑塌失稳过程可大致分为开挖面隆起变形、开挖面局部失稳及滑塌体加速运动、滑塌体稳定这3个主要阶段。随着开挖面前方滑塌体的加速运动,围岩的渗流场发生明显的变化,渗水形态呈“漏斗状”,水流向开挖面“缺口”汇集;滑塌体稳定后呈锥体状堆积,滑塌体坡脚与开挖面的距离约25 m,与现场滑塌体最终形态较吻合。采取超前帷幕注浆预加固措施后围岩稳定性较好,确保了隧道施工安全顺利推进。流固耦合物质点法可动态再现地下水渗流作用下软弱地层隧道滑塌失稳破坏全过程,可为类似工程研究提供参考。 展开更多
关键词 巴东组泥岩 大变形失稳 流固耦合物质点法 帷幕注浆
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计及多能耦合的区域综合能源系统最优能流计算 被引量:8
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作者 蒲愿 程浩忠 +1 位作者 宋毅 袁凯 《电测与仪表》 北大核心 2022年第9期8-15,共8页
为了提高能源利用效率与实现能源清洁供应,区域综合能源系统已成为支撑能源转型的重要技术。研究掌握区域综合能源多能耦合机理,对未来实现系统的有序规划、运行具有重要研究意义。文中提出了一种区域综合能源系统中具有分布式能源的最... 为了提高能源利用效率与实现能源清洁供应,区域综合能源系统已成为支撑能源转型的重要技术。研究掌握区域综合能源多能耦合机理,对未来实现系统的有序规划、运行具有重要研究意义。文中提出了一种区域综合能源系统中具有分布式能源的最优能流模型和方法。提出了基于能源集线器模型并充分考虑能耗(太阳能、燃料油、生物质能)的电力系统、天然气系统、热力系统的优化策略。采用基于内点法对区域综合能源系统优化模型进行求解。通过利用辅助燃烧设备(Supplemental Firing Equipment,SFE)调节热电联产(Combined Heat and Power,CHP)单元的热电比,建立了带有SFE的生物质能CHP模型,从而增加了CHP供能比例,最终实现了系统的经济运行。 展开更多
关键词 区域综合能源系统 分布式能源 多能耦合 最优能流 内点法
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基于固液两相耦合物质点法的饱和地基液化数值计算方法 被引量:1
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作者 冯晓青 叶斌 +1 位作者 苗沪生 林创基 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期15-25,共11页
为研究动力荷载作用下饱和地基液化问题,编制了可用于分析固液两相介质相互作用的三维显式物质点法程序MapleLeaf。首先,基于多孔介质理论,采用单点格式同时描述固液两相介质,推导u-p格式下固液两相耦合物质点算式;然后,通过静水压力柱... 为研究动力荷载作用下饱和地基液化问题,编制了可用于分析固液两相介质相互作用的三维显式物质点法程序MapleLeaf。首先,基于多孔介质理论,采用单点格式同时描述固液两相介质,推导u-p格式下固液两相耦合物质点算式;然后,通过静水压力柱三维模型及太沙基一维固结理论模型的数值解与理论解的对比分析,验证程序在固液两相静力条件下物质点法数值计算的可靠性;接着,增加动力算法模块,引入可用于分析动力条件下饱和土体液化问题的Cyclic Mobility本构模型;最后,分别基于现有文献及现场制备的振动台饱和地基模型,建立物质点数值模型,通过物质点法模型数值解与试验结果的对比分析,验证程序在动力条件下饱和地基液化问题分析的准确性。结果表明:基于物质点法的固液两相耦合数值计算方法能够较好反应动力条件下饱和地基液化前后超孔隙水压值的增长和消散的基本规律。编制的物质点法程序能够准确分析动力荷载作用下饱和地基液化问题。 展开更多
关键词 物质点法 固液两相耦合 饱和地基 土体液化 数值计算方法
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热冲击下功能梯度梁自由振动的B样条物质点法分析 被引量:2
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作者 黄河清 周晓敏 孙政 《力学季刊》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1076-1087,共12页
功能梯度材料是一种特殊的复合材料,在高温下能很好地缓解热应力.由于其材料结构和物理力学性质的特殊性,热冲击下功能梯度梁呈现出较为复杂的热力学行为.B样条物质点法作为一种物质点法的改进算法,已在各类复杂问题中展现了强大的求解... 功能梯度材料是一种特殊的复合材料,在高温下能很好地缓解热应力.由于其材料结构和物理力学性质的特殊性,热冲击下功能梯度梁呈现出较为复杂的热力学行为.B样条物质点法作为一种物质点法的改进算法,已在各类复杂问题中展现了强大的求解能力.本文基于傅里叶热传导理论与BSMPM(B-spline Material Point Method)的框架提出了热力耦合方程的离散格式,分析了SiC-Al功能梯度梁的自由振动以及温度荷载作用下的动力响应;同时,基于快速傅里叶变换,研究了SiC-Al功能梯度梁横向振动固有频率随梯度幂律指数的变化规律,并分别与传统物质点法、有限元法和理论解进行了比较分析.结果表明:相较于传统物质点法,B样条物质点法有效改善了应力振荡以及能量耗散.热冲击作用下,B样条物质点法所得功能梯度梁内温度分布与有限元结果吻合较好;B样条物质点法能有效求得一阶横向振动固有频率;随着梯度幂律指数的增加,功能梯度梁固有频率随幂函数变化减小,与理论结果吻合较好.本文验证了热力耦合B样条物质点法的有效性,拓展了B样条物质点法的工程应用,为功能梯度材料在热力耦合作用下的动力响应研究提供了新的计算思路. 展开更多
关键词 B样条物质点法 功能梯度梁 热力耦合 自由振动 固有频率
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