无网格自然邻接点法及其在岩土工程数值模拟中的应用

以sph算法为代表的无网格方法在爆轰波的数值模拟中具有明显的优势,采用sph算法模拟高能炸药水下爆炸爆轰过程,得到了压力、速度等时历曲线.将数值模拟结果与理论和实验方法得到的结果进行了对比分析,表明sph算法非常适宜处理高能炸药水下爆炸的极短瞬时具有大变形和高度非均匀的动力学极端情形,且求解结果已达到了较高的精度。

岩土工程数值模拟新方法

随着计算机的发展及其岩土工程领域应用的不断深入,岩土工程数值模拟方法得到了空前的发展。本文对目前岩土工程数值模拟方法进行了简要的介绍和评价,可供相关人员在岩土工程数值模拟方法时参考。

科技信息 1.引言 近几十年来，随着计算机应用的发展，数值计算方法在岩土工程问 题分析中迅速得到了广泛应用，大大推动了岩土（体）力学的发展。在岩 土（体）力学中所用的数值方法主要有以下几种：有限差分法、有限元 法、边界元法、加权余量法、半解析元法、刚体元法、非连续变形分析法、 离散元法、无界元法和流形元法等。下面就对这些方法进行简要的介绍 和分析。 2.有限差分法 有限差分法是一种比较古老且应用较广的一种数值方法。它的基 本思想是将待解决问题的基本方程和边界条件近似地用差分方程来表 示，这样就把求解微分方程的问题转化为求解代数方程的问题。亦即它 将实际的物理过程在时间和空间上离散，分解成有限数量的有限差分 量，近似假设这些差分量足够小，以致在差分量的变化范围内物体的性 能和物理过程都是均匀的，并且可以用来描述物理现象的定律，只是在 差分量之间发生阶跃式

论述了岩土工程数值模拟的新进展和近年来新出现的数值模拟方法，重点介绍了无网络伽辽金法（ｅｆｇｍ）和数值流形法（ｍｍ）的原理及其在岩土工程中的应用，指出了今后研究的重点方向。

地质问题本身的复杂性,使得三维地质建模成为制约岩土工程数值模拟发展的障碍之一。充分利用工程地质勘察的基本资料,根据所研究地质对象的空间形态和相互关系,以autocad为平台,借助autolisp二次开发技术,进行autocad三维地质模型的构建。探讨了建模过程中关于地表、地层以及软弱带等模拟的方法以及奇异单元的优化处理技术。最后,将此建模方法应用到实际工程中。结果表明,所建立的模型基本上保存了原地质体的信息,在网格规模一定时充分利用了地质体的控制信息,避免了建模过程中不必要的简化所造成的失真。

激光扫描测绘技术作为新技术的一种被广泛应用于多个领域之中,它能够通过目标对象表面的三维坐标得到完整全面的外观,且重建精度较高,通过对原始数据的快速访问构建出三维数据的采集模型.本文将对三维激光扫面技术在岩土工程中的应用以及自动建模方法进行分析.

基于移动最小二乘法近似函数和以有限元网格作为积分背景网格的无网格法理论,对板料冲压成形过程进行了数值模拟,利用罚函数法引入本质边界条件处理成形过程中的接触摩擦问题,并将模拟结果与有限元法计算结果进行对比,结果表明:无网格伽辽金法的计算结果与有限元法计算结果基本吻合,无网格伽辽金法作为新兴的数值计算方法,具有前后处理简单,精度高等特点,为板料冲压成形的数值模拟提供了一种有效的新方法。

采用无网格算法对二维非定常膛口流场进行了数值模拟.将膛口计算域进行点云离散,采用曲线拟合计算传播导数,用hllc格式计算数值通量,运用龙格库塔法时间推进,得到了一系列随时间顺序的数值计算结果,描述了膛口流场的形成发展过程,清楚地显示了流场波系结构的变化并对其进行了分析.计算结果与文献及实验结果相符,表明该数值计算方法可行,并且具有很好的激波捕捉能力和激波分辨率.

自然单元法采用无网格的思想全域构造插值函数,它的求解精度高,计算时间少,可准确地施加边界条件,兼具有无网格法和有限单元法的优点和特点,是一种理想的用于岩土及地下工程分析计算的数值方法。文中简要地介绍了自然单元法的基本理论,并针对岩土及地下工程问题特点,给出了一种无网格离散点的全自动布置方法。

基于非结构网格对翼型表面的积冰进行了数值模拟研究.通过求解气体欧拉方程得到翼型的绕流流场,使用穿透型壁面边界模拟水滴对翼型表面的撞击,采用迭代法对水滴控制方程进行数值求解,得到翼型表面的水滴收集特性;采用不同的积冰冻结模型模拟霜冰和明冰的冻结过程;利用冰层时间推进法模拟积冰过程,基于积冰法向生长假设生成积冰外形.对naca0012翼型霜冰和明冰的结冰情况进行了预测研究,通过将冰形预测结果与实验结果进行对比说明所提出的积冰模拟方法是有效的,最后分析了积冰对翼型气动特性的影响.

从数值模拟实验的基本原理和典型实验案例介绍岩土工程问题分析中常用的数值模拟实验方法.通过对传统分析方法与数值分析方法的对比分析,总结数值模拟实验的特点及适用范围.参数的选择和对比是目前数值模拟实验在实际应用中遇到的主要问题,针对上述问题提出了多种数值模拟方法综合应用的解决思路.数值模拟实验在与地质力学模型实验及现场工程结合验证方面有广泛的应用前景,是解决岩土工程问题的有效工具.

从数值模拟实验的基本原理和典型实验案例介绍岩土工程问题分析中常用的数值模拟实验方法.通过对传统分析方法与数值分析方法的对比分析,总结数值模拟实验的特点及适用范围.参数的选择和对比是目前数值模拟实验在实际应用中遇到的主要问题,针对上述问题提出了多种数值模拟方法综合应用的解决思路.数值模拟实验在与地质力学模型实验及现场工程结合验证方面有广泛的应用前景,是解决岩土工程问题的有效工具.

栅格翼是采用一种蜂房结构设计的升力面和控制面,和传统舵面相比具有铰链力矩小、能在较大攻角下保持升力等特点,并得到了越来越广泛的应用。由于栅格尾翼的特殊结构,网格生成具有很大的难度。本文采用了结构、非结构混合网格的办法,在弹体和栅格翼的物面附近区域,生成适合粘性计算的大长宽比的结构网格,弹体网格和栅格翼网格之间采用非结构网格进行填充,满足非结构网格和结构网格交接面的完全对接。本文基于结构/非结构网格体系采用有限体积方法求解ns方程,对不同舵偏角下的栅格翼构形进行了数值模拟,并通过实验结果对数值方法进行了验证。

随着计算机技术的发展,数值模拟方法已经成为解决岩土工程难题和进行岩土相关科研的一种不可或缺的手段。因此,数值模拟已逐渐发展成为研究生和高年级本科生的一门必修课程。本文首先分析了数值模拟的特点以及在岩土工程实践和科研中重要性,总结了当前数值模拟教学存在的问题,针对该问题提出了一种\"目标+问题+启发\"式的教学方法,最后以通用离散元软件(udec)教学为例,阐明了本文所提教学方法的实施途径。

土工网格是在土工格栅平面结构的基础上发展起来的三维加固系统。自８０年代法国研制开发以来至９０年代美国军工用于沙漠风暴中的公路、机场路施工，短短十余年时间，在世界各地均有不同程度的应用。我国在塔克拉玛干沙漠腹地进行首次应用，取得了明显的经济及社会效益。

无网格法是一种新兴的数值计算方法,具有独特的性质。简述了无网格法的理论基础及其所具有的优势,详细介绍了几种常用的无网格算法,并以移动最小二乘近似法为重点,对无网格法中的形函数构造作了详细论述。最后,分析了无网格法在小尺度封闭空间声场数值计算中的应用。

为了解决流固耦合问题中的物体大幅度运动带来的困难,采用ale(arbitrarylagrange-euler)动网格方法跟踪自由表面上浮体的运动。计算表明:浮体在无粘流体中的垂荡与弹簧-物体的振动模型理论解符合得较好;浮体在粘性流体中的自由横摇为阻尼运动,其横摇角度随时间的增加而减小,且在不同初始角度下运动系统的固有周期相当。在有外力力矩激励时,外力力矩的周期与系统的固有周期相当时浮体横摇运动趋于共振状态,运动幅度最大。计算结果验证了计算程序的可靠性与精度。本文方法为ale方法应用于流体-多浮体耦合运动分析奠定了基础。

提出了一种基于颗粒接触的无网格方法（pcmm）,并编制了相应的c＋＋程序,解决了有限元等网格类方法在模拟边坡失稳滑动过程中的网格畸变问题。该方法利用颗粒离散元中的接触拓扑创建连续介质单元,通过颗粒的运动演化实现连续介质单元的自动删除及重建,通过在连续介质单元中引入考虑应变软化效应的mohr-coulomb模型及最大拉应力模型,实现边坡的弹塑性分析及失稳滑移过程的模拟。利用pcmm分析了均质边坡的弹塑性场、沙堆的形成过程及土质边坡的失稳过程。计算结果表明,pcmm在小变形下具有足够的精度,且在模拟材料大变形方面具有明显优势,是一种模拟边坡成灾范围的有效方法。

在结构焊接数值模拟中,运用热弹塑性有限元方法进行分析的主要问题是计算时间长、内存需求大。由于热影响区具有高度的非线性特征,温度、应力应变梯度较大,单元应当划分得很细;而远离焊缝的绝大部分区域仍然处于线弹性状态,单元可划分得相对较粗。这样就可对焊接构件不断进行网格重新划分,使细密的网格随着热源一起移动,从而减少计算的规模。研究了三维六面体网格重划分技术,进行不同网格之间的变量映射,实现模型网格重划分前后分析步的衔接。对平板和圆管的焊接分别进行了网格重划分和完整网格模型条件下的数值模拟,提取了焊接温度、焊接变形和残余应力。结果表明,网格重划分技术在保证计算精度的前提下,提高约30%的计算效率。

简要介绍了sa算法的形成、优点、应用范围等基本情况,具体阐述了sa算法在岩土工程中应用的理论基础,结合具体实例探讨了sa算法在岩土工程相关学科中的应用及研究成果,并得出了有益的结论和提出相关建议,以指导实践。

针对有限元法等传统数值计算方法存在受单元网格限制、前后处理工作复杂的问题,提出应用一种数值计算方法——无网格伽辽金法,对具有简单边界条件的水利水电工程施工导流的恒定二维浅水流动问题进行了分析、计算.同时利用有限元法进行了对比计算,从流速、水位的计算结果来看,两种计算方法结果相近、误差较小,表明采用无网格伽辽金法解决此类问题是可行的.