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相似文献
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1.
陈勋 《探矿工程》2010,37(6):01-03
摆线型大位移井轨道由“直井段—圆弧井段—摆线井段—稳斜井段”构成,与其他类型的大位移井轨道相比,摆线型大位移井具有最小的或很小的摩阻和摩阻力矩。摆线型大位移井轨道设计问题归结为求解一个二元方程组,当未知设计参数为摆线井段初始井斜角或稳斜井段井斜角时,该方程组为非线性方程组,没有解析解。通过数学变换和化简,得到了等价的三角函数方程,根据区间搜索和二分法提出了求该三角函数方程近似解的数值迭代算法。算例表明,该算法具有很好的迭代稳定性,计算精度高、速度快。新算法可用于大位移井轨道设计的计算机软件开发,对于提高软件的适用性和稳定性具有较大的帮助。  相似文献   

2.
二维圆弧型井眼轨道设计问题的通解   总被引:2,自引:0,他引:2       下载免费PDF全文
二维圆弧型井眼轨道是常规定向井、水平井轨道设计优先考虑的剖面类型,应用比较广泛。但是由于井段组合形式很多,并且对于同一种井段组合还有很多种未知数求解组合,推导每种井段组合和求解组合情况下的解的计算公式的工作非常繁重和复杂。研究了任意井段组合和任意求解组合的通解问题,发现井眼轨道设计问题的约束方程组可以化归成线性代数方程组或者4种典型方程组之一;得到了4种典型方程组的实数解的计算公式,并给出了有实数解的判别条件。对于二维圆弧型井眼轨道设计问题的基础理论研究和计算机软件开发都有重要的意义。  相似文献   

3.
鲁港  夏泊洢 《探矿工程》2012,39(6):23-26
考虑方位漂移因素的设计约束方程组是一个具有3个独立未知数、多个隐含未知数的非线性方程组,需要使用数值迭代法才能求出其数值解。给出了解析形式的垂深增量公式,利用约束方程组中的垂深方程,将3个独立未知数中的一个未知数表示成其他2个未知数的函数,并用之对设计约束方程组进行降维处理。剖析了隐含未知数的计算细节,给出了隐含未知数的递推算法。提出了降维后的约束方程组的数值求解算法——缩半网格法,该算法可以快速、可靠地求出设计问题的数值解,适用于在开发计算机软件时编程实现。  相似文献   

4.
胡向东  陈锦  汪洋  李伟平 《岩土力学》2013,34(3):874-880
人工地层冻结技术被广泛应用于地下工程施工中。冻结温度场的计算是人工冻结法理论研究的基础,也是冻结施工设计的重要依据。人工地层冻结施工常使用环形单圈冻结管冻结,而至今尚无关于其温度场的解析解。基于水-热异类相似原理,根据传热过程与地下水流动相似的特点,利用保角映射、汇源反映和势函数叠加原理,类比推导了环形单圈冻结管稳态温度场解析解,并用热学数值模拟方法加以验证,同时提出了简化的解析公式。结果表明,解析解计算结果与数值模拟结果较吻合,其简化公式得到的结果与原解析公式基本一致。在解析公式的基础上,经过简化,反推得到外部冻结壁厚度公式。解析解、简化公式以及厚度公式可为环形单圈冻结施工与设计提供理论的依据与指导。  相似文献   

5.
基于Zienkiewicz提出的非饱和多孔介质波动理论,考虑两相流体和固体颗粒的压缩性以及惯性、黏滞和机械耦合作用,采用半解析的方法获得了一类典型边界条件下单层非饱和多孔介质一维瞬态响应解。首先推导出无量纲化后以位移表示的控制方程,并将其写成矩阵形式;然后,将边界条件齐次化,求解控制方程所对应的特征值问题,得到了满足齐次边界条件的特征值和相对应的特征函数。根据变异系数法并利用特征函数的正交性,得到了一系列仅黏滞耦合的关于时间的二阶常微分方程及相应的初始条件。在此基础上,运用精细时程积分法给出了常微分方程组的数值解。最后,通过若干算例验证了结果的正确性并探讨了单层非饱和多孔介质一维瞬态动力响应的特点。该方法可推广应用于其他典型的边界条件。  相似文献   

6.
在基坑围护工程中,大量使用内支撑结构体系,在支撑体系中采用最多的是钢管支撑,因为其属于金属材料,温度变化对支撑结构的影响不容忽视。基于弹性热力学基本原理推导出空心圆筒热应力公式,同时考虑了围护墙的侧向水平位移,定量分析变温对基坑钢管支撑轴力影响,实测轴力值及数值解验证了计算公式的正确性。结果表明:解析解大于数值解,且解析解大于实测值,偏于保守,但差值不大可作为设计安全储备,便于工程师在今后设计过程中作为参考实例。  相似文献   

7.
一类断层效应反演问题的条件稳定性和数值算法   总被引:2,自引:2,他引:2  
考虑一类垂直断层效应反演问题,其数学模型是具有解析核的第一类积分方程。因其不适定性,获得它的稳定解非常困难。为获得其数值解,有必要先揭示它的条件稳定性。由积分方程方法、解析延拓方法和积分变换性质,获得了它的条件稳定性。基于条件稳定性设计了一种正则化算法,获得了近似解的误差估计。  相似文献   

8.
针对一维浅水方程组建立了考虑源项离散的Runge-Kutta间断有限元格式,该格式具有通量与源项的和谐性,可以用于求解任意非棱柱体明渠浅水流动问题。所建立的数值模式分别应用于复杂地形下非棱柱体明渠跨临界流浅水流动算例和水跃问题,模拟结果表明,数值解与解析解以及实测值吻合良好,数值格式具有捕捉间断问题中锐利波形的能力。  相似文献   

9.
许玲  鲁港  赵辉 《探矿工程》2008,35(5):1-4
圆柱螺线法是井眼轨迹计算中最常使用的方法之一,在实钻轨迹监控、中靶分析和预测、井身质量评价等实际问题中都有重要的应用.但是当井段2个端点的井斜角之差或者方位角之差等于零时,圆柱螺线法坐标计算公式需要进行特殊处理才能正常计算;在井斜角之差或者方位角之差很小时,坐标计算会出现较大误差.对圆柱螺线法坐标计算公式进行了改进,用一组计算公式统一处理井斜角之差或者方位角之差等于零和不等于零的情况,提高了坐标的数值计算的精度和稳定性.对圆柱螺线型井眼轨迹的平均井眼曲率的数值计算进行了研究,提出了使用高斯型数值积分公式计  相似文献   

10.
拟解析近似方法是一种求解积分方程的一种近似方法,它可以处理强散射或者大扰动的电磁散射问题,在计算过程中避免了传统微分数值方法解决问题时所遇到的大型矩阵或大型代数方程组的求解。孙建国[5]将其引入直流电场的积分方程中,并给出了求解异常电场积分方程的标量拟解析近似公式。在以前的研究中,已经验证了均匀场中异常球体的拟解析近似解的精度,这里对均匀场中的立方体异常体进行数值模拟,得到了直流电场中异常立方体模型的标量拟解析近似解。由于复杂地电模型可以用立方体的组合进行模拟,因此对立方体异常电场拟解析近似解的研究,为三维直流电场中复杂地电模型的快速正反演模拟打下了基础。  相似文献   

11.
This paper presents a semianalytical approach for solving first-order perturbation (FOP) equations, which are used to describe dissolution-timescale reactive infiltration instability (RII) problems in fluid-saturated rocks. The proposed approach contains two parts because the chemical dissolution reaction divides the whole problem domain into two subdomains. In the first part, the interface-condition substitution strategy is used to derive the analytical expressions of purely mathematical solutions for the FOP equations in the upstream subdomain, where the dissolution chemical reaction is ceased and the FOP equations are weakly coupled. In the second part, the finite element method (FEM) is used to derive the analytical expressions of numerical solutions for the FOP equations in the downstream subdomain, where the dissolution chemical reaction needs to be considered and the FOP equations are strongly coupled so that it is impossible to derive purely mathematical solutions for them. Particular attention is paid to the development of the element-by-element forward marching strategy, which is associated with the use of the FEM for solving this new kind of scientific problem. The related analytical results demonstrated that (1) both the dynamic characteristic of a reactive infiltration system and the dimensionless wavenumber can have pronounced influences on the distribution of the FOP dimensionless acid concentration within the entire domain of the dissolution-timescale RII problems in fluid-saturated rocks and (2) the FOP dimensionless acid concentration distribution exhibits two significantly different patterns in the upstream and downstream subdomains of the dissolution-timescale RII system.  相似文献   

12.
The mixed finite-element approximation to a second-order elliptic PDE results in a saddle-point problem and leads to an indefinite linear system of equations. The mixed system of equations can be transformed into coupled symmetric positive-definite matrix equations, or a Schur complement problem, using block Gauss elimination. A preconditioned conjugate-gradient algorithm is used for solving the Schur complement problem. The mixed finite-element method is closely related to the cell-centered finite difference scheme for solving second-order elliptic problems with variable coefficients. For the cell-centered finite difference scheme, a simple multigrid algorithm can be defined and used as a preconditioner. For distorted grids, an additional iteration is needed. Nested iteration with a multigrid preconditioned conjugate gradient inner iteration results in an effective numerical solution technique for the mixed system of linear equations arising from a discretization on distorted grids. Numerical results show that the preconditioned conjugate-gradient inner iteration is robust with respect to grid size and variability in the hydraulic conductivity tensor.  相似文献   

13.
采用剖开算子法,把二维输运问题剖分为两个子初值问题(对流分步、扩散分步)。在任意三角形网格中,分别对不同性质的算子采用各自适合的算法,即采用特征线法求解对流分步,采用半隐式有限元法求解扩散分步。重点探讨了对流插值问题,给出了一种完全对称三次插值模式,有效地减少了数值阻尼。为了克服高阶插值数值震荡问题,计算中保证了函数及其一阶偏导数连续。算例表明,数值方法模拟结果与精确解吻合较好。该算法在求解输运方程(包括纯对流输运方程)时,既能有效减少数值阻尼,也能保证计算中不出现数值震荡。  相似文献   

14.
在金属矿电法勘探或工程、水文电法勘探中,复杂的地形往往使有用异常面目皆非。因而,在用电测资料进行地质解释时,克服地形影响一直是重要问题之一。理论研究和大量野外实践都已充分征明,用比较法进行地形改正可在很大程度上削弱地形干扰,突出有用异常,从而有效地提高了电法勘探的地质效果。  相似文献   

15.
In this paper, a progressive asymptotic approach procedure is presented for solving the steady-state Horton–Rogers–Lapwood problem in a fluid-saturated porous medium. The Horton–Rogers–Lapwood problem possesses a bifurcation and, therefore, makes the direct use of conventional finite element methods difficult. Even if the Rayleigh number is high enough to drive the occurrence of natural convection in a fluid-saturated porous medium, the conventional methods will often produce a trivial non-convective solution. This difficulty can be overcome using the progressive asymptotic approach procedure associated with the finite element method. The method considers a series of modified Horton–Rogers–Lapwood problems in which gravity is assumed to tilt a small angle away from vertical. The main idea behind the progressive asymptotic approach procedure is that through solving a sequence of such modified problems with decreasing tilt, an accurate non-zero velocity solution to the Horton–Rogers–Lapwood problem can be obtained. This solution provides a very good initial prediction for the solution to the original Horton–Rogers–Lapwood problem so that the non-zero velocity solution can be successfully obtained when the tilted angle is set to zero. Comparison of numerical solutions with analytical ones to a benchmark problem of any rectangular geometry has demonstrated the usefulness of the present progressive asymptotic approach procedure. Finally, the procedure has been used to investigate the effect of basin shapes on natural convection of pore-fluid in a porous medium. © 1997 by John Wiley & Sons, Ltd.  相似文献   

16.
王哲  龚晓南  费守明 《岩土力学》2006,27(Z2):879-884
用解析方法研究了管桩在轴向力和水平向力(倾斜力)联合作用下的受力及变形性状。在高层建筑、桥梁工程、海洋工程、新型海堤护岸等工程中桩基自由长度上作用土压力、风荷载、波浪荷载等荷载型式,基桩经常在竖向、水平向荷载同时作用下工作。国内外学者通过大量试验和理论研究得出了计算竖向、水平向荷载下基桩内力和挠度的半经验公式以及张氏法公式。为了分析竖向、水平向荷载同时作用下自由荷载的作用,在现行m法假设的基础上,从弹性桩的挠曲微分方程出发,导出了任意自由荷载作用下桩任意截面的水平变位、倾角、弯矩、剪力和地基反力计算表达式。桩的挠曲微分方程是分段函数,包括地上部分和地下部分桩,相应的内力和变位求解也分为两段。最后通过一个算例分析了桩顶竖向荷载、桩顶水平力和自由荷载对桩身的受力性状各参数的影响。计算结果表明, 桩顶水平力对桩身最大弯矩和桩顶水平变位的影响最大,而桩周内外摩阻力及桩身自重对桩身受力性状影响较小。  相似文献   

17.
李纪伟  汪华斌  张玲 《岩土力学》2014,35(6):1795-1800
由于非饱和土的渗透系数是基质吸力的函数,使得控制方程带有强非线性的特征,进而使得控制方程的解析求解变得十分困难。同伦分析法对级数基函数和辅助线性算子的选择具有更大的自由性、灵活性,且收敛性的控制和调节更加容易实现,求解强非线性微分方程时在选择线性算子以及辅助参数上具有明显的优势。因此,针对非饱和土固结方程的非线性特征,对于处于地表浅层的非饱和土层,假设孔隙气压力为大气压力,在Richard经验公式与非饱和土一维固结理论的基础上,推导了非饱和一维固结无量纲控制方程;应用同伦分析法,通过选取适当的初始猜测解与辅助参数,将该非线性方程转换为线性的微分方程组并求解得到固结问题的级数解。此外,以压实高岭土为研究对象,在收集相关试验参数基础之上,将由同伦分析法求得的固结问题的近似解析解与有限差分法数值结果相对比,分析结果验证了解析解的正确性。  相似文献   

18.
Unsaturated flow problems in porous media often described by Richards’ equation are of great importance in many engineering applications. In this contribution, we propose a new numerical flow approach based on isogeometric analysis (IGA) for modeling the unsaturated flow problems. The non-uniform rational B-spline (NURBS) basis is utilized for spatial discretization whereas the stable implicit backward Euler method for time discretization. The nonlinear Richards’ equation is iteratively solved with the aid of the Newton–Raphson scheme. Owing to some desirable features of an efficient numerical flow approach, major advantages of the present formulation involve: (a) numerical oscillation at the wetting front can be avoided or facilitated, simply by using either an h-refinement or a lumped mass matrix technique; (b) higher-order exactness can be obtained due to the nature of the IGA features; (c) the approach is straightforward to implement and it does not need any transformation, e.g., Kirchhoff transformation or filter algorithm; and (d) in contrast to the Picard iteration scheme, which forms linear convergences, the proposed approach can however yield quadratic convergences by using the Newton–Raphson method for solving resultant nonlinear equations. Numerical model validation is analyzed by solving a three-dimensional unsaturated flow problem in soil, and its derived results are verified against analytical solutions. Numerical applications are then studied by considering three extensive examples with simple and complex configurations to further show the accuracy and applicability of the present IGA.  相似文献   

19.
对微分形式的热传导方程进行积分变换,将其转变成等价的积分形式的热传导方程式,然后应用渐近序列方法于非定常边界条件下存在相变的多年冻土活动层的温度计算中,提出新的多年冻土活动层温度解析近似计算公式.尽管渐近序列不是收敛的级数,但当级数变量趋向某个值时,只需取渐近序列前几项既可以获得某种极限条件下具有相当精度的近似解.计算模式采用随时间变化函数的非定常边界条件,改进了定常边值条件的冻土相变温度计算的Stefan公式,退化到定值条件下渐近解和Stefan公式有相同的计算结果.  相似文献   

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