波浪与多孔介质结构相互作用SPH模拟

应用经CSPM法和黎曼解修正后的光滑粒子流体动力学(SPH)方法,建立了主动吸收无反射数值波浪水槽,研究波浪作用下多孔介质结构的水动力特性。流体运动控制方程采用N-S方程,多孔渗水结构内流体的运动控制方程考虑渗流力的影响。数值计算结果给出了水槽内不同位置测点的波面历时曲线和越浪量随时间变化曲线,并同试验结果和Philip Liu的数值计算结果进行了比较。并对一个波浪周期内斜坡堤多孔介质结构内外的速度场和压力分布进行了讨论分析。计算分析表明,数值计算波面较Philip Liu的计算结果与试验结果吻合更好。说明应用SPH方法建立的二维数学模型能够较好地模拟破碎波在多孔渗水斜坡上的爬坡和越浪。     

冰与结构动力相互作用的理论分析模型

在过去20年中,北极地区不同型式近海结构均发生过严重的冰激振动.这些结构包括独腿灯塔(70年代的芬兰波兹尼亚湾)、多腿采油平台(1969、1977和1988～1990年我国渤海湾)以及大尺度的人工岛(1986年加拿大波弗特(Beauforts)海Molikpaq人工岛).这些振动在不同程度上造成了结构损坏或影响正常生产.因此,认识和抑制近海结构的冰激振动是一个迫切和现实的问题.基于研究者从不同角度观察的结果,解释这类振动的观点各不相同.     

孤立波与直墙式多孔介质结构相互作用数值分析

以连续性方程和雷诺平均方程为控制方程,用k-ε模型封闭方程组,采用VOF方法追踪自由面,建立了具有造波和消波功能的二维孤立波数值水槽。并基于改进的Darcy多孔介质模型研究了二维孤立波与直墙式多孔介质结构的相互作用问题。数值分析了孤立波与直墙式多孔结构相互作用引起的流场和波形变化特性,并与文献中的实验结果进行了比较,数值结果与实验结果吻合良好。     

有限元无限元接触单元耦合法在桶形基础结构与土壤相互作用分析 …

桶形基础受负压作用下沉时,基础与地基土体之间产生相互作用。为了合理地模拟２种不同材料之间的相互作用,将有限元、无限元、接触单元耦合的数值计算方法引入到桶形基础与土壤相互作用的强度分析中,并将用该方法得到的计算结果与模型试验比较。其中,接触单元考虑结构与土壤之间的错动滑移及拉裂;而无限元可有效地反映地基土体无限域的远场效应。     

桶型基础结构与土壤相互作用的有限元—无限元—接触元耦合线性分析

桶型基础是一种新型的海洋基础结构型式，在负压作用下的下沉过程中，桶型基础结构与地基产生了相互作用，考虑结构与土壤的相互作用的强度分析为桶型基础的设计提供依据，本文将有限元－无限地－接触元相耦合的线性数值分析方法引入桶型基础的结构与土壤之间的相互作用的强度分析，采用接触单元考虑结构与土壤之间的错动滑移及拉裂，采用无限元更有效地反映地基无限域的远场效应，还推导出三节点，七节点，八节点三种新形式的单向无限地坐标映射函数，应用该方法的计算结果与模型试验结果比较，取得较好的效果。     

结构海床耦合系统动力分析数值模型及考察

基于改进的哈丁模型建立了结构海床耦合系统的等效线性化动力分析模型。等效阻尼比是对土体进行等效线性化分析的重要组成,论文着重对土体阻尼对结构海床耦合系统的影响效应进行了考察。接触面分离力是运用滑动库仑摩擦模型进行接触面效应模拟的重要参数,在以前的工作基础上,文中提出了新的结构-海床接触面分离力模型并进行了考察,使其更符合实际情况     

有限元无限元接触单元耦合法在桶形基础结构与土壤相互作用分析中的应用

桶形基础受负压作用下沉时,基础与地基土体之间产生相互作用.为了合理地模拟2种不同材料之间的相互作用,将有限元、无限元、接触单元耦合的数值计算方法引入到桶形基础与土壤相互作用的强度分析中,并将用该方法得到的计算结果与模型试验比较.其中,接触单元考虑结构与土壤之间的错动滑移及拉裂;而无限元可有效地反映地基土体无限域的远场效应.     

二维浅水环流问题的一个有限元模型

许多学者早已把有限差分方法应用于二维浅水环流问题的计算上,其中有代表性的是Dronkers和Leendertse。这一方法存在着网格不能弯曲,适应性差和边界条件难于满足的缺点。 自1973年有限元方法开始应用于解二维浅水环流方程以来,为了能模拟准确和得到一个稳定的解,学者们研究了各式各样的数字模型,著名的有Norton和King,Wang     

波浪与大孔隙多孔介质相互作用的耦合数学模型

建立了波浪与大孔隙多孔介质相互作用的耦合数学模型,波浪域的控制方程为雷诺时均方程和k-ε紊流模型。对于计算域的入射波采用推板式造波,它可以是线性波、椭圆余弦波和孤立波。采用PLIC-VOF法追踪波浪自由表面。对于多孔介质内的孔隙流场采用非线性Forchheimer方程,两区域共享连续方程,最后导出的波浪域与孔隙流域的压力修正方程具有完全相同的形式,利用这个方程能够同时而不是分别求解波浪场和孔隙流场,避免了在内部边界上给定匹配条件,实现了波浪场与孔隙流场的同步耦合。波浪与粗颗粒海床、平底床面上抛石潜堤及斜坡上抛石潜堤相互作用的验证计算结果表明该模型可用于研究波浪与大孔隙多孔介质相互作用的问题。     

两相流模型在南海内孤立波与沙波相互作用中的应用

为研究内孤立波与沙波的相互作用,本文对基于OpenFOAM的SedWaveFoam求解器进行改进,建立了内孤立波-泥沙运动欧拉两相流模型。在利用试验资料对模型进行验证的基础上,在南海北部典型代表性条件下,模拟分析了500 m水深位置沙波床面上内孤立波作用下的水动力变化和泥沙运动。结果表明,内孤立波逐渐离开沙波时,海底沙波背流面处出现与内孤立波背景流速反向的流速,在内孤立波导致的流场作用下,沙波床面上的泥沙悬起并运动到床面以上的水体中。振幅100 m的内孤立波可以导致床面以上14 m高的位置处出现约0.07 kg/m³的悬沙浓度。     

珠江河口地形致动力结构研究——以崖门为例

局部地形对于河口动量和能量平衡有重要作用,影响了潮波性质和物质输运特性。选取珠江河口崖门这一典型的地貌单元,通过水尺和座底式支架的观测,对其特殊地形边界影响下的动力结构进行了探讨。结果表明:(1)过水面积的缩窄导致崖门口处形成局部高水位区,来流方向水位壅高,去流方向水位梯度增大;(2)忽略斜压作用的情况下,由水位梯度所产生的正压项是主要的动力项。沿河道方向的二维垂向平均动量平衡中,急流时刻主要是正压项和对流加速度项平衡,憩流时刻主要是正压项和局地加速度项平衡;(3)地形变化所产生的形态阻力比床面粗糙所产生的肤面阻力要大数倍到一个数量级。     

海洋平台结构动力响应优化设计与灵敏度分析

研究了海洋平台结构动力响应优化设计以结构动力响应的灵敏度计算方法。给出了结构稳态频率响应和瞬态时程响应的灵敏度分析算法，并通过数值试验讨论了瞬态响应灵敏度分析算法的精度和差分法中变量摄动量的影响。在JIFEX软件中实现了结构动力响应灵敏度计算，建立海洋平台结构优化模型和求解方法。数值算例表明了本文方法和程序的有效性。     

冰和直立结构相互作用的静冰力可靠性分析

我国渤海每年约有3个月的结冰期,冰与海洋结构的相互作用远较波浪为甚,因此有必要进行冰与海洋结构相互作用的可靠性分析.首先,采用热力学的方法根据每年实测的环境参数对海冰平整冰厚进行数值模拟计算,然后根据计算结果对不同重现期的极值冰厚采用极值统计法给出了极值分布,并与其他文献作比较.其次,以应变速率为海冰强度的主要影响参数,给出了海冰强度的概率分布.最后,以Schwarz公式为静冰力计算公式,结合得到的冰厚和冰强度的概率分布,采用映射变换法进行不同重现期静冰力的可靠度分析计算,并用蒙特卡罗重点抽样法进行模拟.     

长春市区地基土的动力性能及地震危害分析

在统计资料基础上,根据市区地基土的类型,对设防烈度在7度下土的动力性能作了探讨,在此基础上划分了场地类别。     

二维非结构三角网格节点的动力配置法

用Delaunay三角化法构造网格,需要事先配置好节点.文中给出1种新的节点配置方法,即动力配置法.其主要思路是设网格尺度函数已配置,根据尺度函数计算出所需的单元数和节点数.把这些节点随机配置在计算域内,节点之间存在斥力,力的大小与当地的尺度函数正相关.节点在力的作用下运动,达到平衡时节点从局部看是均匀的,从整体上依尺度函数分布.最后用Delaunay三角化法构造网格并适当修改.试验结果表明,该方法形成的网格从单元形状和尺度,对边界的拟合3个方面都能达到较高的质量.     

海冰与直立结构相互作用的破坏模式研究

海冰在结构前的破坏模式以及产生的冰载荷与结构尺度和海冰厚度密切相关。采用海冰离散元方法（DEM）模拟平整冰与直立结构相互作用过程中的海冰破坏模式及整体冰载荷。该离散元方法的计算参数通过与Norstr?msgrund灯塔的现场实测数据对比进行了可靠性验证。在此基础上,对不同宽厚比（结构宽度与海冰厚度的比值）工况下平整冰与直立结构作用过程中的海冰破坏模式和整体冰压力进行了离散元分析。模拟结果表明：当宽厚比＜10时,海冰破坏模式主要为挤压破坏;当10≤宽厚比＜30时,海冰混合破坏发生;当宽厚比≥30时,海冰屈曲破坏发生。从海冰断裂长度与平均冰压力两个方面进一步说明了海冰破坏模式的转变过程。最后,构建了直立结构极值冰压力计算公式。研究成果可为寒区直立结构的整体设计提供参考。     

基于优化设计理论的高桩码头结构振动有限元模型修正

高桩码头是码头建筑物中应用最广泛的结构形式,利用高桩码头物理模型振动测试结果对码头结构有限元模型的修正进行研究。以结构特征灵敏度分析为基础进行了基于优化理论的有限元模型修正。修正后的有限元模型动力特性更趋近于实测值,同时为高桩码头结构的动力响应分析、损伤诊断和整体性评估提供基准。     

钢悬链线立管触地点区域管土相互作用的有限元分析

由于钢悬链线立管具有非线性特性,而海床土体又是软黏土,因此钢悬链线立管触地区域的管土的相互作用十分复杂。根据国外相关试验数据,采用ANSYS中的非线性弹簧单元模拟海床土体,考虑海床土体刚度退化和土吸力对管道的作用,建立海底管道拟静力有限元计算模型,计算分析管道与海床土体的相互作用,并探讨管道触地点区域关键点在顶端升沉运动下弯矩的变化规律,为进一步研究SCR与海床的动力相互作用提供参考。     

波浪作用下重力式平台地基中孔隙水压力的实验研究与有限元分析

本文利用模拟波浪加载的模型试验,研究了重力式平台地基中孔隙水压力的变化规律,用考虑振动与固结耦合的分析方法对试验模型进行了有限元分析。计算结果与实测数值具有良好的一致性,可将分析方法推广到原型平台地基的分析计算中。     

平面波与圆柱群的相互作用分析

简要分析了水波与圆柱群的相互作用问题。导入柱间的相位关系,改进了文献[2]中的公式,并且证明在柱间互不连接条件下,解是存在的。数值结果与文献[2]的分析解以及文献[6]的数值解和实验数据有很好的一致性。