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管道爆炸对同沟邻管的冲击效应及防爆墙抗爆性能 被引量:8
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作者 姚安林 田晓建 +3 位作者 徐涛龙 高山 蒋宏业 李又绿 《石油学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期753-761,共9页
针对干线天然气管道物理爆破对同沟并行邻管的潜在危害,通过探讨任意拉格朗日-欧拉法(ALE)、光滑粒子流体动力学与有限单元耦合法(SPH-FEM)和爆腔内壁施加压力时程法(BC)开展管道爆炸模拟的可行性,优选SPH-FEM耦合法建立埋地并行输气管... 针对干线天然气管道物理爆破对同沟并行邻管的潜在危害,通过探讨任意拉格朗日-欧拉法(ALE)、光滑粒子流体动力学与有限单元耦合法(SPH-FEM)和爆腔内壁施加压力时程法(BC)开展管道爆炸模拟的可行性,优选SPH-FEM耦合法建立埋地并行输气管道爆炸耦合模型,通过分析不同起爆位置下炸药量对同沟并行邻管的冲击行为,提出降低并行管道风险的抗爆隔爆措施。研究结果表明:药包起爆位置对并行邻管的危害较大,迎爆点为动力响应的最热点;建立的防爆墙可有效削减并行管道的失效风险,防爆墙深度对管体的应力风险削减较大,对振速的屏蔽能力较弱;防爆墙材质强度越高,管体的风险水平越低。 展开更多
关键词 并行输气管道 全尺寸爆破 sph-fem耦合法 动力响应 抗爆隔爆
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SPH-FEM耦合方法在弹丸膛内运动中的应用 被引量:11
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作者 孙玉杰 崔青春 +2 位作者 丁宏民 徐坚 郭俊行 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2019年第8期166-172,187,共8页
大口径火炮弹丸膛内运动是个高度非线性冲击动力学过程,采用有限元(FEM)与光滑粒子(SPH)耦合方法,结合SPH方法处理大变形能力和FEM计算效率高的互补优势,对大变形的弹带采用光滑粒子离散,发射系统的其它结构采用有限元模拟,综合考虑弹... 大口径火炮弹丸膛内运动是个高度非线性冲击动力学过程,采用有限元(FEM)与光滑粒子(SPH)耦合方法,结合SPH方法处理大变形能力和FEM计算效率高的互补优势,对大变形的弹带采用光滑粒子离散,发射系统的其它结构采用有限元模拟,综合考虑弹带材料的动态力学性能及损伤行为,弹带与身管内膛摩擦界面特性及火药燃气的波尔登效应,建立了较为全面的火炮发射动力学模型,成功模拟出弹丸挤进过程和随后直膛运动。通过与任意的拉格朗日-欧拉自适应网格(ALE)仿真结果相比验证了该方法的优越性,通过对比仿真结果与试验数据验证了其有效性,获得了弹丸膛内运动过程中弹带温度、炮口振动和弹丸运动姿态的变化规律,为火炮弹炮匹配设计及精度设计提供了参考。 展开更多
关键词 膛内运动 sph-fem耦合方法 弹炮耦合 波尔登效应 炮口振动 运动姿态
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基于SPH-FEM耦合法的含缺陷输气管道爆炸冲击响应研究 被引量:10
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作者 田晓建 姚安林 +2 位作者 徐涛龙 蒋宏业 李又绿 《中国安全生产科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2018年第9期55-62,共8页
针对大口径埋地输气管道发生物理爆炸对并行含体积缺陷邻管的冲击行为,利用LS-DYNA和LS-PREPOST有限元软件建立基于光滑粒子流体动力学-有限单元法的管-土-炸药耦合模型,分析不同缺陷深度、不同缺陷表面积、不同缺陷位置和不同爆心距下... 针对大口径埋地输气管道发生物理爆炸对并行含体积缺陷邻管的冲击行为,利用LS-DYNA和LS-PREPOST有限元软件建立基于光滑粒子流体动力学-有限单元法的管-土-炸药耦合模型,分析不同缺陷深度、不同缺陷表面积、不同缺陷位置和不同爆心距下邻管的动力响应;基于爆腔预估公式和峰值振速经验公式,验证了所建耦合模型的可靠性,并通过设计算例开展多工况分析。研究结果表明:迎爆面上的缺陷处为动力响应的热点区域,最大响应特征值(应力、位移与振速)位于缺陷中心处,随缺陷深度的增加或管间距的减小特征值增速由平缓到急剧;相比缺陷位置和表面尺寸对管道的扰动程度,缺陷深度和爆心距对管道的动力响应影响较大;在本研究的条件下,建议埋地并行输气管道的安全间距不应小于5.16 m,且腐蚀深度不大于管道壁厚的0.633 6倍。研究结果可为埋地输气管道极端灾害下的风险评估提供技术支撑,为并行管道可能的抗爆隔爆设计提供模拟数据支持。 展开更多
关键词 并行输气管道 管道物理爆炸 点蚀缺陷 sph-fem耦合法 爆心距
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基于SPH/FEM方法的浅水冲击喷溅及其抑制结构研究 被引量:5
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作者 任选其 徐绯 +1 位作者 张显鹏 杨扬 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第6期769-776,共8页
物体浅水冲击会造成结构响应和自由液面的剧烈喷溅,以往的研究多集中在物体受水的冲击响应方面,而对浅水层受物体冲击引起的剧烈喷溅问题及其喷溅抑制结构的相关研究很少。本文基于SPH/FEM耦合方法对浅水冲击的液体喷溅特性开展研究。首... 物体浅水冲击会造成结构响应和自由液面的剧烈喷溅,以往的研究多集中在物体受水的冲击响应方面,而对浅水层受物体冲击引起的剧烈喷溅问题及其喷溅抑制结构的相关研究很少。本文基于SPH/FEM耦合方法对浅水冲击的液体喷溅特性开展研究。首先,计算了刚性长方体结构的冲击喷溅,与文献中准二维溅水试验结果进行了比较,将浅水喷溅分为初始喷溅、二次喷溅和底部射流三部分。分别研究了各部分喷溅的形成机理,指出二次喷溅由结构对水层的挤压和底部射流的能量传递共同引起,并分析了水深对二次喷溅的影响规律。其次,对喷溅抑制结构的机理做了数值研究,发现拱形翻边构型可以抑制初始喷溅,但不能有效降低二次喷溅。最后,提出了一种带凹槽和阻水边条的新型翻边构型,对二次喷溅具有更好的抑制效果。 展开更多
关键词 sph/fem方法 喷溅 浅水 抑制结构 翻边
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椭圆双极线性聚能水压爆破数值分析及应用 被引量:5
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作者 吴波 李华隆 +3 位作者 蒙国往 徐世祥 张景龙 崔耀中 《铁道工程学报》 EI 北大核心 2022年第3期87-93,共7页
研究目的:为减少爆破活动对隧道施工环境的影响,降低爆破过程中产生的粉尘浓度,同时增强对开挖区的爆破作用,经常会采用聚能水压控制爆破的爆破施工方式。为对椭圆双极线性聚能水压爆破荷载演化过程进行模拟和验证,本文依托金井铁路隧... 研究目的:为减少爆破活动对隧道施工环境的影响,降低爆破过程中产生的粉尘浓度,同时增强对开挖区的爆破作用,经常会采用聚能水压控制爆破的爆破施工方式。为对椭圆双极线性聚能水压爆破荷载演化过程进行模拟和验证,本文依托金井铁路隧道现场工程试验和数值模拟的方法,分析聚能水压控制爆破作用机理及损伤演化过程。研究结论:(1)在椭圆双极线性聚能定向爆破作用下,炮孔附近的裂纹发展具有一定的趋向性,在增强聚能方向裂纹拓展的同时抑制了其他方向裂纹的发展;在炮孔中加入水介质,能够增强爆破效果;(2)对比三种聚能水压爆破结构形式,上部水压力聚能爆破结构造成的损伤主要集中于孔口附近,下部水压力聚能爆破结构对孔底产生的损伤较大,而两端水压力聚能爆破结构产生的损伤区域整体均匀,脱落下来的碎石破碎程度较高,且水介质能够中和爆破过程中产生的粉尘;(3)综上所述,将两端水压力聚能水压控制爆破结构应用于隧道施工建设能够取得最佳的爆破效果。 展开更多
关键词 聚能水压 隧道爆破 数值模拟 损伤 sph-fem耦合方法
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考虑强度速率衰减效应的地震滑坡SPH-FEM模拟
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作者 魏星 程世涛 +1 位作者 谢相焱 陈睿 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期1753-1761,共9页
基于SPH和FEM耦合的数值计算方法,引入滑动面摩擦强度的速率衰减模型,提出了一种能够模拟地震诱发滑坡破坏过程的数值模拟方法。基于所提数值方法模拟了唐家山地震滑坡,模拟结果与现场勘查结果及室内试验现象较为一致。基于模拟的滑动... 基于SPH和FEM耦合的数值计算方法,引入滑动面摩擦强度的速率衰减模型,提出了一种能够模拟地震诱发滑坡破坏过程的数值模拟方法。基于所提数值方法模拟了唐家山地震滑坡,模拟结果与现场勘查结果及室内试验现象较为一致。基于模拟的滑动面上摩擦系数的演化过程,将唐家山滑坡的发生分为4个阶段:启动阶段、摩擦衰减阶段、低摩擦滑移阶段和逐步稳定阶段。模拟结果表明速度增加和摩擦强度衰减的相互促进,是触发滑体的高速运动的根本原因。提出采用滑体上作用的动摩擦力fd和动下滑力Td的比值R作为判别指标用于判断大型滑坡的启动,当首次出现R小于1时认为滑动面发生整体贯通并出现失稳启动。基于滑动面不同位置摩擦系数的演化,揭示了滑坡启动中滑动面摩擦强度衰减和滑动面的渐进贯通过程,解释了地震作用与滑动面摩擦参数速率衰减效应共同作用触发大型滑坡发生破坏的内在机理。 展开更多
关键词 大型滑坡 滑动面 摩擦强度 速度衰减效应 sph-fem耦合方法
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超声空化辅助金刚石线锯切割单晶硅机理分析与试验验证
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作者 王艳 何顺 +3 位作者 陈奕璋 姜晨 钱兆峰 陈浩毅 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期114-126,共13页
金刚石线锯切割单晶硅片作为半导体制造技术中的关键一步,切片质量直接影响着芯片制造的质量和成本。提出了一种超声空化辅助金刚石线锯切割单晶硅片的方法,利用空化气泡溃灭产生的微射流和水锤压力,达到加速切屑的排出,减小锯切力,改... 金刚石线锯切割单晶硅片作为半导体制造技术中的关键一步,切片质量直接影响着芯片制造的质量和成本。提出了一种超声空化辅助金刚石线锯切割单晶硅片的方法,利用空化气泡溃灭产生的微射流和水锤压力,达到加速切屑的排出,减小锯切力,改善线锯的锯切性能,降低工件表面粗糙度的目的。基于Rayleigh方程,推导了加工区的气泡动力学方程。采用SPH-FEM耦合方法,使用ABAQUS软件建立了近壁面微射流冲击的三维流固耦合模型并进行仿真分析。微射流产生水锤压力峰值的仿真数值与理论数值最大误差为9.67%,验证了理论结果及仿真模型的可靠性。进行了超声空化辅助金刚石线锯切割单晶硅试验。结果表明:超声空化辅助线锯锯切力比传统线锯锯切力降低11.9%~34.5%,超声空化辅助线锯切割加工后的工件表面粗糙度值下降5.03%~37.25%,工件表面的凹坑数量和大小均降低,表面形貌得到很大改善,表明超声空化辅助线锯切割单晶硅可以获得更好的加工质量。 展开更多
关键词 金刚石线锯 超声空化 sph-fem耦合方法 水锤压力
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Q235钢与304不锈钢多层爆炸焊接的数值模拟研究 被引量:3
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作者 缪广红 胡昱 +6 位作者 杨礼澳 艾九英 祁俊翔 马秋月 孙志皓 马宏昊 沈兆武 《兵器装备工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期220-226,共7页
利用SPH-FEM耦合算法及SPH算法对Q235钢与304不锈钢多层爆炸焊接实验分别进行了三维与二维数值模拟,旨在研究多层爆炸焊接过程中动态参数分布情况及结合质量。理论计算了三维模拟中复板的碰撞压力峰值并与模拟结果进行了对比,在此基础... 利用SPH-FEM耦合算法及SPH算法对Q235钢与304不锈钢多层爆炸焊接实验分别进行了三维与二维数值模拟,旨在研究多层爆炸焊接过程中动态参数分布情况及结合质量。理论计算了三维模拟中复板的碰撞压力峰值并与模拟结果进行了对比,在此基础上利用振动波及爆轰波的传播规律解释了复板压力分布特性。通过二维模拟获得了基复板波状结合界面,与实验所得波形较为吻合,验证了多层爆炸焊接实验中基复板的结合质量。模拟结果显示了相较于单层爆炸焊接,多层爆炸焊接理论上能够节省近68%的炸药量,有效节约了生产成本。 展开更多
关键词 sph-fem耦合 数值模拟 多层爆炸焊接 动态参数
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基于不同算法的Ti/SS316爆炸焊接数值模拟研究
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作者 缪广红 朱志强 +4 位作者 周大鹏 刘自伟 陈龙 张旭 楚翔宇 《精密成形工程》 北大核心 2024年第4期53-60,共8页
目的研究不同基复板间隙对爆炸焊接质量的影响,对钛(Ti)/不锈钢(SS316)的爆炸焊接过程进行数值模拟研究。方法利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,结合光滑粒子流体动力学-有限元耦合法(SPH-FEM耦合算法)和拉格朗日-欧拉耦合法(ALE算法),对钛(... 目的研究不同基复板间隙对爆炸焊接质量的影响,对钛(Ti)/不锈钢(SS316)的爆炸焊接过程进行数值模拟研究。方法利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,结合光滑粒子流体动力学-有限元耦合法(SPH-FEM耦合算法)和拉格朗日-欧拉耦合法(ALE算法),对钛(Ti)/不锈钢(SS316)爆炸焊接过程进行三维数值模拟,通过不同算法得到不同基复板间隙下的碰撞速度、碰撞压力及碰撞角,并将模拟结果与试验及理论计算结果进行对比。结果当间隙为5、10、15 mm时,SPH-FEM耦合算法和ALE算法的复板碰撞速度均落在爆炸焊接窗口内,表明纯钛(Ti)和不锈钢(SS316)均能成功实现焊接,没有脱落与鼓包。与SPH-FEM耦合算法相比,ALE算法下的碰撞速度、碰撞压力和碰撞角的模拟结果和理论计算结果更加吻合,可信度更高。结论ALE算法的模拟结果与试验结果吻合,且与理论计算结果的误差更小,表明ALE算法用于纯钛(Ti)和不锈钢(SS316)爆炸焊接是有效的。 展开更多
关键词 爆炸焊接 数值模拟 sph-fem耦合法 ALE算法 间隙
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Numerical Simulation of the Seismic Response of a Horizontal Storage Tank Based on a SPH-FEM Coupling Method
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作者 Peilei Yan Endong Guo +1 位作者 HouliWu Liangchao Zhang 《Computer Modeling in Engineering & Sciences》 SCIE EI 2024年第5期1655-1678,共24页
A coupled numerical calculation method combining smooth particle hydrodynamics(SPH)and the finite element method(FEM)was implemented to investigate the seismic response of horizontal storage tanks.Anumericalmodel of a... A coupled numerical calculation method combining smooth particle hydrodynamics(SPH)and the finite element method(FEM)was implemented to investigate the seismic response of horizontal storage tanks.Anumericalmodel of a horizontal storage tank featuring a free liquid surface under seismic action was constructed using the SPH–FEM coupling method.The stored liquid was discretized using SPH particles,while the tank and supports were discretized using the FEM.The interaction between the stored liquid and the tank was simulated by using the meshless particle contact method.Then,the numerical simulation results were compared and analyzed against seismic simulation shaking table test data to validate the method.Subsequently,a series of numerical models,considering different liquid storage volumes and seismic effects,were constructed to obtain time history data of base shear and top center displacement,which revealed the seismic performance of horizontal storage tanks.Numerical simulation results and experimental data showed good agreement,with an error rate of less than 18.85%.And this conformity signifies the rationality of the SPH-FEM coupling method.The base shear and top center displacement values obtained by the coupled SPH-FEM method were only 53.3% to 69.1% of those calculated by the equivalent mass method employed in the current code.As the stored liquid volume increased,the seismic response of the horizontal storage tank exhibited a gradual upward trend,with the seismic response increasing from 73% to 388% for every 35% increase in stored liquid volume.The maximum von Mises stress of the tank and the supports remained below the steel yield strength during the earthquake.The coupled SPH-FEM method holds certain advantages in studying the seismic problems of tanks with complex structural forms,particularly due to the representation of the flow field distribution during earthquakes by involving reservoir fluid participation. 展开更多
关键词 sph-fem coupling method horizontal storage tank seismic response SLOSHING
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基于SPH-FEM耦合方法的柔性导爆索分离装置爆炸分离过程数值模拟 被引量:1
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作者 史腾达 陈福振 +1 位作者 严红 刘虎 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第11期37-50,共14页
为深入研究柔性导爆索在爆炸分离装置中的作用过程和机理,提出一种改进的光滑粒子流体动力学方法(smoothed particle hydrodynamics,SPH)与有限单元法(finite element method,FEM)耦合算法。新方法中不仅包含导爆索模拟的SPH方法与分离... 为深入研究柔性导爆索在爆炸分离装置中的作用过程和机理,提出一种改进的光滑粒子流体动力学方法(smoothed particle hydrodynamics,SPH)与有限单元法(finite element method,FEM)耦合算法。新方法中不仅包含导爆索模拟的SPH方法与分离装置模拟的FEM方法之间的接触算法,同时将完全损伤失效后的单元采用转化算法动态转化成SPH粒子继续参与计算,转化后的粒子与未转化的有限单元之间采用接触算法计算。采用该方法对环型和平板型两种爆炸分离结构的分离过程进行了数值模拟,验证了新方法的准确性与问题适用性;分析了分离板的变形断裂及损伤碎片的飞溅过程,得到了分离装置表面不同时刻的应力分布、损伤因子的变化趋势、von Mises应力的变化趋势;探讨了炸药在不同比内能情况下单元的屈服损伤速度、碎片的飞溅位移速度。 展开更多
关键词 柔性导爆索 爆炸分离 sph-fem 耦合方法 屈服损伤
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高强弹体侵彻白麻花岗岩靶体的数值模拟研究
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作者 黄进 刘科伟 靳绍虎 《黄金科学技术》 CSCD 2021年第3期411-420,共10页
为了研究白麻花岗岩在高强度弹体中高速侵彻条件下的力学损伤响应,运用显式动力学有限元分析软件LS-DYNA,应用经SHPB试验验证的HJC材料模型,开展了弹头形状系数为3、直径为ϕ20 mm、长径比为6的刚性弹体以不同初速度侵彻白麻花岗岩靶体... 为了研究白麻花岗岩在高强度弹体中高速侵彻条件下的力学损伤响应,运用显式动力学有限元分析软件LS-DYNA,应用经SHPB试验验证的HJC材料模型,开展了弹头形状系数为3、直径为ϕ20 mm、长径比为6的刚性弹体以不同初速度侵彻白麻花岗岩靶体的一系列数值模拟研究。同时,针对传统有限元方法难以解决材料大变形导致的网格畸变等问题,采用SPH-FEM耦合方法对靶体进行建模。通过改变弹体配置,研究了不同弹头形状对弹体侵彻性能的影响。模拟结果表明:SPH-FEM方法可以有效模拟岩石靶体受高速冲击的力学损伤响应。由不同撞击速度与侵彻深度的关系得到了有关白麻花岗岩侵彻深度的经验公式,其中侵彻深度与撞击速度呈正比,经验公式可用于相似强度岩体的侵彻深度预测。当初速度为50,100,150,200,250,300 m/s时,平头弹侵彻深度分别为卵形弹侵彻深度的16.7%、27.8%、35.1%、32.1%、36.1%和40.5%,平头弹的侵彻性能远低于卵形弹,且侵彻损伤区域较小。 展开更多
关键词 岩石力学 数值模拟 力学损伤 侵彻性能 经验公式 sph-fem耦合方法
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