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相似文献
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1.
水利工程中混凝土重力坝在地震等作用下的三维破坏形式以及破坏过程对大坝安全影响重大。本文建立了固体材料的联合有限元-离散元(Combined Finite-Discrete Element)三维数学模型,并引入Single/Smeared断裂损伤模型,模拟混凝土材料的破坏。数学模型经验证后,用于地震作用下混凝土重力坝破坏的三维数值模拟,结果表明,联合有限元-离散元方法能够有效模拟坝体的破坏模式和破坏阈值条件,且具有将坝体连续变形与不连续断裂有机结合的优点。通过一系列数值模拟工况的对比,分析了模型网格分辨率对破坏条件、破坏模式以及程序计算效率的影响,研究结果能够为大坝的抗震设计提供有价值的参考。  相似文献   

2.
采用连续损伤力学中能量等效原理和有效应力概念,将混凝土强度降低、刚度劣化即损伤作为不可逆内变量张量,并考虑应变率效应和多轴应力状态,建立率相关弹塑性损伤模型.应力本构积分采用返回映射法,给出了有限元程序主要功能流程.对强地震作用下大岗山高拱坝损伤和破坏情况进行数值模拟,评价其强震后的安全性.结果显示,大坝在强震后总体损伤不大,结构安全性较好,但应注意抗震薄弱部位;同时大坝不同部位率响应明显不同,对混凝土力学性能影响不容忽视.  相似文献   

3.
离散元法在求解三维冲击动力学问题中的应用   总被引:8,自引:0,他引:8  
提出了三维连结型离散模型,建立了可实现连结型模型(用于连续介质)-接触型模型(用于非连续介质)转化的三维离散元计算程序,用来模拟连续介质转变为非连续介质的力学过程.利用该计算程序对冲击载荷下混凝土块体内(连续体情况下)的应力波传播过程进行了数值模拟.将计算结果的数值与LS-DYNA程序计算的结果进行比较,验证了该计算程序的计算精度.在此基础上,模拟了混凝土块体的动态破坏(连续介质向非连续介质转化)过程.其计算结果可用动画显示,得到的破坏形式与由实验得到的破坏形式相近.两个算例说明该离散元模型及其计算程序是模拟计算伴随有连续介质向非连续介质转变的动态破坏问题的有力工具.  相似文献   

4.
泥水平衡盾构机掘进并行数值模拟方法研究   总被引:1,自引:0,他引:1  
以某大型越江隧道工程为背景,建立该工程场地土层的大规模三维非线性数值模型。同时基于共享内存式并行计算平台(SMP),利用刚度迁移法,完成了泥水平衡盾构机逐步掘进百米长距离,并穿越大堤这一复杂力学过程的大规模数值模拟。为模拟泥水平衡盾构机掘进各施工阶段,不同施工因素之间的复杂力学作用关系,提出了对各施工因素模拟的简化方法。具体包括:开挖面泥水压力对前方土体的作用、盾构机机头的超挖、盾构机机身对土体的作用、盾尾注浆材料的时空变化特性、盾构机后方百米长拖车对已铺成隧道的作用等施工因素。通过对计算结果与工程试验段实测数据对比验证的基础上,预测了地表沉降在盾构机掘进过程中的变化规律。通过对SMP并行计算平台下盾构法施工数值模型之并行计算效率的对比研究,给出了各并行算法的加速比、计算效率以及接触模型对并行计算效率的影响关系。  相似文献   

5.
弹体贯穿钢筋混凝土数值模拟   总被引:13,自引:0,他引:13  
详细描述了依据损伤原理建立的连续损伤模型,并对该模型进行了改进。在LS DYNA程序用户自定义材料模型中加入改进的连续损伤模型,并对弹体侵彻钢筋混凝土的穿孔过程进行了数值模拟,其结果与实验结果相吻合,模型可以用于钢筋混凝土的动态破坏预报。  相似文献   

6.
本文应用有限元法模拟受拉含孔夏合材料层板损伤起始、累积直至破坏的过程。在模拟中引入了作者早些时建立的包含基体开裂层非对称约束影响的损伤本构关系,以及裂纹密度与损伤区应力关系函数等。本文给出损伤累积模拟方法并编制了程序,用该程序可以获得层板加载过程中各层的损伤状态、计算其刚度衰减和应力重分布以及最终破坏载荷。给出了数值模拟算例并与现有研究结果进行了比较。  相似文献   

7.
含圆孔复合材料层板在拉伸载荷下损伤破坏过程的模拟   总被引:4,自引:0,他引:4  
本文应用有限元法模拟受拉含孔复合材料层板损伤起始、累积直至破坏的过程。在模拟中引入了作者早些时建立的包含基体开裂层非对称约束影响的损伤本构关系,以及裂纹密度与损伤区应力关系函数等。本文给出损伤累积模拟方法并编制了程序,用该程序可以获得层板加载过程中各层的损伤状态、计算其刚度衰减和应力重分布以及最终破坏载荷。给出了数值模拟算例并与现有研究结果进行了比较。  相似文献   

8.
混凝土三维细观接触面模型数值模拟与CT试验验证   总被引:1,自引:0,他引:1  
对混凝土三维随机骨料模型进行了改进,在骨料和砂浆之间加入了"面-面接触单元"模拟两者的接触特性,编制了相应的命令程序,称新模型为混凝土接触面模型.采用双折线损伤演化模型进行计算,对数值模拟结果进行了分析研究.从混凝土破坏过程图和荷载-位移曲线图两方面与CT试验结果进行了比较,表明试件破坏时裂纹的萌生、扩展过程与CT试验...  相似文献   

9.
爆炸与冲击问题的大规模高精度计算   总被引:1,自引:0,他引:1  
爆炸与冲击问题的数值模拟在国防和民用安全领域具有重要的工程实用价值.由于爆炸与冲击问题是一个多物质在高应变率、高温及高压条件下的强非线性的瞬态动力学问题,给数值模拟带来了很多的困难,为此,针对爆炸与冲击问题数值模拟中的一些关键和难点问题开展了研究.提出了三维非线性双曲守恒系统的伪弧长自适应网格算法,分析了算法的实现过程,数值结果表明该算法有效地提高了冲击波强间断处的分辨率.发展了针对气相爆轰数值模拟的附加龙格-库塔方法,对非线性对流项进行显示计算,化学反应源项进行半隐式计算,有效地解决了源项引起的刚性问题,计算结果表明该算法可以准确地捕捉和描述爆轰波的复杂结构和典型特征.针对三维工程实际物理问题中的大规模计算需求,给出了三维多物质流体动力学欧拉数值方法的并行化方法,开发了三维爆炸与冲击问题并行计算程序,并给出了针对该并行程序的测试方法.上述工作有利地解决了爆炸与冲击问题大规模、高精度计算中的一些难题.最后,开展了大口径聚能射流侵彻混凝土靶问题的数值模拟和实验研究,通过典型爆炸与冲击工程问题的计算验证了所研究数值方法的有效性.  相似文献   

10.
吴愧  杨国标 《力学季刊》2007,28(1):170-174
基于对混凝土细观力学的认识,假定混凝土是由砂浆基质,骨料及它们之间的界面组成的三相复合材料,各组分的材料性质按照某个给定的Weibull分布来赋值,细观单元满足弹性损伤的本构关系,应用细观力学损伤模型研究了混凝土的宏观力学性质,并且通过有限元程序对中心裂缝混凝土试件在单向拉伸情况下的破坏过程进行了数值模拟.模拟结果表明,该模型可以用来研究单向载荷作用下混凝土结构的破坏机理.  相似文献   

11.
考虑混凝土应变率变化的高拱坝非线性动力响应研究   总被引:3,自引:0,他引:3  
提出一种新的应变率相关的混凝土非线性弹塑性损伤模型。采用此模型对混凝土拱坝的非线性地震响应作了分析。在综合考虑坝-地基-库水动力相互作用和坝缝非线性接触的基础上,着重研究了混凝土应交率相关效应及加载历史对混凝土极限强度等重要参数及拱坝响应的影响,并与采用不考虑应交率影响的混凝土损伤模型计算结果进行了对比分析。结果表明,拱坝考虑横缝作用后的坝面应变率分布不同于整体拱坝。应交率分布形态不仅可以很好地表征拱坝的振动形态,而且对于高拱坝的动力响应的影响也不可忽略。  相似文献   

12.
为探究强震时含缝拱坝结构的承载能力及失效路径,在振动台上开展了一系列拱坝模型强震失效破坏试验。基于弹性力-重力准则设计试验,分别进行了不分缝、只有横缝、诱导缝与横缝联合作用这三种情况的振动台模型试验,试验中考虑了材料率相关性的影响,忽略了库水-拱坝相互作用。结果表明,强震作用时由于设缝处的抗拉能力较低,导致缝位置首先发生开裂,拱向应力的传导路径遭到破坏,此后结构破坏以悬臂梁形式为主;科学合理设置缝的形式和位置,可以有效耗散地震能量,提高拱坝极限承载能力。本文研究结果可为高拱坝的抗震分缝设计和超载能力评估提供试验依据。  相似文献   

13.
在三维气相爆轰数值研究中,网格精度和计算域的规模导致网格数占有非常庞大的计算资源,进而给数值模拟带来了极大的挑战。本文针对这一难题,采用5阶WENO格式对带化学反应Euler方程组进行空间离散,基于MPI(MessagePassingInterface)并行模式开发了高精度动态并行代码,并对爆轰波在带有障碍物的三维方形管道中的传播过程进行计算。计算结果表明,高精度动态并行计算能够很好的模拟三维气相爆轰波在大尺寸管道中的传播,不仅提高了计算效率,而且提高了爆轰波阵面的分辨率。与高精度静态并行相比,高精度动态并行计算减少了界面数据通信时间,从而进一步提高了计算效率。因此,高精度动态并行程序为探究三维气相爆轰新的物理机制提供有效的手段。  相似文献   

14.
在静力与动力荷载作用下拱坝的体形优化   总被引:1,自引:0,他引:1  
建立了拱坝体形优化的合理而实用的数学模型,提出了有效的求解方法,特别重视工程应用,目前已应用于近三十个实际工程,取得了巨大经济效益,并已应用于250米特高拱坝的设计。作者提出了一系列有效的求解方法,如内力展开法,设计变量指数变换法等等,并首次实现了地震荷载作用下拱坝的体形优化。  相似文献   

15.
膛口反应流并行数值模拟   总被引:1,自引:0,他引:1  
郭则庆  姜孝海  王杨 《计算力学学报》2013,30(1):111-116,123
采用轴对称多组分N-S方程对含有高速运动弹丸的膛口反应流进行了数值模拟.控制方程采用时间分裂方法并在大型计算机上采用MPI方法进行多核并行求解,其中对流项采用二阶AUSM+格式和MUSCL插值方法进行处理,燃气采用氢气-空气混合气,反应机理为9组分19步基元反应.对于弹丸引起的网格运动,采用嵌套网格法处理.并行验证算例与串行计算结果一致,采用20个CPU计算时效率为64%.根据数值结果详细讨论了发射过程中的气体动力学和化学动力学过程,并且通过对两种条件下的计算结果比较分析了化学反应对膛口流场发展的影响.结果表明,上述算法能够较为正确地模拟弹丸和化学反应对膛口流场的影响,并大大提高了计算速度.  相似文献   

16.
We implement and evaluate a massively parallel and scalable algorithm based on a multigrid preconditioned Defect Correction method for the simulation of fully nonlinear free surface flows. The simulations are based on a potential model that describes wave propagation over uneven bottoms in three space dimensions and is useful for fast analysis and prediction purposes in coastal and offshore engineering. A dedicated numerical model based on the proposed algorithm is executed in parallel by utilizing affordable modern special purpose graphics processing unit (GPU). The model is based on a low‐storage flexible‐order accurate finite difference method that is known to be efficient and scalable on a CPU core (single thread). To achieve parallel performance of the relatively complex numerical model, we investigate a new trend in high‐performance computing where many‐core GPUs are utilized as high‐throughput co‐processors to the CPU. We describe and demonstrate how this approach makes it possible to do fast desktop computations for large nonlinear wave problems in numerical wave tanks (NWTs) with close to 50/100 million total grid points in double/single precision with 4 GB global device memory available. A new code base has been developed in C++ and compute unified device architecture C and is found to improve the runtime more than an order in magnitude in double precision arithmetic for the same accuracy over an existing CPU (single thread) Fortran 90 code when executed on a single modern GPU. These significant improvements are achieved by carefully implementing the algorithm to minimize data‐transfer and take advantage of the massive multi‐threading capability of the GPU device. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.  相似文献   

17.
This paper describes the implementation of a fire field model in the parallel computing environment offered by multiple transputers. The fire model is built into the general purpose SIMPLE-based CFD code HARWELL-FLOW3D. The technique of domain decomposition has been applied tb convert the conventional serial version of FLOW3D into a code capable of efficiently utilizing an arbitrary number of transputers. Fire simulations consisting of up to 24 000 computational cells are performed on parallel systems with up to 15-processors. The run time for this simulation has been reduced from over 4 days on a single processor to just over 8 h on the 15-processor system. An interactive graphics system has also been developed which runs in parallel with the main computations.  相似文献   

18.
The implementation of an edge-based three-dimensional Reynolds Average Navier–Stokes solver for unstructured grids able to run on multiple graphics processing units (GPUs) is presented. Loops over edges, which are the most time-consuming part of the solver, have been written to exploit the massively parallel capabilities of GPUs. Non-blocking communications between parallel processes and between the GPU and the central processor unit (CPU) have been used to enhance code scalability. The code is written using a mixture of C++ and OpenCL, to allow the execution of the source code on GPUs. The Message Passage Interface (MPI) library is used to allow the parallel execution of the solver on multiple GPUs. A comparative study of the solver parallel performance is carried out using a cluster of CPUs and another of GPUs. It is shown that a single GPU is up to 64 times faster than a single CPU core. The parallel scalability of the solver is mainly degraded due to the loss of computing efficiency of the GPU when the size of the case decreases. However, for large enough grid sizes, the scalability is strongly improved. A cluster featuring commodity GPUs and a high bandwidth network is ten times less costly and consumes 33% less energy than a CPU-based cluster with an equivalent computational power.  相似文献   

19.
With the computing power it brings, the new generation of massively parallel computers allows one to perform a “seamless” modeling of weather on large grids, but it requires a large parallel computing capability for the models. Due to improvements in this direction in the meteorological model of the French research community MESO-NH, a computing performance of over 4 Teraflop/s was obtained with 130 000 cores on the machine of the European computer center PRACE. This is a first in France for a weather code. A high resolution simulation, covering the Atlantic and Europe, of the tropical cyclone Helene and its interaction with a planetary wave was also conducted, for which the excellent result gives hope to an improved weather forecasting in Europe.  相似文献   

20.
The parallel implementation of an unstructured‐grid, three‐dimensional, semi‐implicit finite difference and finite volume model for the free surface Navier–Stokes equations (UnTRIM ) is presented and discussed. The new developments are aimed to make the code available for high‐performance computing in order to address larger, complex problems in environmental free surface flows. The parallelization is based on the mesh partitioning method and message passing and has been achieved without negatively affecting any of the advantageous properties of the serial code, such as its robustness, accuracy and efficiency. The key issue is a new, autonomous parallel streamline backtracking algorithm, which allows using semi‐Lagrangian methods in decomposed meshes without compromising the scalability of the code. The implementation has been carefully verified not only with simple, abstract test cases illustrating the application domain of the code but also with advanced, high‐resolution models presently applied for research and engineering projects. The scheme performance and accuracy aspects are researched and discussed. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.  相似文献   

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