顶点法在边坡稳定性评价中的应用

考虑到边坡稳定性分析中存在的测量数据的不确定性和确定计算参数的复杂性以及描述边坡稳定状态的模糊性, 本文介绍了-种新的适用于边坡稳定性分析的模糊数学方法—顶点法, 该法由不确定的土力学参数求得边坡稳定性系数的模糊集合, 然后运用对比法进行分类来确定边坡所处的稳定状态, 文章最后通过-个工程实例阐述了应用过程。     

一维轴对称杆件爆源模型及其在台阶爆破模拟中的应用

为了解决在实体炮孔建模时需要加密网格、计算量大等问题,提出了一种一维轴对称爆源模型：利用一维线状杆件表述炮孔及炸药,实体单元表述周围岩体,通过杆件节点与实体单元的拓扑关系,将杆件节点上的爆生气体压力施加至周围实体单元上,并根据实体单元的体应变计算出杆件节点处的横截面变化情况,从而实现模拟炸药与周围岩体的相互作用。通过与实体炮孔模型的数值对比分析,发现压力衰减指数为1.25时,一维轴对称爆源模型获得的径向质点峰值振动速度（peak particle velocity, PPV）衰减规律及振动速度时程曲线与实体炮孔模型基本一致,证明了该模型在模拟爆破问题中的精确性。针对混凝土块动态爆破破坏特性的研究,通过与文献对比分析,进一步验证了该模型的正确性。为验证该一维轴对称爆源模型在台阶爆破模拟中的应用,以鞍钢露天铁矿台阶爆破开采为研究对象,建立了5排50炮孔三维台阶爆破概化模型,模拟了爆区内露天边坡的损伤破坏状态。数值计算结果表明,爆区内拉伸破坏为主,并且除了离爆源较近的第一个测点外,其余测点处的振动速度峰值大小及其随距离的变化规律与现场实测数据基本一致,证明了所提爆源模型在三维台阶爆破远场模拟的可行性。

     

Duhamel项的精细积分方法在非线性微分方程数值求解中的应用

基于Duhamel项的精细积分方法,构造了几种求解非线性微分方程的数值算法。首先将非线性微分方程在形式上划分为线性部分和非线性部分,对非线性部分进行多项式近似,利用Duhamel积分矩阵,导出了非线性方程求解的一般格式。然后结合传统的数值积分技术,例如Adams线性多步法等,构造了基于精细积分方法的相应算法。本文算法利用了精细积分方法对线性部分求解高度精确的优点,大大提高了传统算法的数值精度和稳定性,尤其是对于刚性问题。本文构造的算法不需要对线性系统矩阵求逆,可以方便的考察不同的线性系统矩阵对算法性能的影响。数值算例验证了本文算法的有效性,并表明非线性系统的线性化矩阵作为线性部分是比较合理的选择。     

模式自适应连续小波去除趋势项方法在爆破振动信号分析中的应用

为了更精确提取爆破振动信号峰值速度、能量等重要特征,必须对爆破振动加速度信号时域积分中的趋势项予以去除。通过对实测爆破振动加速度信号进行梯形数值积分,提出以时域积分后的爆破振动速度信号来构造模式自适应小波基的方法,并用此方法去除时域积分后爆破振动速度信号中的趋势项,然后对去除趋势项后的爆破振动速度信号进行能量特征分析。结果表明:模式自适应连续小波法成功去除了时域积分后爆破振动速度信号中的趋势项;与建立在传统Fourier变换基础上的频谱分析相比,小波变换的能量分析具有更精细的频率分辨率,更适合于对频率分辨率要求更高的爆破振动信号进行分析;各频率区间范围划分越宽,爆破振动加速度信号与速度信号各频率区间内能量分布的相关程度越高,反之,相关程度越低。     

非结构隐式方法在空心弹丸流场模拟中的应用

采用非结构网格的LU-SGS隐式算法计算三维Euler方程,数值模拟了不同马赫数以及不同攻角下某空心弹丸绕流流场,分析了流场的波系结构及其升阻力特性,计算结果表明空心弹丸的阻力系数比同口径的普通弹丸的阻力系数大约小30％,空心弹丸的阻力系数以及升力系数随攻角的变化规律与普通弹丸一致．     

非结构隐式LU-SGS方法在空心弹丸流场数值模拟中的应用

采用非结构网格的LU-SGS隐式算法计算三维Euler方程,数值模拟了不同马赫数以及不同攻角下某空心弹丸绕流流场,分析了流场的波系结构及其升阻力特性,计算结果表明空心弹丸的阻力系数比同口径的普通弹丸的阻力系数大约小30{\%},空心弹丸的阻力系数以及升力系数随攻角的变化规律与普通弹丸一致.     

真实虚拟流方法在多介质可压缩流动模拟中的应用

为了克服原始虚拟流方法(ghost fluid method,GFM)在处理激波与大密度比流体-流体（气-水）界面相互作用时遇到的困难,采用真实虚拟流法(real ghost fluid method,RGFM)处理流体界面附近的虚拟点,结合HLLC(Harten-Lax-Van Leer with contact discontinuities)格式求解Euler方程,采用五阶WENO(weighted essentially nonoscillatory)格式求解level set输运方程。通过一维和二维算例的物质界面捕捉研究,证明RGFM在处理小密度比界面问题时优于GFM,同时RGFM还可用于求解激波与大密度比物质界面相互作用问题。计算表明,将RGFM引入到本文算法中,可精确捕捉到激波与界面（气-气、气-水界面）相互作用的变化细节,包括大密度比界面的剧烈变形和破碎,并具有较高的计算分辨率。     

随机-模糊处理方法在岩石力学指标统计及岩组划分中的应用

探讨了随机 模糊处理方法在岩石力学指标统计和岩组定量划分中的应用。文中对计算中的隶属函数取值及迭代方式进行了深入讨论。通过计算结果的比较分析, 认为随机 模糊处理方法更符合实际, 并优于其他方法。最后作者提出了岩组定性划分 岩石样本参数的随机 模糊统计分析 岩组定量划分及参数重新统计的分析程序。     

圆柱形爆轰波的二维数值模拟

基于带化学反应的二维Euler方程,对圆柱形爆轰波的直接起爆和传播过程进行了二维数值模拟研究,拟分析起爆条件和初始压强对圆柱形爆轰波形成和传播的影响。研究发现,圆柱形爆轰波起爆成功向外传播的过程中,新的三波结构的生成标志着爆轰波进入稳定传播阶段。在起爆能量足够的情况下,起爆半径(曲率)的大小决定着三波结构初始形成时的数目和传播半径,起爆压强对其基本不产生影响;起爆半径大(曲率小)时,三波结构初始形成时的传播半径大、数目多,圆柱形爆轰波进入稳定传播阶段的传播距离长;数值模拟中,初始压强的提高,有助于圆柱形爆轰在较短的传播距离内进入稳定传播阶段。     

Direct Monte-Carlo simulation of developing detonation in gas

The research on gaseous detonation has recently become a very important issue, mainly due to safety reasons in connection with increasing use of gaseous fuels. To simulate detonation, the direct Monte-Carlo simulation technique has been proposed, together with simple model of molecular collisions, making it possible to heat the gas in a way similar to the processes in the flame. Such model is capable of producing waves, having the features characteristic for detonation (Dremin in Towards detonation theory. Springer, 1999). In the present work the influence of finite reaction time and the inverse reaction upon formation and extinguishing detonation, in the framework of this model, has been investigated.     

Numerical simulation of spinning detonation in square tube

A single spinning detonation wave propagating in a square tube is simulated three-dimensionally with the detailed chemical reaction mechanism for hydrogen/air mixture proposed by Petersen and Hanson. The spinning detonation is composed of a transverse detonation rotating around the wall normal to the tube axis, triple lines propagating partially out of phase, and a short pressure trail. The formation of an unburned gas pocket behind the detonation front was not observed in the present simulations because the rotating transverse detonation completely consumed the unburned gas. The calculated profiles of instantaneous OH mass fraction have a keystone shape behind the detonation front. The numerical results for the pitch and track angle on the tube wall agree well with the experimental results. This paper is based on work that was presented at the 20th International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems at Montreal, Canada, from July 31 to August 5, 2005.     

混凝土中爆炸模拟的数值方法比较

应用AUTODYN商业软件对装药在混凝土靶介质中的爆炸过程进行数值模拟,对比了混凝土中爆炸模拟的不同方法。将各数值方法模拟得到的混凝土毁伤特征尺寸与相关实验数据进行比较,研究了各数值方法的准确性及描述混凝土毁伤特征的可靠性参数。结果发现：Euler算法计算的压力最大,SPH和Lagrange耦合算法计算的压力最小;Euler算法和SPH算法计算的压力衰减过程会发生比较显著的扰动。以不同的平均网格尺寸对数值模拟结果的影响分析了各种数值方法的稳定性。比较靶体上同一测点的压力时间历程表明网格变化对测点处压力影响不大。通过应用各种数值方法模拟再现混凝土中的爆炸过程,揭示了各种方法的优缺点,明确了现有商业软件模拟混凝土中爆炸的适用性。     

正向爆轰驱动高焓激波风洞的数值模拟

对充满氢氧可燃气体、带扩容腔的正向爆轰驱动的激波风洞进行了数值模拟。计算采用了欧拉方程,频散可控耗散差分格式（DCD）和改进的二阶段化学反应模型。在扩容腔附近采用二维轴对称计算模型,而在驱动段和被驱动段的直管道部分则采用一维计算模型。本文分析了爆轰波在管道中的传播、反射和绕射过程。计算结果表明扩容腔的尺寸对爆轰波的传播、反射、汇聚等起着决定性的作用;带扩容腔的正向爆轰驱动的激波风洞能够得到平稳的持续时间较长的气流,提高了实验的精确度和可重复性。     

Least-squares finite-element method for shallow-water equations with source terms

Numerical solution of shallow-water equations （SWE） has been a challenging task because of its nonlinear hyperbolic nature, admitting discontinuous solution, and the need to satisfy the C-property. The presence of source terms in momentum equations, such as the bottom slope and friction of bed, compounds the difficulties further. In this paper, a least-squares finite-element method for the space discretization and θ-method for the time integration is developed for the 2D non-conservative SWE including the source terms. Advantages of the method include： the source terms can be approximated easily with interpolation functions, no upwind scheme is needed, as well as the resulting system equations is symmetric and positive-definite, therefore, can be solved efficiently with the conjugate gradient method. The method is applied to steady and unsteady flows, subcritical and transcritical flow over a bump, 1D and 2D circular dam-break, wave past a circular cylinder, as well as wave past a hump. Computed results show good C-property, conservation property and compare well with exact solutions and other numerical results for flows with weak and mild gradient changes, but lead to inaccurate predictions for flows with strong gradient changes and discontinuities.     

Three-dimensional parallel simulation of cornstarch-oxygen two-phase detonation

Numerical simulations were performed with a parallel computer to solve for the behavior of a three-dimensional gas-solid two-phase detonation. The numerical method is a second-order modified Harten-Yee TVD upwind scheme and time integration uses a first order Euler integration. A two-step chemical reaction model represents the reaction of cornstarch-particles and oxygen. The numerical results show that a periodic two-headed detonation appears with a three-dimensional propagation mechanism before and after a triple point collisions. A comparison between the numerical and experimental results reveals that the detonation velocity of numerical results agrees well with that of experimental results. Received 8 September 1999 / Accepted 7 May 2000     

铝粉/空气二维黏性两相爆轰的数值模拟

为了深入研究爆轰波形成和传播的机理与特性,建立了管内铝粉/空气二维黏性两相爆轰过程的数学模型,采用守恒元与求解元方法进行数值计算,并对其物理参数的分布进行了分析。结果表明:管内燃烧转爆轰的初期,压力沿径向变化明显,与壁面碰撞有明显的反射波;燃烧转爆轰的中后期,压力沿轴向变化明显,但径向效应仍不能忽视,碰撞形成的反射波对最终稳定爆轰波的形成影响较大。研究结果同时表明:不仅铝粉颗粒初始半径对爆轰波的形成与传播有一定的影响;而且气体的黏性作用在研究爆轰管内近壁面处流场时不容忽视。研究结果有利于进一步揭示铝粉燃烧转爆轰的机理。     

Numerical simulation of a 100-ton ANFO detonation

Shock Waves - This work describes the results from a US government-owned hydrocode (SHAMRC, Second-Order Hydrodynamic Automatic Mesh Refinement Code) that simulated an explosive detonation...     

爆轰波在楔面上反射数值分析

应用基元反应模型和频散可控耗散格式(DCD)对氢氧爆轰波在楔面反射进行了数值模拟,计算中氢氧混合物的化学反应采用了8种组分20个反应方程式,在处理化学反应引起的刚性问题时采用了时间算子分裂的方法,模拟了爆轰波在楔面反射由马赫反射向规则反射转变的过程,得到了反射转变临界角,同时考虑了初始压力和组分的影响,并和实验及理论分析结果进行了比较,结果是令人满意的。