流体饱和两相多孔介质拟静态问题的混合有限元方法

针对基于混合物理论的两相多孔介质模型,采用Galerkin加权残值有限元法,导出求解所静态问题的基于us-uF-P变量的混合有限元方程,由于系统方程的系数矩阵非定,进而针对该方程组提出了一种失代求解方法,并由分片试验得出节点压力插值函数的阶须低于固体相节点的位移插值函数的阶的结论,算例结果表明,采用基于u2-uF-p变量的混合法计算所得的固体相和流体相速度以及固体相的有效应力与罚方法一致,而压力值的粗度高于罚方法。     

基于显式有限元方法的两相多孔介质地震反应研究

基于流体饱和两相多孔介质的弹性波动方程组,运用显式逐步积分格式与局部透射人工边界相结合的时域显式有限元方法对该波动方程组进行求解,对两相多孔介质在输入地震波作用下的弹性动力反应进行了计算和分析,以揭示两相多孔介质弹性地震反应的规律和性质.计算结果表明:两相介质弹性地震反应时程的波形与入射地震波的波形相同,且弹性地震反应的峰值出现的时刻对应于入射地震波的峰值出现的时刻.本文的数值计算同时表明了时域显式有限元方法在进行两相多孔介质地震反应计算分析时的有效性.     

流体饱和两相多孔介质拟静态问题的有限元解法

给出基于混合物理论的流体饱和两相多孔介质模型,该模型由一可变形固体 一流体相组成。采用Ｇａｌｅｒｋｉｎ加权残值法导出求解拟静态问题的有限元公式,并编制了二维有限元程序。用程序分析了一维和二维问题,得到合理的结果。     

非比例加载下两相介质弹塑性特性的有限元分析

在Ｉｌｙｕｓｈｉｎ五维应变空间下,利用弹塑性有限变形的有限元法。研究了两相介质在非比例加载下的弹塑性特性,提出了应力模、延迟角随应变路径、转折角变化的近似计算公式,计算结果还表明,工程材料的许多复杂本构特性都是由第二相介质引起的．     

非饱和多孔介质非线性有限元分析的一致性算法

在文[1]工作的基础上，对非饱和多孔材料非线性问题进行分析，给出分析的本构模型，模型中考虑了毛吸压力的影响。给出问题分析的求解技术与算法策略，在此基础上，为保证迭代算法的收敛性，文中给出适合于广义塑性本构模型分析的一致性算法与一致性切线刚度矩阵。给出的数值算例证实了理论与算法的正确与有效性。     

孤立波与多孔介质结构物的非线性相互作用

基于精确至Ｏ（εμ＾２,μ＾４）的多孔介质无压渗流模型方程和均匀流体质波动的Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ方程,本文对孤立波与多孔介质结构物的相互作用了较系统的数值实验。控制方程采用基于有限差分方程离散,在时域上采用了预估－校正方法进行了时间积分。在求解演化方程的过程中,引入“内迭代”过程实现流体域和多孔介质交界面的连接条件。结果表明孤立波在多孔介质上的反射与在不可渗透的界面上的反射类似,形成反向的孤立波但     

基于显式有限元方法的两相介质弹塑性动力反应计算分析

针对增量形式的流体饱和两相多孔介质弹塑性波动方程组,运用基于显式逐步积分格式的时域显式有限元方法对该波动方程组进行求解,并应用基于SMP破坏准则的弹塑性动力本构模型描述两相介质的动力反应性质,对两相介质在输入地震波作用下的弹塑性动力反应进行计算和分析,将计算结果与相应的弹性动力反应的计算结果进行对比;对本文应用的弹塑性...     

考虑热流固耦合作用的多孔介质孔隙尺度两相流动模拟

为了研究深层油气资源在岩石多孔介质内的运移过程, 使用一种基于Darcy-Brinkman-Biot的流固耦合数值方法, 结合传热模型, 完成了Duhamel-Neumann热弹性应力的计算, 实现了在孔隙模拟多孔介质内的考虑热流固耦合作用的两相流动过程. 模型通过求解Navier-Stokes方程完成对孔隙空间内多相流体的计算, 通过求解Darcy方程完成流体在岩石固体颗粒内的计算, 二者通过以动能方式耦合的形式, 计算出岩石固体颗粒质点的位移, 从而实现了流固耦合计算. 在此基础上, 加入传热模型考虑温度场对两相渗流过程的影响. 温度场通过以产生热弹性应力的形式作用于岩石固体颗粒, 总体上实现热流固耦合过程. 基于数值模型, 模拟油水两相流体在二维多孔介质模型内受热流固耦合作用的流动过程. 研究结果表明: 热应力与流固耦合作用产生的应力方向相反, 使得总应力比单独考虑流固耦合作用下的应力小; 温度的增加使得模型孔隙度增加, 但当注入温差达到150 K后, 孔隙度不再有明显增加; 温度的增加使得水相的相对渗流能力增加, 等渗点左移.      

多孔介质非线性渗流问题的摄动解

考虑变形多孔介质渗透参数(渗透率和孔隙度)与孔隙压力呈负指数变化的特点，建立了多孔介质渗流问题的数学模型，采用积分变换方法求出了一维非线性渗流问题的摄动解，并对常数渗透参数和指数渗透参数的渗流问题进行对比分析，计算结果表明：两者之间的差别较大，且渗透参数的变化对于流体渗流中后期过程有着重要的影响，但对渗流早期影响不大，这对于定量研究工程中非线性渗流问题模型参数的相对重要性提供了可靠的理论依据。     

非饱和多孔介质有限元分析的基本控制方程与变分原理

本文在对问题研究现状进行阐述的基础上较系统地给出了骨架可变形非饱和多孔介质的全耦合分析模型，模型中考虑了孔隙气体，水（油）流动对介质力学性能的影响，多孔介质的饱和度，渗透系数与毛吸压力的关系，由实验给出，所导出的控制方程以固体骨架的位移与孔隙流体压力为基本未知量，由于问题的非自共轭特征，文中构造了非饱和介质动力问题的参数变分形式，并在此基础上给出有限元离散方程。     

双重孔隙介质非线性流固耦合渗流

本文给出了考虑双孔双涌介质生变形的流固耦合渗流模型。不仅考虑了固结对渗流的影响,同时也考虎了固体变形对渗流参数（孔隙度和渗透率）的影响。这样。渗流就成了双孔双渗介质中非线性流固耦合渗流。在此基础上,本文还推导了双重孔隙介质非线性流固耦合渗流计算。给出了算例并作了对比。结果表明,固体变形引起的介质参数变化对流体渗流早中期过程有重要的影响,对渗流后期影响并不大。这对于石油开采有重要的参考价值。     

天然关节软骨与医用不锈钢摩擦磨损行为研究

采用天然关节软骨与不锈钢摩擦副在往复运动试验机上进行关节软骨的摩擦学试验研究,探讨载荷、速度、润滑和作用时间对摩擦磨损行为的影响并分析其作用机理,并对摩擦磨损前后的软骨表面进行分析.结果表明:随着载荷从10 N增至22 N,软骨与不锈钢间的摩擦系数从0.147降至0.117;在同样的润滑和压力下,速度越大软骨和不锈钢的摩擦系数越小;透明质酸溶液可以有效降低软骨与不锈钢之间的摩擦,长时间试验后摩擦系数基本保持在0.23左右.试验后软骨表面出现磨损并伴有大量磨损颗粒,表面有明显的划痕出现,磨粒的粒径大小分布范围较窄,小尺寸的磨粒数目较多.     

非线性复合材料的一种杂交应力有限单元方法

建立了非线性复合材料模型的杂交应力有限元方法,并在材料主坐标系下提出直接方法计算单元非线性应力场,然后由此计算单元切线刚度矩阵和剩余载荷并转换到整体坐标系下,利用Newton-Raphson方法进行结构的位移迭代。在Hahn-Tsai非线性复合材料杂交元分析中,由位移和应力方程所导出求解单元非线性应力场的简单迭代法是条件收敛的,对较大载荷当迭代位移增加到一定程度以后无法得到应力收敛解。但是,利用本文提出的直接法由于完全避免了非线性应力场迭代,不仅很好地解决了这一问题,而且极大地提高了计算效率。数值算例说明该方法是确实有效的。     

多孔硅橡胶材料有限元计算的切线本构矩阵

为进行多孔硅橡胶材料非线性有限元计算，针对用伸长比表示的应变能函数，推导了多孔硅橡胶材料非线性有限元计算中切线本构关系的具体形式。并采用便于编程的矩阵记法，给出了非线性有限元计算中克希荷夫应力和格林应变之间的切线关系式。     

A Lattice Gas Automaton Simulation of the Nonlinear Diffusion Equation: A Model for Moisture Flow in Unsaturated Porous Media

We investigate a two-dimensional lattice gas automaton (LGA) for simulating the nonlinear diffusion equation in a random heterogeneous structure. The utilility of the LGA for computation of nonlinear diffusion arises from the fact that, the diffusion coefficient in the LGA depends on the local density of fluid particles which statistically determines the collision rate and thus, the mean free path of the particles at the microscopic scale. The LGA may therefore be used as a physical analogue to simulate moisture flow in unsaturated porous media. The capability of the LGA to account for unsaturated flow is tested through a set of numerical experiments simulating one-dimensional infiltration in a simplified semi-infinite homogenous isotropic porous material. Different mechanisms of interactions are used between the fluid and the solid phase to simulate various fluid–solid interfaces. The heterogeneous medium, initially at low density is submitted to a steep density gradient by continuously injecting fluid particles at high concentration and zero velocity along one face of the model. The propagation of the infiltration front is visualized at different time steps through concentration profiles parallel to the applied concentration gradient and the infiltration rate is measured continuously until steady-state flow is reached. The numerical results show close agreement with the classical theory of flow in unsaturated porous media. The cumulative absorption exhibits the expected t ^1/2 dependence. The evolution of the effective diffusion coefficient with the particle concentration is estimated from the measured density profiles for the various porous materials. Depending on the applied fluid–solid interactions, the macroscopic effective diffusivity may vary by more than two orders of magnitude with density.     

A Subgrid-Scale Stabilized Finite Element Method for Multicomponent Reactive Transport through Porous Media

Standard Galerkin finite element methods (GFEM) lack stability in solving advection-dominated solute transport in porous media. They usually require prohibitively fine grids and extremely small time steps to solve for advection-dominated problems. The algebraic subgrid-scale stabilized (ASGS) finite element method has been proved to overcome such problems for single-species reactive transport. Its potential for dealing with multicomponent reactive transport has not yet been explored. Here we present a numerical formulation of ASGS for steady and transient multicomponent reactive transport. Subgrid-scale transport equations are solved first by using an ASGS approximation and their solutions are substituted back into the grid-scale equations. A sequential iteration approach (SIA) is used to solve for coupled transport and chemical equations. Coupling of ASGS and SIA, ASGS+SIA, has been implemented in a reactive transport code, CORE^2D V4, and verified for conservative solute transport. ASGS+SIA has been tested for a wide range of 1-D transient multicomponent reactive transport problems involving different types of chemical reactions such as: (1) Kinetically controlled aqueous species degradation, (2) Kinetic mineral dissolution, (3) Serial-parallel decay networks, and (4) Cation exchange and pyrite oxidation at local equilibrium. ASGS+SIA always provides accurate solutions and therefore offers an efficient option to solve for advection-dominated multicomponent reactive transport problems.