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基于DEM-FEM耦合方法的碎屑流对桥墩最大冲击力的影响因素研究
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作者 陈勇 姚昌荣 +3 位作者 周迅 赵实达 陈庭宇 强斌 《自然灾害学报》 CSCD 北大核心 2024年第2期65-74,共10页
碎屑流是我国山区最危险的地质灾害之一,山区桥墩常受到碎屑流冲击而开裂、倾斜甚至倒塌,给山区桥梁建设、运营带来严重的安全隐患。采用离散元方法(discrete element method,DEM)和有限元方法(finite element method,FEM)耦合的三维数... 碎屑流是我国山区最危险的地质灾害之一,山区桥墩常受到碎屑流冲击而开裂、倾斜甚至倒塌,给山区桥梁建设、运营带来严重的安全隐患。采用离散元方法(discrete element method,DEM)和有限元方法(finite element method,FEM)耦合的三维数值模拟方法模拟了碎屑流对双柱式桥墩的冲击效应,并结合斜槽试验,验证了耦合方法的准确性,进一步分析了碎屑流冲击坡度、距离和体积密度对桥墩冲击力的影响规律。结果表明,最大冲击力与碎屑流冲击坡度、距离和体积密度分别呈幂函数(指数大于1)、幂函数(指数小于1)和线性正相关。冲击坡度、距离和体积密度对最大冲击力的敏感度值分别为3.012、0.202、0.804,在桥梁碎屑流灾害防治时需重视冲击坡度和体积密度的影响。将冲击力的数值模拟值与流体动力学模型预测值对比分析表明,流体动力学模型理论公式能较好地预测桥墩所受的最大冲击力,最大预测误差低于23.6%。相关研究结果可为山区桥梁碎屑流灾害防治与设计提供一定的参考依据。 展开更多
关键词 dem-FEM耦合方法 碎屑流 桥墩 冲击力 敏感性分析
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基于LBM-DEM细观数值模拟的水力诱导覆盖型岩溶地面塌陷发育过程分析
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作者 陶小虎 叶明 +2 位作者 龚建师 王赫生 胡晓雨 《中国地质灾害与防治学报》 CSCD 2024年第1期124-131,共8页
文章以水力驱动的覆盖型岩溶地面塌陷为背景,基于离散元方法和格子Boltzmann方法,采用Bouzidi插值反弹边界格式和动量交换法,建立一种可以从细观角度模拟覆盖型岩溶塌陷的二维格子Boltzmann方法—离散元方法流固耦合模型。在此基础上对... 文章以水力驱动的覆盖型岩溶地面塌陷为背景,基于离散元方法和格子Boltzmann方法,采用Bouzidi插值反弹边界格式和动量交换法,建立一种可以从细观角度模拟覆盖型岩溶塌陷的二维格子Boltzmann方法—离散元方法流固耦合模型。在此基础上对承压水下降引起的覆盖型岩溶塌陷数值模拟开展了探索性研究。模拟结果表明:承压水位下降工况中地下水主要对隔水层岩溶开口处的颗粒产生影响,对土洞周围土体产生向下的作用力;土体颗粒的剥落容易造成土颗粒原位置和上方位置处水压的陡降,从而造成较强的水力坡降,使得地下水对内部颗粒作用力陡增,容易引起上方颗粒在地下水作用力和重力作用下失稳,导致从土体颗粒失稳至土层塌陷逐渐加速。研究成果对进一步从细观尺度进行水力驱动的覆盖型岩溶地面塌陷的发育过程与特征研究具有理论及实际意义。 展开更多
关键词 覆盖型岩溶 地面塌陷 地下水 数值模拟 LBM-dem方法 细观尺度
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Computer vision-aided DEM study on the compaction characteristics of graded subgrade filler considering realistic coarse particle shapes
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作者 Taifeng Li Kang Xie +2 位作者 Xiaobin Chen Zhixing Deng Qian Su 《Railway Engineering Science》 EI 2024年第2期194-210,共17页
The compaction quality of subgrade filler strongly affects subgrade settlement.The main objective of this research is to analyze the macro-and micro-mechanical compaction characteristics of subgrade filler based on th... The compaction quality of subgrade filler strongly affects subgrade settlement.The main objective of this research is to analyze the macro-and micro-mechanical compaction characteristics of subgrade filler based on the real shape of coarse particles.First,an improved Viola-Jones algorithm is employed to establish a digitalized 2D particle database for coarse particle shape evaluation and discrete modeling purposes of subgrade filler.Shape indexes of 2D subgrade filler are then computed and statistically analyzed.Finally,numerical simulations are performed to quantitatively investigate the effects of the aspect ratio(AR)and interparticle friction coefficient(μ)on the macro-and micro-mechanical compaction characteristics of subgrade filler based on the discrete element method(DEM).The results show that with the increasing AR,the coarse particles are narrower,leading to the increasing movement of fine particles during compaction,which indicates that it is difficult for slender coarse particles to inhibit the migration of fine particles.Moreover,the average displacement of particles is strongly influenced by the AR,indicating that their occlusion under power relies on particle shapes.The dis-placement and velocity of fine particles are much greater than those of the coarse particles,which shows that compaction is primarily a migration of fine particles.Under the cyclic load,the interparticle friction coefficientμhas little effect on the internal structure of the sample;under the quasi-static loads,however,the increase inμwill lead to a significant increase in the porosity of the sample.This study could not only provide a novel approach to investigate the compaction mechanism but also establish a new theoretical basis for the evaluation of intelligent subgrade compaction. 展开更多
关键词 Subgrade filler particles Deep learning particle Shape analysis Particle library Compaction characteristics Discrete element method(dem)
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DEM粗差权值衰减迭代探测算法研究
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作者 李文威 《铁道勘察》 2024年第2期27-32,共6页
为剔除经滤波处理后的机载激光雷达(LIDAR)地面点云数据中的残留非地面点,提高由其制作生产的数字高程模型(DEM)的精度,提出一种基于LIDAR点云数据所生成的不规则分布数据DEM粗差权值衰减迭代探测算法。该算法将滤波后残留的非地面点视... 为剔除经滤波处理后的机载激光雷达(LIDAR)地面点云数据中的残留非地面点,提高由其制作生产的数字高程模型(DEM)的精度,提出一种基于LIDAR点云数据所生成的不规则分布数据DEM粗差权值衰减迭代探测算法。该算法将滤波后残留的非地面点视为DEM粗差,基于地理学局部地形相似性原理,根据数据点密度及地形起伏变化程度确定局部窗口并进行二次曲面拟合,求解局部窗口内各数据点高程残差值,从而构建粗差相关检验量来定位粗差点。同时,该算法借鉴选权迭代粗差定位法思想,通过迭代,不断衰减含粗差观测点的权值,从而不断减小其对局部窗口二次曲面拟合产生的不良影响,降低地面点被误判为粗差点的概率。通过实验验证,该算法能有效提升DEM粗差探测率并极大降低粗差误判概率,粗差剔除率为98.02%,粗差误判率为1.71%。 展开更多
关键词 铁路勘测 粗差探测 数字高程模型 机载激光雷达 选权迭代
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基于DEM-SPH流固耦合的冰区船舶快速性预报
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作者 吴捷 刘璐 +1 位作者 田于逵 季顺迎 《船舶》 2024年第1期70-83,共14页
船舶在冰区海域中航行会受到冰水环境阻力的影响,是冰区船舶快速性研究中的重要影响因素。为合理分析冰区船舶的快速性能,该文采用基于离散元(discrete element method,DEM)和光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)... 船舶在冰区海域中航行会受到冰水环境阻力的影响,是冰区船舶快速性研究中的重要影响因素。为合理分析冰区船舶的快速性能,该文采用基于离散元(discrete element method,DEM)和光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)方法的流固耦合模型模拟船舶冰区航行过程,获得不同航速下的船舶阻力和推进力,进一步计算出螺旋桨的推力、扭矩以及定速航行所需的螺旋桨转速等参数。为研究船体结构、海冰与海水之间的流固耦合作用,文中通过SPH粒子与固定粒子边界相对运动的拟合项直接计算固体与流体之间的相互作用力,建立船体结构、海冰与海水耦合的DEM-SPH模型,并基于该模型分别对船舶在冰区的航行阻力和推进力进行模拟,通过拟合的方式匹配航行阻力和推进力,并考虑尾部流场导致的船体阻力增额,从而预报船舶在特定航速下实现自航所需的螺旋桨转速。此外,文中还模拟了DTMB 5415船模在浮冰区和层冰区中航行的阻力和不同螺旋桨转速下的推力,对船模在不同工况下实现特定航速航行所需的螺旋桨转速进行了预报。计算结果表明:DEM-SPH耦合模型对船-冰、桨-冰作用中的流固耦合过程模拟效果出色,可完整描述船体及尾部伴流场对海冰的拖曳作用;通过文中所述阻力-推力模拟算例及强制力的拟合分析,所形成的基于数值模拟方法的船舶自航下螺旋桨转速预报,可为进一步的试验验证和工程应用推广奠定基础。 展开更多
关键词 冰区船舶 dem-SPH流固耦合 离散元方法 船体阻力 螺旋桨推力
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基于浸入边界法的高解析度CFD-DEM流固耦合方法
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作者 毛佳 肖景文 +1 位作者 赵兰浩 底瑛棠 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期988-995,共8页
根据流固耦合问题的普遍性,提出了基于浸入边界法的高解析度计算流体力学-离散元法(CFD-DEM)流固耦合方法.新方法采用基于欧拉框架的计算流体力学方法描述流体的运动,采用基于拉格朗日框架的离散元法描述固体的运动及碰撞,在离散单元的... 根据流固耦合问题的普遍性,提出了基于浸入边界法的高解析度计算流体力学-离散元法(CFD-DEM)流固耦合方法.新方法采用基于欧拉框架的计算流体力学方法描述流体的运动,采用基于拉格朗日框架的离散元法描述固体的运动及碰撞,在离散单元的表面布置浸入边界点,解决固体运动过程中与流体间的移动且未知的边界问题.为验证方法的准确性,模拟了圆柱绕流涡激振动、方块驰振两个经典算例,计算结果与数值解吻合度高,说明新方法能够准确描述流固耦合作用.最终,将该方法应用于多块体沉降的模拟,结果表明新方法能够反映流场的复杂变化,有效处理包含大量任意形状离散块体碰撞的流固耦合问题. 展开更多
关键词 流固耦合 浸入边界 计算流体力学 离散元法 高解析度
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基于CFD-DEM流固耦合方法的吸力锚基础负压沉贯数值模拟 被引量:1
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作者 王胤 杨涵 +1 位作者 庞子毅 陶奕辰 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期384-393,F0004,共11页
吸力锚基础作为一种新型高效的海洋结构物基础形式在海洋工程中得到了广泛应用。对于砂土中的吸力锚沉贯研究,传统试验或有限元数值模拟存在一定局限性。采用基于离散单元法与计算流体动力学理论(CFD-DEM)流固耦合方法对吸力锚在砂土中... 吸力锚基础作为一种新型高效的海洋结构物基础形式在海洋工程中得到了广泛应用。对于砂土中的吸力锚沉贯研究,传统试验或有限元数值模拟存在一定局限性。采用基于离散单元法与计算流体动力学理论(CFD-DEM)流固耦合方法对吸力锚在砂土中的吸力贯入过程进行数值模拟分析;通过与室内物理模型试验、沉贯阻力理论解析计算结果进行对比分析,验证CFD-DEM流固耦合方法的有效性和准确性。进一步地,从土颗粒细观尺度上深入分析吸力锚在砂土中沉贯特性。数值模拟捕捉到贯入过程中锚内土塞和砂层变化现象,发现砂层呈现出中间向上凸起的弧状分布,说明贯入产生挤土效应,其造成的土体位移和膨胀也是土塞产生的原因。同时模拟得到贯入过程中的超孔隙水压力等势线分布变化情况和锚内砂层水力梯度的变化情况,证实了砂土中吸力贯入的“安全机制”。最后将数值所得的锚外负压比变化与Houlsby和Byrne理论模型计算结果进行对比,得到锚内土体渗透系数随沉贯的变化规律。通过本研究验证,采用离散元法结合计算流体动力学理论有效地模拟和捕捉吸力锚沉贯过程中的细观土水相互作用、宏观土体变形及渗流场分布等现象,该方法可作为吸力锚沉贯特性研究的一种有效手段。 展开更多
关键词 CFD-dem耦合方法 吸力锚 土塞 负压沉贯
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基于DEM-MBD联合仿真的车致有砟道床破碎分析
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作者 陈嵘 李俊锋 +3 位作者 戴佳程 杜帅 刘淦中 王平 《同济大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期1617-1624,共8页
为分析车致有砟道床破碎,建立有砟轨道DEM⁃MBD联合仿真模型,分析列车荷载对道床稳定性的影响及道床内不同位置、不同形状道砟的破碎规律。结果表明:列车荷载作用后,道床横向阻力下降14.82%;枕下深度0.21m内,承轨槽正下方道砟较枕心正下... 为分析车致有砟道床破碎,建立有砟轨道DEM⁃MBD联合仿真模型,分析列车荷载对道床稳定性的影响及道床内不同位置、不同形状道砟的破碎规律。结果表明:列车荷载作用后,道床横向阻力下降14.82%;枕下深度0.21m内,承轨槽正下方道砟较枕心正下方更易破碎;枕下深度0.12~0.24m内的道砟破碎率最高,为12.5%;砟肩道砟基本未破碎;片状道砟较常规状、针状道砟更易破碎;在运营的有砟轨道线路上,应减少片状道砟含量且重点关注枕下深度0.24m内的道砟破碎情况。 展开更多
关键词 有砟轨道 道砟破碎 dem-MBD 联合仿真 列车荷载
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SPH-DEM流固耦合方法模拟金沙江白格滑坡应用研究
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作者 唐岳灏 姜清辉 《长江工程职业技术学院学报》 CAS 2023年第2期1-8,共8页
从力学本质来讲,滑坡属于滑坡动力学和水动力学复杂流固耦合问题。采用离散元方法(DEM)模拟滑坡体大变形、不连续问题,以光滑粒子流方法(SPH)模拟水体的流体动力学特性,充分利用不同数值计算方法的特点,构建SPH-DEM流固耦合算法,并应用... 从力学本质来讲,滑坡属于滑坡动力学和水动力学复杂流固耦合问题。采用离散元方法(DEM)模拟滑坡体大变形、不连续问题,以光滑粒子流方法(SPH)模拟水体的流体动力学特性,充分利用不同数值计算方法的特点,构建SPH-DEM流固耦合算法,并应用于2018年10月10日西藏白格滑坡堵江的灾害模拟中。结果显示计算模型能较为准确地捕捉滑坡碎屑体入江激起水砂射流的规模以及范围,再现主堆积区向次堆积区产生二次滑移的动力过程,完整刻画堆积体的厚度、几何形态和断面特征。仿真结果有助于进一步深化对高速高位滑坡产生堵江过程和机理的认识,为后续进行抢险施工组织设计,制定防灾减灾策略提供参考。 展开更多
关键词 白格滑坡 堵江 流固耦合 离散元法(dem) 光滑粒子流体动力学(SPH)
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基于DEM方法的旋转流化床纳米颗粒流动特性研究
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作者 陈巨辉 张谦 +5 位作者 舒崚峰 李丹 徐鑫 刘晓刚 赵晨希 曹希峰 《化工学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第6期2374-2381,F0004,共9页
基于DEM方法利用MFIX软件分别模拟了两种不同粒径纳米颗粒在旋转流化床内的流动。模拟结果与以往实验结果进行比较发现结果吻合较好,验证了旋转流化床模型的准确性和可靠性。对纳米颗粒在旋转流化床中的运动过程进行数值模拟,加入范德华... 基于DEM方法利用MFIX软件分别模拟了两种不同粒径纳米颗粒在旋转流化床内的流动。模拟结果与以往实验结果进行比较发现结果吻合较好,验证了旋转流化床模型的准确性和可靠性。对纳米颗粒在旋转流化床中的运动过程进行数值模拟,加入范德华力,得到了纳米颗粒分布、纳米颗粒速度矢量分布以及纳米颗粒床层压降在不同离心加速度下随气速的变化。结果表明,少部分纳米颗粒在旋转流化床上部游离,其余颗粒随旋转流化床运动,当纳米颗粒上升到60°旋转角附近时,颗粒出现回落,然后进行反复运动,由于纳米颗粒的运动受到颗粒堆积的影响,最终纳米颗粒在旋转流化床底部往复循环。纳米颗粒在旋转流化床内的压降均随离心加速度和气速的增加而增加,相同条件下TiO2颗粒的床层压降大于Al2O3颗粒的床层压降,而且与TiO2相比Al2O3颗粒先达到稳定状态。 展开更多
关键词 dem方法 纳米颗粒 旋转流化床 数值模拟
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DEM中砂土制样方法对浅基础承载力计算的影响
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作者 崔凯 慈伟 杨尚川 《西南交通大学学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第3期575-583,共9页
离散元数值模拟中,不同的制样方法会导致土体孔隙比和均匀性存在差异,进而对浅基础承载力的模拟计算结果产生影响,因此需要分析不同制样对浅基础承载力影响的问题.本文分别使用粒径放大法、Distribute法、GM(grid method)法和欠层压实... 离散元数值模拟中,不同的制样方法会导致土体孔隙比和均匀性存在差异,进而对浅基础承载力的模拟计算结果产生影响,因此需要分析不同制样对浅基础承载力影响的问题.本文分别使用粒径放大法、Distribute法、GM(grid method)法和欠层压实法对无黏性砂土进行制样,且试样在10g的重力场下进行地应力平衡;利用测量圆对不同位置土体孔隙比、水平应力和竖直应力进行监测,得到试样平均孔隙比e和小于1的侧向土压力系数K0值;通过在试样表面放置刚性墙体并以相同的速度加载来模拟浅基础承载力试验,研究不同制样方法对浅基础承载力的影响.研究结果表明:GM法与欠层压实法生成的试样,其孔隙比接近最初设置的目标孔隙比,误差约为3.5%;而粒径放大法与Distribute法生成的试样,其孔隙比会小于目标孔隙比,误差为20.0%左右;在试样整体均匀性方面,GM法得到的试样均匀性最好,随后依次是欠层压实法、Distribute法和粒径放大法;由于不同制样方法所得的试样孔隙比和K0不同,在浅基础承载力模拟计算中不同制样方法得到的承载力关系为:GM法<欠层压实法<粒径放大法<Distribute法. 展开更多
关键词 离散元法 承载力 孔隙比 侧向土压力系数 浅基础
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猴子岩水库色玉滑坡涌浪灾害链CFD–DEM耦合数值模拟 被引量:2
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作者 肖华波 王泽皓 +2 位作者 石伟明 王东坡 欧阳朝军 《工程科学与技术》 EI CSCD 北大核心 2023年第1期161-170,共10页
滑坡涌浪是一种常见的地质灾害现象,由于滑坡体与水体之间存在复杂的流固耦合作用,使得传统的单一介质模型无法进行准确求解。为此,介绍一种基于计算流体力学方法(CFD)与离散单元法(DEM)的流固耦合模型CFD–DEM,采用计算流体力学方法(C... 滑坡涌浪是一种常见的地质灾害现象,由于滑坡体与水体之间存在复杂的流固耦合作用,使得传统的单一介质模型无法进行准确求解。为此,介绍一种基于计算流体力学方法(CFD)与离散单元法(DEM)的流固耦合模型CFD–DEM,采用计算流体力学方法(CFD)求解水体流动,采用离散单元法(DEM)模拟散粒体滑坡运动,充分利用不同计算模型的优势,对滑坡及涌浪演进过程进行数值模拟分析。首先,利用该耦合模型对Robbe–Saule开展的颗粒堆积体坍塌–涌浪试验进行了相同工况下的数值计算,从颗粒坍塌运动过程、涌浪高度演化过程等方面进行对比,结果表明模拟结果与试验结果吻合很好,验证了CFD–DEM流固耦合模型的有效性。然后,将该方法应用于四川省猴子岩水库色玉滑坡–涌浪灾害的演进过程分析,重现了该事件滑坡失稳运动、涌浪产生及传播、涌浪爬升、涌浪回流的全过程,计算结果显示:计算得到的电站进水口处涌浪高度与实测数据较为接近;色玉滑坡从失稳运动至静止堆积的持续时间约为20 s,颗粒平均速度最大达到16.12 m/s;滑坡引起的涌浪约在滑坡失稳10 s后传播到对岸,之后开始沿坡面向上爬升,最大爬升高度达到27.32 m。研究表明CFD–DEM流固耦合模型能够很好地应用于模拟山区河谷大规模滑坡涌浪灾害,可为库区防灾减灾提供高效的技术支持。 展开更多
关键词 滑坡涌浪 计算流体力学(CFD) 离散单元法(dem) 耦合模型 数值模拟
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New Method to Measure the Fill Level of the Ball Mill I——Theoretical Analysis and DEM Simulation 被引量:4
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作者 HUANG Peng JIA Minping ZHONG Binglin 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2010年第4期460-467,共8页
The accurate measurement of the fill level in the ball mill has not been resolved because of the interplay of many variable factors, which led the mill to be operated under the uneconomical condition and lost a lot of... The accurate measurement of the fill level in the ball mill has not been resolved because of the interplay of many variable factors, which led the mill to be operated under the uneconomical condition and lost a lot of energy. At present, some methods, such as vibration method and acoustic method, have been applied for measuring the fill level by the researchers. Aiming at the problem of the traditional methods for measuring the fill level, that is, the feature variables of the fill level suffer the influences of the ball load and the water content of the coal, a novel method to measure the fill level is proposed and a possible relation between the fill level and the angular position of the maximum vibration point on the mill shell is investigated. The angular positions of the maximum vibration point on the mill shell for different fill level cases are calculated theoretically under two assumptions, respectively. Meanwhile the charge motions of the mill for different fill level cases are simulated with the discrete element method (DEM). And the simulation results are verified by comparing the motion trajectories of steel balls and power draft of the mill. The simulated movement trajectories of the outmost layer steel balls in the mill are monitored and analyzed to obtain the angular positions of the maximum vibration point on the mill shell. Both the results of the theoretical calculation and the 3D DEM simulation show that the position of the maximum vibration point on the mill shell moves to a lower angular positions as the fill level decreasing, which provides a new idea for measuring the fill level accurately. 展开更多
关键词 精确测量 填充量 球磨机 模型仿真 数字高程 离散元模拟 运动轨迹 角位置
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基于CFD-DEM方法的太阳能阻碍流吸热器内部颗粒吸热和流动特性研究 被引量:1
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作者 马天增 张强强 +4 位作者 付铭凯 任婷 吴佳妮 常哲韶 李鑫 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第7期2741-2751,共11页
新型直接式太阳能热化学吸热器的设计对太阳能高效制备燃料至关重要。针对直接式固体颗粒吸热器玻璃沾染、吸热器蓄热、吸热器回热等问题,提出一种太阳能阻碍流式吸热器,并采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)和离散元(... 新型直接式太阳能热化学吸热器的设计对太阳能高效制备燃料至关重要。针对直接式固体颗粒吸热器玻璃沾染、吸热器蓄热、吸热器回热等问题,提出一种太阳能阻碍流式吸热器,并采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)和离散元(discrete element method,DEM)的方法对吸热器内部颗粒吸热和流动特性进行研究。探索气体流速、辐照强度等因素对吸热颗粒通过率和温度分布的影响规律。结果表明入口气体流速为1m/s的时候,与非阻碍式吸热器相比,0.8s的时间吸热颗粒在阻碍式吸热器内部通过率由93.5%降低到了72.5%,然而,吸热颗粒的平均温度由1374.69K提升至1742.32K;阻碍颗粒预热后,即使在太阳光入射强度为0W/m^(2)的条件下,0.8s的时间,吸热颗粒出口平均温度依然能够达到1673.51K,最高温度可以达到1844.78K;当气体入口的流速从1m/s增加到3m/s,0.8s时刻,吸热颗粒的通过率也从72.5%减小到60.5%,同时其平均温度也由1742K降低到1633K。研究结果验证了新型吸热器的储热及抗热震效果。 展开更多
关键词 太阳能 阻碍流 吸热器 计算流体力学和离散元 颗粒
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多源数据城区精细DEM建模方法
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作者 张龙其 杜帅 +1 位作者 熊旭平 张宇晴 《测绘通报》 CSCD 北大核心 2023年第6期124-128,共5页
城区因建筑物密集、植被覆盖、交通流量大等,难以构建精度统一的DEM,本文基于大比例尺数字地形图、DOM、无人机摄影测量生成的DEM或基于激光雷达点云生成的DSM等数据,探讨构建精细DEM的方法。该方法首先从大比例尺数字地形图中提取等高... 城区因建筑物密集、植被覆盖、交通流量大等,难以构建精度统一的DEM,本文基于大比例尺数字地形图、DOM、无人机摄影测量生成的DEM或基于激光雷达点云生成的DSM等数据,探讨构建精细DEM的方法。该方法首先从大比例尺数字地形图中提取等高线、高程点等用于直接构建DEM;然后提取道路边线、建筑物轮廓线、广场边界、隔离带、陡坎、湖泊边线等二维特征线要素,分别采用不同的方法融合DEM和DSM获得正确的高程信息,并结合实际情况加工处理后生成三维特征线;最后以此为基础应用具有约束的方法构建TIN模型。本文结合现有的数据源特点,分析了不同区域的模型精度。试验结果表明,构建的DEM与地形图吻合度高,可满足城区洪涝分析、精细管理、实景三维建设的需要。 展开更多
关键词 精细dem 多源数据 建模方法 城镇dem
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基于LBM-DEM耦合计算模型的含水层内悬浮颗粒运动特性
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作者 马玖辰 崔阿凤 +1 位作者 吕林海 杨杰 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期149-160,共12页
基于格子Boltzmann法(LBM)与离散单元法(DEM)的基本理论,通过对格子单松弛模型演化方程进行修正,建立LBM-DEM耦合计算模型。引入浸没移动边界方法(IMB)处理复杂的流-固边界问题,利用编程软件MATLAB开发LBM-IMB-DEM耦合求解程序,对悬浮... 基于格子Boltzmann法(LBM)与离散单元法(DEM)的基本理论,通过对格子单松弛模型演化方程进行修正,建立LBM-DEM耦合计算模型。引入浸没移动边界方法(IMB)处理复杂的流-固边界问题,利用编程软件MATLAB开发LBM-IMB-DEM耦合求解程序,对悬浮颗粒在含水介质中的运动过程进行模拟计算。通过开展层析柱强制渗流试验,模拟DKT算例,验证了计算模型与求解方法的正确性;从孔隙尺度分析地下水动力、颗粒形貌和尺寸效应对含水层渗透性能的影响。结果表明:当进口流速为5×10^(-5) m/s,向含水介质注入球形硅微粉悬浮液时,含水层各区域的渗流速度均呈现下降、回升、稳定的3个连续阶段;随着渗流速度的降低,颗粒滞留率增加了47.4%,所选3个断面平均流速恢复率降低。将悬浮颗粒由球形硅微粉替换为非球形硅微粉后,所选3个断面的平均流速最大降幅分别提高了15.0%、11.4%、2.6%,恢复率依次降低了37.5%、69.6%、71.9%,含水介质的颗粒滞留率增加了47.9%。基于颗粒受力平衡分析可知,球形硅微粉转动惯量较低,易于滚动并脱离含水介质表面;同等效体积的非球形硅微粉比表面积更大,而且多絮凝成团,迁移过程中出现沉积或被孔喉捕获的机率提高,并且沉积后难以发生再释放过程。随着渗流速度的降低与含水介质计算区域的增加,悬浮颗粒形貌的变化对于含水层水动力场演化过程的影响程度增强。 展开更多
关键词 颗粒运移 格子Boltzmann方法(LBM) 离散单元法(dem) 形貌特征 尺寸效应
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基于DEM的回转筛分数值模拟和效果研究
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作者 张昊晨 张超 +2 位作者 曹宪周 刘海芃 高涛 《包装工程》 CAS 北大核心 2023年第7期241-249,共9页
目的在粮食储藏和加工过程中,平面回转筛是重要的粮食筛分清理设备。研究各项筛分处理参数对回转筛筛分性能的影响,并寻找回转筛的最优筛分参数。方法基于离散元法(DEM)对回转筛在不同参数条件下的回转筛分过程进行数值模拟,以筛分流量... 目的在粮食储藏和加工过程中,平面回转筛是重要的粮食筛分清理设备。研究各项筛分处理参数对回转筛筛分性能的影响,并寻找回转筛的最优筛分参数。方法基于离散元法(DEM)对回转筛在不同参数条件下的回转筛分过程进行数值模拟,以筛分流量、回转速度、回转半径和筛面倾角为4项变量依次进行单因素分析,得出各参数对筛分性能指标(筛分效率、除杂效率和物料流动速度)的影响规律,再以此选取各因素的较优水平范围进行多因素正交试验,并采用矩阵分析方法对试验结果进行权重排序。结果得到了综合各项性能评价指标较优的参数组合:筛分流量为3.0 t/h,回转速度为465 r/min,回转半径为24 mm,筛面倾角为9°。结论研究结果表明,寻求更优的筛分效率必然会降低除杂效率和物料流动速度,即物料在筛面上停留时间越长就越能增大其通过筛孔机会,同时杂质通过筛孔的概率也在增大。 展开更多
关键词 粮食筛理 离散元法 筛分性能 数值模拟
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滑坡–堵江–涌浪灾害链模拟的DEM–CFD耦合分析方法及其应用 被引量:4
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作者 李东阳 年廷凯 +1 位作者 吴昊 张彦君 《工程科学与技术》 EI CSCD 北大核心 2023年第1期141-149,共9页
滑坡–堵江–涌浪灾害链的演化过程涉及复杂的滑坡–河流相互作用。为了真实再现这一演进过程,本文提出了一种扩展的离散元法(DEM)与计算流体动力学(CFD)耦合数值方法,通过在局部平均DEM–CFD耦合方法中引入流体体积法(VOF)建立了一套... 滑坡–堵江–涌浪灾害链的演化过程涉及复杂的滑坡–河流相互作用。为了真实再现这一演进过程,本文提出了一种扩展的离散元法(DEM)与计算流体动力学(CFD)耦合数值方法,通过在局部平均DEM–CFD耦合方法中引入流体体积法(VOF)建立了一套能够描述河流自由水面演化的扩展DEM–CFD耦合数值框架,实现了对滑坡涌浪形成及传播过程的追踪;并提出了一种新的局部孔隙率计算方法即虚拟球模型,来克服网格颗粒临界尺寸比的限制,从而实现复杂地形建模要求;进一步通过多个典型算例验证其准确性和有效性。在此基础上,开展了滑坡–堵江–涌浪灾害链演化模拟,并应用至白格滑坡坝形成过程复演,深入分析了滑坡–河流动态演化过程及耦合作用机理。结果表明:所提出的方法能够准确模拟滑坡–河流相互作用;滑坡–河流–河谷地形的耦合作用驱动了灾害演化,滑坡体驱动了涌浪的传播,而河流则增加了滑坡体的动能耗散,且对其沉积过程在河流流向上产生相反影响;模拟得到的白格滑坡运移路径、沉积形态及涌浪侵蚀面积与实地调查结果吻合度较高,成功再现了2018年10月11日白格滑坡堵江事件。本文所提出的扩展DEM–CFD耦合数值方法为深入研究滑坡–堵江–涌浪灾害链演化机制提供了有力的数值工具,对于灾害预测及防灾减灾策略的制定具有一定的参考价值。 展开更多
关键词 滑坡堵江 滑坡涌浪 灾害链 dem–CFD耦合方法 滑坡–河流相互作用 白格滑坡
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Effect of heterogeneity on mechanical and micro-seismic behaviors of sandstone subjected to multi-level cyclic loading: A discrete element method investigation
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作者 Zhengyang Song Zhen Yang +3 位作者 Min Zhang Fei Wang Martin Herbst Heinz Konietzky 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2023年第10期2556-2581,共26页
In numerical simulation of the mechanical responses and acoustic emission(AE)characteristics of rocks under cyclic loading,the impacts of compositional heterogeneities of mineral grains have barely been considered.Thi... In numerical simulation of the mechanical responses and acoustic emission(AE)characteristics of rocks under cyclic loading,the impacts of compositional heterogeneities of mineral grains have barely been considered.This will lead to a poor reproduction of rock’s behaviors in terms of stress-strain relationship and micro-seismic characteristics in numerical simulation.This work aims to analyze and reveal the impact of parameter heterogeneity on the rock’s fatigue and micro-seismic properties based on PFC3D.Two distribution patterns(uniform and Weibull distributions),are implemented to assign four critical parameters(i.e.tensile strength,cohesion,parallel bond stiffness and linear stiffness)for 32 sets of numerical schemes.The results show that the models with high heterogeneity of tensile strength and cohesion can better reproduce the stress-strain relationship as well as the patterns of cumulative AE counts and energy magnitude.The evolution of the proportion of three-level AE events in the laboratory test is consistent with the numerical results when the highly heterogeneous tensile strength and cohesion are distributed.The numerical results can provide practical guidance to the PFC-based modeling of rock heterogeneity when exposed to multi-level cyclic loading and AE monitoring. 展开更多
关键词 Discrete element method(dem) HETEROGENEITY Weibull distribution PFC3D Cyclic loading Acoustic emission(AE)
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Capability of discrete element method to investigate the macro-micro mechanical behaviours of granular soils considering different stress conditions and morphological gene mutation
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作者 Wei Xiong Jianfeng Wang Zhuang Cheng 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2023年第10期2731-2745,共15页
Discrete element method(DEM)has been widely utilised to model the mechanical behaviours of granular materials.However,with simplified particle morphology or rheology-based rolling resistance models,DEM failed to descr... Discrete element method(DEM)has been widely utilised to model the mechanical behaviours of granular materials.However,with simplified particle morphology or rheology-based rolling resistance models,DEM failed to describe some responses,such as the particle kinematics at the grain-scale and the principal stress ratio against axial strain at the macro-scale.This paper adopts a computed tomography(CT)-based DEM technique,including particle morphology data acquisition from micro-CT(mCT),spherical harmonic-based principal component analysis(SH-PCA)-based particle morphology reconstruction and DEM simulations,to investigate the capability of DEM with realistic particle morphology for modelling granular soils’micro-macro mechanical responses with a consideration of the initial packing state,the morphological gene mutation degree,and the confining stress condition.It is found that DEM with realistic particle morphology can reasonably reproduce granular materials’micro-macro mechanical behaviours,including the deviatoric stressevolumetric straineaxial strain response,critical state behaviour,particle kinematics,and shear band evolution.Meanwhile,the role of multiscale particle morphology in granular soils depends on the initial packing state and the confining stress condition.For the same granular soils,rougher particle surfaces with a denser initial packing state and a higher confining stress condition result in a higher degree of shear strain localisation. 展开更多
关键词 Discrete element method(dem) Spherical harmonic-based principal component analysis(SH-PCA) Particle morphology Granular so
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