三维数值模拟

摘要： 为了研究静压桩贯入后土体的应力及位移特性,建立了静压双桩贯入均质土的三维有限元模型,并采用Abaqus软件对地表土体竖向位移、径向距离变化对土体应力和位移的影响、桩间土体的位移进行了数值模拟研究﹒研究结果表明:静压双桩贯入造成桩间土体呈“驼峰”状,土体水平位移及应力在桩尖以上1.8 m处达到最大值;桩体贯入所产生的土体下沉量随离桩体径向距离的增大而减小,随土体深度的增加而逐渐增大,且在距地面以下3 m处达到最大值。

摘要： 为探究波浪对非对称式半潜起重平台不同位置的砰击载荷特性及其分布趋势,在不规则波条件下进行多种入射角下的波浪砰击载荷数值模拟,重点分析船体上甲板各区域以及船体立柱各区域。结果表明,决定砰击峰值压强大小的因素是迎浪侧立柱跨度,跨度与峰值压强呈正相关规律。

摘要： 分析盾构隧道始发端冻结加固技术对减弱地表沉降的效果,为盾构隧道端头土体加固设计提供理论依据。以芜湖过江隧道工程为依托,采用三维数值模拟方法,采用人工冻结技术加固始发端头对地表沉降的影响开展研究。结果表明,未采用人工冻结加固始发端头时,地表最大沉降量为172cm;采用人工冻结加固端头时,地表最大沉降量为21.6cm。人工冻结法加固盾构隧道端头可以显著降低地表沉降,但不能消除洞门凿除对地表的影响。还需要和其他加固措施一起联合使用,才能彻底降低对地表沉降影响。研究为后续研究提供基础,对人工冻结技术加固盾构隧道始发端头有一定的指导意义。

摘要： 为探究新建隧道钻爆过程中对既有隧道的振动影响程度,建立了三维数值模型,对既有爆破方案下既有隧道的动态响应进行了计算,研究结果表明,现有爆破方案下隧道最大振动速度可达40.78cm/s,不满足规范条件。在此基础上,对爆破方案进一步优化计算,结果表明在单段药量控制在3.2kg时,最大振动速度为15.94cm/s,可满足经济性与安全性的要求。

摘要： 狭窄河道的泄洪消能一直是水利水电工程的难点.采用RNG k-ε紊流模型与VOF模型对狭窄河道上溢洪道与泄洪洞的联合泄洪进行水气两相流的整体三维数值模拟.数值模拟结果表明,水舌形态、挑距、入水角度和速度与模型试验以及理论计算结果吻合良好.并进一步对河道内流态、不同高程位置断面的流速和流场分布进行了分析.研究结果表明数值模拟方法具有较强的可靠性与合理性,且能够反映狭窄河道内的真实流态,可以在一定程度上替代模型试验,为工程优化设计提供科学依据.

摘要： 输电线路覆冰积雪严重影响电网的安全稳定运行.目前的研究重点关注绝缘子覆雪放电发展过程及闪络特性.由于绝缘子结构复杂,对覆雪的增长过程缺乏系统的分析.本文基于计算流体力学原理,在不同的环境参数条件下,对XP-70绝缘子表面不同位置的雪晶颗粒碰撞特性进行了理论分析和仿真计算,在此基础上建立了绝缘子三维覆雪数值计算模型.研究表明,在气流绕流绝缘子过程中,存在降压增速和增压减速两个相反的过程;绝缘子迎风侧局部碰撞系数从前驻点处沿钢帽或伞裙向两侧逐渐减小,迎风侧伞裙边缘和钢帽处的局部碰撞系数远远大于其他位置,最大可达0.74.绝缘子表面的覆雪量随风速(v)、液态水含量(LWC)以及颗粒直径(MVD)等环境参数的增大而增大,覆雪量最大可达2.19 kg.经仿真和试验验证,局部碰撞系数最大的位置,覆雪最严重,而且试验和模型仿真结果的误差小于17%.

摘要： 以苏州某邻近运营地铁隧道的深基坑工程为背景,通过实测的轨道保护和基坑监测数据分析基坑不同分区施工对邻近隧道的影响。结果表明:①基坑施工影响范围内的隧道会向着卸载的方向移动,且位移量随着开挖深度的加大而增加,在基坑开挖结束一段时间达到峰值;②三维模拟计算的结果同实测数据较为吻合,数值模型的建立、岩土参数及计算方法的选取都较为合理,能够有效地反应基坑开挖施工对自身围护结构及周边环境产生的影响,进而指导现场施工;③模拟计算结果及实际的监测数据均表明基坑施工会对临近的地铁隧道在水平向及竖向的位移产生一定影响,但在施工方案和现场施工组织均正常合理的情况下,整体安全可控,影响有限。

摘要： 通过有限元软件建立合肥大学城深大基坑三道支撑开挖三维数值模型,研究了开挖过程中周边隧道和支撑的应力和变形演变规律,并给出相应的控制策略和工程建议。研究表明,随开挖深度的增大,附近隧道同时发生上浮和向基坑方向的侧移两种位移,且基坑中部对应的隧道总位移最大。随着开挖的进行,附近隧道会同时发生向上位移和向基坑侧向位移两种位移,且基坑中部对应的隧道总位移最大,为保护地铁隧道等重要地下工程,建议在开挖前设置地下连续墙和挡土桩。

摘要： 通过三维流体力学数值模拟的方法解析158F四冲程通用小型汽油机进排气系统对缸内污染物生成的影响,首先对158F四冲程通用小型汽油机进行逆向扫描建模与面网格划分,然后利用流体力学软件CONVERGE对缸内污染物生成情况进行模拟研究,根据试验数据设置模拟计算边界条件,进行燃烧模型参数标定。为了减少此款通用小型汽油机缸内污染物生成量,满足国际排放法规要求,对其方形进气道及涡流排气道进行改进。优化结果表明:30°滚流进气道进气顺畅,缸内压缩行程湍流较强,降低了缸内燃烧温度,减少了NOx的生成量;将涡流排气道修改为直排排气道后,缸内废气能够快速排出,且新鲜混合气迅速充入气缸,缸内残余废气减少,有利于缸内混合气充分均匀燃烧,降低了缸内燃烧温度,减少了NOx及HC的生成量。

摘要： 针对横采内排追踪压帮条件下露天矿含断层与顺倾弱层群边坡稳定性分析与形态设计难题,顾及露天矿层状边坡垂直方向上的地层岩性、工程发展过程中的服务时间、要求的稳定程度等方面的差别以及深部边坡稳定性的三维效应,以胜利东二号露天煤矿首采区南帮为工程背景,采用二维极限平衡法与三维数值模拟相结合,对露天矿含断层与顺倾弱层群边坡形态进行了分区段优化。研究表明,胜利东二号露天煤矿边坡稳定性主要受坡体内一系列顺倾弱层控制,断层可能作为滑体的边界,其潜在滑坡模式为以圆弧或断层为侧界面、以弱层为底界面的切层-顺层滑动或切层-顺层-鼓胀破坏;随着追踪距离的增大,边坡的破坏模式由浅部大范围破坏逐步过渡为深部破坏,是深部边坡稳定性下降的根本原因;分段优化后的边坡应划分为三个阶段,整体边坡角14°,横采工作帮与内排土场间的追踪距离应为50m。

摘要： 浅水环境下的污染物迁移是一个复杂的物理过程,其数值模拟需要耦舍水动力模型和污染物迁移模型进行求解,设计具有良好可扩展性的并行算法一直是具有挑战性的问题.为了实现上的方便,传统数值算法大多基于结构化网格,时间离散则采用显示或者半隐格式.相对而言,非结构网格具有更好的适应性,方便处理复杂的计算区域.本文基于非结构网格,提出了一种模拟浅水环境污染物迁移过程的有限元并行算法.为了使算法具有更好稳定性和鲁棒性,时间方向采用了二阶BDF全隐格式.为了高效求解时空离散后得到的大规模非线性系统,给出了一种基于区域分解的Newton-Krylov-Schwarz算法,包括三个部分;求解非线性方程组的非精确Newton法及线性搜索和可信域技术,求解子区域线性方程组问题的Krylov子空间迭代法,以及用于线性求解器的限制型加性Schwarz预处理算子.随后,对珠江前航道和珠江出海口的污染物扩散过程进行了简单的测试模拟,并在天河二号超级计算机上对算法的并行性能进行了测试,结果显示本文提出的算法在数千核处理器下具有良好的并行可扩展性能.通过测试算法在不同计算时间步长,不同物理参数下的收敛性质,验证了算法具有较好的稳定性和鲁棒性.

摘要： 为了计算含蜡原油管道沿程的析蜡速率并探究其规律,基于计算流体力学及传热学的相关理论,建立了含蜡原油管道的蜡沉积的拟三维数值模型,该模型克服了常用普适性模型中管道径向温度梯度计算误差大的缺点.采用该模型计算了含蜡原油管道沿线各个截面上的速度场、温度场和析蜡速率,在此基础上,利用数值模型求得了管道沿线析蜡速率的变化曲线并分析了其变化规律.研究结果表明:管道截面上接近壁面处的析蜡速率远大于其他区域,管道截面的最大析蜡速率随输送距离上升而减小,管道沿线的析蜡速率随输送距离先增大后减小.

摘要： 对缸内高压直喷式柴油微引燃LNG发动机进行了三维数值模拟,通过切片分析缸内当量比、速度场和温度场变化研究了天然气喷射正时,天然气喷射持续期,喷油正时和柴油与天然气喷孔周向夹角对缸内高压直喷式柴油微引燃LNG发动机喷雾特性和着火特性的影响.结果表明,柴油与天然气喷孔周向夹角和天然气喷射持续期主要影响天然气喷束的动量进而影响喷雾特性和着火特性;喷油正时和喷气正时主要影响喷束喷入气缸时与活塞在时间和空间上的位置关系进而影响喷雾特性和着火特性.

摘要： 内陆核电厂温排水对周围环境水体的影响评价是电厂厂址选择及其可行性论证的重要环节.温排水对周围环境水体影响程度、范围与电厂排放方式、环境水体来流条件以及排放口出流条件等密切相关,其中排放口出流条件对排放口近区温排水的掺混、稀释及其均匀性影响至关重要.本文以桃花江核电厂为例,采用基于非结构四面体和六面体混合网格的有限体积法,对Navier-Stokes方程和能量方程进行求解,建立了原型河道内温排水出流的温度和水流场三维数学模型.该模型考虑到浮力驱动效应,在温差较小的条件下引入Boussinesq假定,给出自然对流条件下水体的热导率和热膨胀系数等参数.将数值模拟结果与物理模型试验进行了验证,数据吻合较好.结果表明:该数学模型守恒性好,且直观地反映了排水口近区水域中热量的输移扩散规律,能实现对实际工程区域温、流场的准确模拟,可为电厂取排水口的设计以及温排水环境影响评价提供科学依据.

摘要： FLAC3D在解决地下洞室围岩稳定性方面问题具有较大优势.以古水水电站右岸深埋大型地下厂房洞室群为工程背景,结合地下厂房的工程地质条件和工程设计方案,建立体现地质构造及地形地貌的地下厂房FLAC3D仿真模型,密切结合工程拟定的开挖方案,研究了地下厂房开挖后围岩的二次应力场及变形场的分布规律及破坏特征.结果表明,古水水电站地下厂房开挖后,3大洞室围岩向临空面发生了回弹变形,总体变形特征表现为底板中部位置位移最大,顶拱中心位置次之,上下游边墙位置位移最小;应力在拱角、边墙脚处出现应力集中,而各临空面出现应力降低区;受山体地形地貌及地质构造的影响,地下厂房开挖后洞轴线方向的应力及变形变化相对较大;总之,数值模拟计算结果弥补了现场实测结果不能反映出地下洞室围岩应力场的不足,能更好地揭示出地下洞室围岩开挖过程中围岩的三维破坏特征,发挥其优势作用.

摘要： 以兰州市地铁1号线一期工程西关十字车站深基坑工程为依托,在掌握水文地质条件的基础上,给出了该车站基坑降水工程的设计和监测方案,制定了监测项目、仪器及其频率,并完成了现场监测工作.同时采用大型有限元分析软件建立了合理的数值模型,对其降水施工全过程进行了模拟计算,对降水效果进行了详细的对比分析,得到了基坑周围地下水渗流场、位移场分布及其降水影响范围.监测值与计算值基本吻合,结果表明坑周土体及建筑的各项变形值均控制在安全范围内.该研究成果为兰州地区类似工程的合理设计与安全施工提供了有益参考.

摘要： 分岔隧道是一种新型的隧道结构形式,目前虽有分岔隧道的成功建成案例,但总体来说,这类隧道的设计和施工还处于经验累计阶段.以某轨道交通工程区间分岔隧道为工程背景,采用MIDAS/GTS建立有限元模型对施工动态进行三维仿真模拟,得到了关键施工阶段的衬砌内力变化及最终的位移变化.研究结果表明,按照先双侧壁法开挖支护完成A1型隧道(4线主隧道),然后按双侧壁施工B1型隧道(3线隧道),最后按照台阶法开挖D1'型隧道(单线隧道)的施工方法是可行的.

摘要： 波浪进入振荡水柱气室的能量转换流体动力学性能影响波浪能捕获效率,以方形和圆柱形两种类型的底部开口空心腔室气室为对象建立4种结构模型,分析入射波浪进入气室引发的波浪振荡特性和腔室内的气动特性.基于计算流体力学软件构建三维数值波浪水槽VOF模型模拟分析振荡水柱引起的气室内顶端压强,对比气室压强模拟计算获取的4组数据,结果表明,前后壁不对称方形气室的波浪能量收集效率较高.单一参数获得4种气室模型共28组仿真数据,比较分析入射波高及前墙入水深度等参数变化对气室内液面波动和压强的影响.

摘要： 波浪进入振荡水柱气室的能量转换流体动力学性能影响波浪能捕获效率,以方形和圆柱形两种类型的底部开口空心腔室气室为对象建立4种结构模型,分析入射波浪进入气室引发的波浪振荡特性和腔室内的气动特性.基于计算流体力学软件构建三维数值波浪水槽VOF模型模拟分析振荡水柱引起的气室内顶端压强,对比气室压强模拟计算获取的4组数据,结果表明,前后壁不对称方形气室的波浪能量收集效率较高.单一参数获得4种气室模型共28组仿真数据,比较分析入射波高及前墙入水深度等参数变化对气室内液面波动和压强的影响.

摘要： 波浪进入振荡水柱气室的能量转换流体动力学性能影响波浪能捕获效率,以方形和圆柱形两种类型的底部开口空心腔室气室为对象建立4种结构模型,分析入射波浪进入气室引发的波浪振荡特性和腔室内的气动特性.基于计算流体力学软件构建三维数值波浪水槽VOF模型模拟分析振荡水柱引起的气室内顶端压强,对比气室压强模拟计算获取的4组数据,结果表明,前后壁不对称方形气室的波浪能量收集效率较高.单一参数获得4种气室模型共28组仿真数据,比较分析入射波高及前墙入水深度等参数变化对气室内液面波动和压强的影响.

摘要： 一种用于岩土体三维离散元快速建模的通用数值模拟箱的模拟方法，1）建立通用模拟箱，生成箱体6个方向上的指定尺寸边界板，边界板由一系列球体颗粒组成；在6个边界板内侧分别生成尺寸稍小的缓冲边界压力板，建立三维模拟箱；2）箱体内生成颗粒堆积体，在箱体内随机生成无重力颗粒；3）建立不同构筑物的三维模型，导入包括分层、分界坐标文件；对轮廓外的颗粒进行移除，形成构筑物三维模型；4）对三维模型赋岩土体材料性质；导入岩土体材料属性文件，建立具有特定弹性性质和破坏性质的三维离散元模型；5）通过边界压力板进行力、位移、震动的加载通过边界施加位移和震动，进行迭代运算并输出结果。

摘要： 在本发明中，联动的激光跟踪测距仪对由电视摄像机拍摄的图像的场所进行距离测量，并将距离附加在电视摄像机的二维位置上，能够使电视摄像机具有三维功能。跟踪镜的快速跟踪和跟踪电视摄像机拍摄图像的高画质，可以识别多个详细的图像，并且可以识别三维空间的跟踪图像，这接近于人类对情况的判断。通过掌握并共享了作业空间的场所，从而使得在三维空间工作的数值控制驱动仪器、在该空间驱动。对数值控制驱动仪器的作业空间的场所进行测量。

摘要： 一种用于生成要通过立体光刻来制造的三维物体(11)的数值表示的计算机实现的方法，包括以下操作：准备表示物体(11)的几何结构的第一数据集合(1)；定义物体(11)的第一表面(13、13a)和面向第一表面(13、13a)的参考表面(14、14a)；定义第一表面(13、13a)上的相应的第一点(X1)、相应的参考表面(14、14a)上的相应的第二点(X2)以及用于定义相应的支承元件(15)的三维几何结构的相应的几何参数(P1、……、Pn)，所述支承元件(15)连接第一点(X1)与第二点(X2)；生成第三数据集合(3)，第三数据集合(3)包含每个支承元件(15)的第一点(X1)和第二点(X2)的坐标(7)以及几何参数(P1、……、Pn)的值(8)；基于第三数据集合(3)来生成每个支承元件(15)的数值表示；计算表示由物体(11)与支承元件(15)的结合所产生的几何结构的第二数据集合(2)。

摘要： 本发明提供一种适用于数值天气模式的三维雷电分形结构数值模拟方法，所述方法包括如下步骤：(1)设置闪电起始击穿阈值；(2)闪电从起始击穿点触发后双向传播，形成闪电传播通道；(3)对闪电类型进行判断；(4)空间电荷进行再分配。本发明实现了三维雷电结构的数值模拟，能够模拟出与自然云闪、地闪相似的分形结构。并且能够模拟出闪电过程对云内电场的削减作用。

摘要： 一种用于岩土体三维离散元建模和模拟的通用模拟箱，1)建立通用模拟箱，生成箱体6个方向上的指定尺寸边界板，边界板由一系列球体颗粒组成；在6个边界板内侧分别生成尺寸稍小的缓冲边界压力板，建立三维模拟箱；2)箱体内生成颗粒堆积体，在箱体内随机生成无重力颗粒；3)建立不同构筑物的三维模型，导入包括分层、分界坐标文件；对轮廓外的颗粒进行移除，形成构筑物三维模型；4)对三维模型赋岩土体材料性质；导入岩土体材料属性文件，根据转换公式将岩土体参数换算为颗粒参数；对颗粒赋参数，建立具有特定弹性性质和破坏性质的三维离散元模型；5)通过边界压力板进行力、位移、震动的加载通过边界施加位移和震动，通过压力板施加应力作用等荷载，进行迭代运算并输出结果。

摘要： 本发明的三维虚拟空间模拟由分身动作指示部、其根据用户的输入决定分身的动作，生成表示其内容的动作指示数据；代理人动作指示部、其以自律方式决定代理人 的动作，生成表示其内容的动作指示数据；根据从以上接收的动作指示数据将上述各角色表示于虚拟空间的处理控制部、图像处理部以及图像显示部。其处理控制部、图像处理部以及图像显示部从分身动作指示部接收动作指示数据的接口和从代理人动作指示部接收代理人动作指示数据的接口是共用(共通)的。由此，可实现用户的灵活参加形态和高可靠性的模拟。

摘要： 本发明揭示了三维指示方法。在本发明的三维指示方法中，根据在预定的检测面上使用输入笔的笔尖进行了指示时的指示位置的二维坐标、以及对前述输入笔的笔尖施加的压力即笔压或者进行了持续指示的时间或前述输入笔具有的操作单元的操作，指示表现在显示装置上的三维空间内的期望点。并且，在本发明的三维指示方法中，根据前述输入笔的笔尖或者进行了持续指示的时间或前述输入笔具有的操作单元的操作，使显示在前述三维空间内的三维指针的深度方向的坐标变化来显示在显示装置上。

摘要： 本发明提供了一种基于地空耦合的三维频率域电磁数值模拟方法，包括：构建三维电阻率坐标模型；构建电场控制方程；获得多重网格的电导率；构建限制算子、插值算子和平滑算法；计算得到所述电场控制方程的右端项；采用所述平滑算法对多重网格进行光滑迭代消除电场强度求解误差；求得各个测点的电场分量；更换极化模式，求得各个测点的电场分量；计算出每个测点的视电阻率和相位，完成单个周期内的一次正演模拟。本发明能够提高收敛效率，消除高频误差，最终满足电磁数据精细和快速反演成像的需求。

摘要： 本发明涉及一种酸化二维和三维数值模拟应用界限判别方法，属于基质酸化酸蚀蚓孔数值模拟技术领域，方法包括以下步骤：基于酸岩反应旋转岩盘实验及岩石物性测试实验，获得模拟所需参数；基于反应溶蚀现象的Darcy尺度和孔隙尺度模型，建立酸蚀蚓孔数值模拟三维数学模型；建立二维几何模型以及三维几何模型，对计算区域进行网格划分。将初始参数输入到模型中进行计算，设置停止条件；计算得到不同酸液注入速度条件下的突破体积比；通过计算差异程度参数，判断二维数学模型和三维数学模型的应用界限。基于数学模型的应用界限研究，实现酸蚀蚓孔三维精细化模拟及酸液用量精准计算，并为灵活运用数学模型以降低计算量、提高计算效率提供了思路。

摘要： 本发明涉及一种酸化二维和三维数值模拟应用界限判别方法，属于基质酸化酸蚀蚓孔数值模拟技术领域，方法包括以下步骤：基于酸岩反应旋转岩盘实验及岩石物性测试实验，获得模拟所需参数；基于反应溶蚀现象的Darcy尺度和孔隙尺度模型，建立酸蚀蚓孔数值模拟三维数学模型；建立二维几何模型以及三维几何模型，对计算区域进行网格划分。将初始参数输入到模型中进行计算，设置停止条件；计算得到不同酸液注入速度条件下的突破体积比；通过计算差异程度参数，判断二维数学模型和三维数学模型的应用界限。基于数学模型的应用界限研究，实现酸蚀蚓孔三维精细化模拟及酸液用量精准计算，并为灵活运用数学模型以降低计算量、提高计算效率提供了思路。