非均值性數(shù)值模擬的案例
尾礦壩穩(wěn)定性分析和設(shè)計(jì)的數(shù)值模擬
1 引言
Rocscience將于2022年3月23日舉辦一場(chǎng)webinar，報(bào)告題目是《Analysis and Design of Tailings Dams using Numerical Methods(利用數(shù)值方法分析和設(shè)計(jì)尾礦壩)》,以此來(lái)推廣它的旗艦產(chǎn)品RS2/RS3和Slide2/Slide3，敬請(qǐng)感興趣的朋友關(guān)注本公眾號(hào)的信息，屆時(shí)將總結(jié)這個(gè)報(bào)告的精華部分。
2 數(shù)值模擬工具
尾礦壩設(shè)計(jì)需要進(jìn)行穩(wěn)定性分析，根據(jù)回顧尾礦壩穩(wěn)定性分析的案例，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)使用的是極限平衡法，最常使用的軟件是Slope/W和Slide2, 也有部分公司使用Plaxis，少部分公司使用FLAC。普遍認(rèn)為，對(duì)于非飽和土的極限平衡穩(wěn)定性分析，Slope/W的分析結(jié)果比Slide2更好一些，因此在加拿大, 大部分土體邊坡穩(wěn)定性分析使用Slope/W。Anyway, 無(wú)論采用哪種方法，材料參數(shù)的確定是最重要的，其次是材料本構(gòu)模型的選擇，包括水壓力的考慮。
3 尾礦壩破壞機(jī)理
對(duì)于任何巖土穩(wěn)定性分析來(lái)說(shuō)，數(shù)值模擬只是檢查破壞機(jī)理的一種手段，更多的是從觀察和試驗(yàn)中得出破壞機(jī)理。
展開(kāi) 周期性邊界分層流動(dòng)數(shù)值模擬
根據(jù)如上所述的公式，可以計(jì)算該問(wèn)題的分析解，然后采用TransAT軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。
基于FLAC3D的雙孔隧道圍巖穩(wěn)定性數(shù)值模擬分析
[5] 吳登超，楊本水，程長(zhǎng)清.基于FLAC3D模擬隧道有無(wú)支護(hù)應(yīng)力與位移演化特征[J].四川輕化工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2021,34(4):67-73.
[6] 高攀科，徐林生，吳恒濱.隧道洞口淺埋偏壓段施工性態(tài)數(shù)值模擬分析[J].公路，2013,58(7):263-267.
[7] 雷剛.大灣溝隧道開(kāi)挖順序FLAC3D數(shù)值模擬研究[J].土工基礎(chǔ)，2014,28(3):81-83.
[8] 張小波，趙光明.基于Drucker-Prager屈服準(zhǔn)則的圓形巷道圍巖彈塑性分析[J].煤炭學(xué)報(bào)，2013,38(增刊1):30-37.
[9] 孔超，仇文革，章慧健，等.考慮中間主應(yīng)力對(duì)隧道圍巖穩(wěn)定性的影響[J].中國(guó)鐵道科學(xué)，2015,36(4):67-71.
[10] 陳梁，茅獻(xiàn)彪.基于Drucker-Prager準(zhǔn)則的深部巷道破裂圍巖彈塑性分析[J].煤炭學(xué)報(bào)，2017,42(2):484.
[11] 孫書(shū)偉，林杭，任連偉.FLAC3D在巖土工程中的應(yīng)用[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2011.
文章來(lái)源：山西建筑. 2023,49(20)
展開(kāi) 談?wù)?em>數(shù)值模擬的意義：重要性具體體現(xiàn)在4個(gè)方面
雖然數(shù)值模擬大型軟件系統(tǒng)的研制需要花費(fèi)相當(dāng)多的經(jīng)費(fèi)和人力資源，但和試驗(yàn)相比，數(shù)值模擬軟件是可以進(jìn)行拷貝移植、重復(fù)利用，并可進(jìn)行適當(dāng)修改而滿足不同情況的需求。
總之，數(shù)值模擬計(jì)算已經(jīng)與理論分析、試驗(yàn)研究成為科學(xué)技術(shù)探索研究的三個(gè)相互依存、不可缺少的手段。正如美國(guó)著名數(shù)學(xué)家拉克斯(P. Lax)所說(shuō)“科學(xué)計(jì)算是關(guān)系到國(guó)家安全、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技進(jìn)步的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)，是事關(guān)國(guó)家命脈的大事?！?/span>
復(fù)合材料波紋梁盒段耐撞性的數(shù)值模擬
運(yùn)用MSC/DYTRAN有限元軟件，結(jié)合參數(shù)等效的方法對(duì)復(fù)合材料波紋梁盒段的碰撞過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬，獲得了波紋梁盒段碰撞時(shí)的破壞過(guò)程、載荷－時(shí)間曲線、能量吸收能力等數(shù)據(jù)，將計(jì)算結(jié)果與M.A.McCarthy的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)兩者比較吻合。從而說(shuō)明采用參數(shù)等效的方法可以得到復(fù)合材料結(jié)構(gòu)耐墜撞性設(shè)計(jì)中需要的數(shù)據(jù)
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【原創(chuàng)成果】細(xì)觀混凝土、UHPC數(shù)值建模與非線性斷裂模擬
作為典型的非均質(zhì)工程復(fù)合材料，普通混凝土、超高性能混凝土(UHPC)、纖維混凝土(FRC)、纖維復(fù)合材料(FRP)等的斷裂是局部微小裂隙、孔洞、各相界面等初始缺陷從起裂、擴(kuò)展至融合為宏觀裂縫的過(guò)程，該過(guò)程橫跨微觀、細(xì)觀、宏觀等多個(gè)尺度，因此采用多尺度實(shí)驗(yàn)和計(jì)算模擬等手段進(jìn)行研究成為自然的選擇?，F(xiàn)有國(guó)內(nèi)外研究一般將這些復(fù)合材料等效為各向同性均勻介質(zhì)，建立模型比較方便，能夠獲得結(jié)構(gòu)的宏觀響應(yīng)例如荷載-位移曲線等。但這些宏觀均質(zhì)模型未模擬隨機(jī)分布的骨料、纖維、界面及孔洞等細(xì)觀特征，較難精確闡明材料破壞的多尺度機(jī)理。與宏觀均質(zhì)模擬相比，細(xì)觀計(jì)算模擬目前具有兩方面挑戰(zhàn)：一方面需要模擬復(fù)雜的細(xì)觀各相材料及其相互作用；另一方面需要求解大規(guī)模非線性方程，準(zhǔn)確模擬損傷斷裂中的材料軟化現(xiàn)象。
目前，混凝土、UHPC細(xì)觀模型主要有兩種直接建模方法，一種是基于骨料、纖維的形態(tài)和分布予以假設(shè)的隨機(jī)骨料、隨機(jī)纖維模型，這種比較多見(jiàn)；另一種是近來(lái)國(guó)內(nèi)外興起的基于XCT真實(shí)圖像的模型(XCT image-based model)。本文將以這兩種模型為研究對(duì)象，選用已發(fā)表的成果作為例子介紹給大家(整理了一些直觀圖片)，感興趣的朋友可詳閱附上的文獻(xiàn)，歡迎大家批評(píng)指正。
還有一種非直接的細(xì)觀模擬方法， 即采用隨機(jī)場(chǎng)理論，也可以間接模擬細(xì)觀斷裂，例如：
□ Zhang H, Huang Y J, Hu X J, Xu S L. A quasi-brittle fracture investigation of concrete structures integrating random fields with the CSFEM-PFCZM. Engineering Fracture Mechanics, 2023, 281: 109107.
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