摘要：在离散元(DEM)模拟过程中,颗粒物质的接触刚度对模拟结果有重要影响,而构成颗粒物质的材料本身存在大量的微观缺陷,由于在颗粒物质运动过程中反复冲击接触作用,必然导致颗粒物质内部微观缺陷的扩展和融合,使得颗粒物质的物理力学性质不断劣化,具体表现为接触刚度不断降低,直至发生冲击破碎。如何在离散元模拟过程中考虑颗粒物质的冲击损伤特性具有重要意义;以Hertz弹性接触力学为基础,结合连续损伤理论,定义了颗粒物质冲击损伤变量,建立了颗粒物质冲击损伤演化方程,提出了冲击损伤累积确定方法。结果表明:较小的冲击速度可以导致颗粒物质产生损伤,损失累积弱化了颗粒物质的接触刚度,损伤累积可导致颗粒破碎,在离散元模拟过程中应考虑颗粒物质的损伤累积。

摘要：明洞顶部铺设缓冲垫层是提升明洞结构抗滚石冲击性能的重要措施之一,传统垫层主要以砂土材料为主,存在自重大、缓冲效果差等缺点。为此,引入具有轻质、高回弹性能的发泡聚乙烯(expandable polyethylene,EPE)材料,并与砂土组成EPE-砂土复合明洞垫层结构,采用物理模型试验及数值模拟手段,开展滚石冲击EPE-砂土复合垫层明洞动力响应研究及优化设计。研究表明:当垫层总厚度一定时,与传统砂土垫层、纯EPE垫层相比,EPE-砂土复合垫层在减缓滚石冲击力和降低下覆顶板应力及位移上均表现出更好的耗能缓冲效果;进一步,将EPE-砂土复合垫层应用于汶马高速桑坪隧道明洞工程中,通过多组工况数值模拟计算表明:当垫层总厚度设计为1.5 m时,在最大滚石设计冲击能级(1621 kJ)条件下,EPE-砂土复合垫层采用厚度比值为4∶1(砂土材料1.2 m,EPE材料0.3 m)时具有最佳防护效果。研究成果可为明洞工程EPE-砂土复合垫层设计提供理论依据及技术支持。

摘要：拦挡坝有效库容和泥石流冲击力是泥石流实体拦挡坝设计的重要指标,现有实体拦挡坝在泥石流反复冲击作用下淤积甚至填满,会对坝体调控能力产生重要影响.为此,基于理论分析和物理模型试验,开展坝后淤积条件下泥石流冲击实体拦挡坝动力响应研究,推导坝后淤积条件下泥石流速度衰减率、坝体拦挡率的无量纲计算公式,并建立考虑空间分布特性的坝后淤积条件下泥石流冲击力计算模型.结果表明:泥石流速度衰减率和坝体拦挡率与淤积体高度/淤积长度比值和泥石流相对容重呈正相关;泥石流冲击力静动荷载组合计算模型能较好反映坝后淤积条件下泥石流冲击力的组成和分布特征.上述研究可为泥石流实体拦挡坝工程设计提供理论及技术支持.

摘要：滚石冲击力是滚石防护工程设计的重要依据。为此,基于能量守恒原理,引入能量比例系数,考虑滚石冲击角度,提出滚石冲击土体的最大冲击力计算方法。通过物理模型试验,研究了滚石特征参数(质量与尺寸)、动力学参数(冲击速度与角度)及土体性质参数(密度与抗压强度)对能量比例系数的影响,构建能量比例系数无量纲经验公式,建立滚石冲击力计算模型并验证了模型的可靠性。结果表明:能量比例系数与滚石质量、冲击速度、冲击角度呈负相关关系,而与滚石尺寸、土体密度以及抗压强度正相关;提出的基于能量比例系数的滚石冲击力计算模型能够有效预测滚石最大冲击力,且与已有研究中大尺度模型试验结果吻合良好。研究成果可为滚石灾害防治提供理论依据及技术支持。

摘要：随着公路、铁路、城市立交桥的大量建设,跨线桥数量剧增,桥墩被汽车撞击的可能性大大增加。因此,针对目前铁路桥墩防车撞防护装置的不足,提出了一款泡沫铝基组合耗能装置的结构型式。该研究结合了静力压缩试验、落锤冲击试验以及有限元数值模拟,研究了防撞装置缓冲材料的物理力学性能及车辆撞击防撞装置的冲击动力学响应。结果表明,泡沫铝-聚氨酯-泡沫铝三层组合结构型式中工况3~4吸能效果最佳,其吸能密度(EA)、比吸能(SEA)以及吸能效率(EEA)值分别为3×10^(3) kJ/m^(3)、12.21 kJ/kg、28.57%。在数值模拟中,无防撞装置工况下,车辆撞击力最大值为5 332.99 kN,桥墩吸收的能量为22.05 kJ,最大应力为124.46 MPa,墩身产生明显损伤;在有防撞装置工况下,车辆撞击力最大值为2 674.41 kN,降低了49.85%;桥墩最大应力为6.96 MPa,降低了94.41%。结果表明该防撞装置组合结构对桥墩起到了良好的防护效果。

摘要：滚石灾害严重威胁山区铁路桥墩建设及运营安全。针对现有桥墩防撞装置存在缓冲效果差、不易安装修复等不足,开展防撞装置耗能机理及缓冲效果研究,提出采用具有优良耗能缓冲性能的泡沫铝和聚氨酯材料多层组合的防撞装置。结果表明:泡沫铝和聚氨酯材料均具有稳定的变形破坏模式和较长的应力平台区,可持续稳定地吸收能量;组合结构耗能效果与缓冲材料的厚度和密度分布相关,增加泡沫铝材料厚度和密度,组合结构吸能总量增幅较大,吸能效率和吸能稳定性受组合结构中的聚氨酯材料的影响较大;防撞装置缓冲材料按上层(表层)50 mm聚氨酯、下层(底层)50 mm泡沫铝的双层结构配置,防护效果最佳。

摘要：低频电磁场仿真是电气装备智能化的基础核心技术。该文基于计算电磁学自20世纪60年代以来的发展历程,讨论了低频电磁场仿真中若干关键问题的发展现状,展望了当前数值仿真领域的发展趋势。首先,介绍了低频电磁场计算基本方程及数值离散方法;其次,对低频电磁场计算中材料建模的均一化、各向异性、磁滞模型等方面开展了分析和探讨;随后,针对空间多尺度、趋肤效应、开放边界以及变形与运动对低频电磁场仿真中网格和离散格式的特殊性进行了阐释,分析了当前电磁-力-热多物理耦合中的关键问题,介绍了数字孪生模型构建中基于物理模型和数据驱动的建模方法及近期工作;最后,对数值仿真在优化设计、人工智能、新一代仿真软件等方面的发展趋势进行了分析和展望。当前,多尺度多物理耦合建模仿真方法仍是电磁场计算领域的研究重点。传统数值仿真与新兴计算技术、人工智能的结合愈加紧密。智能制造和数字孪生等前沿需求下,电磁场计算面临高效迭代仿真和实时仿真的挑战,由物理模型和数据共同驱动的替代建模是解决这两方面挑战的重要手段。工业CAE仿真软件架构正在发生着深刻变革,迫切需要我国自主CAE仿真软件核心技术及应用生态的提升。