FLAC-数值模拟分析
1 工程概况
研究此段为中条山隧道K9+450～K10+560段，此处隧道最大埋深约540 m，主要由太古界涑水群表壳岩组合解州片麻岩（Hgn）地层组成，构成中条山隧道分水岭北侧的主体；此段组成隧道的围岩岩性主要为变粒岩、花岗片麻岩等。该套地层岩性复杂，组合无规律。岩层产状整体倾向南东，倾角一般在50ｏ～70ｏ间变化。在AK9+900～AK10+000段为区域性断层影响段，此断层为破碎岩石组成，将为基岩裂隙水下渗提供通道，隧道开挖必将引起涌水，同时此段围岩稍差，施工时易引起坍塌。此段同时也是中条山北侧泉水主要涌出段，水文情况复杂。总体评价，本段工程地质条件差。
在此处，具体运用FLAC3D进行模拟的区段均取洞身YK10+100～YK10+180段。该区段为V级围岩区域，埋深为505～512 m，为断层，附近太古界涑水群花岗片麻岩、黑云斜长片麻岩、岩石破碎。隧道断面为SVc型，如图2-2所示。
图2-2 SVc型隧道断面图
隧道衬砌按新奥法原理设计，采用SVc型复合式衬砌，该衬砌适用于隧道洞身V级断层影响带及软弱破碎围岩段的初期支护及衬砌，超前支护各环采用42×4 mm注浆小导管超前预加固围岩，长4.5 m，环向间距35 cm，搭接长度1.3 m，
斜插角10ｏ～15ｏ，每环37根；初衬以喷、锚、网为主要支护手段：钢拱架为I20a 型钢，纵向间距75 cm，每榀钢拱架之间采用φ22钢筋连接，环形间距1.0 m；锚杆采用D25中空注浆锚杆，长3.5 m，间距75 cm（纵）×100 cm（环），与钢拱架交错布置；喷C25早强混凝土26 cm。二次衬砌和仰拱均为C30钢筋混凝土结构，厚50 cm。
1.2 数值计算模型
根据中条山隧道工程的实际状况，为提高计算速度，在保证计算精度的前提下，取桩号YK10+100～YK10+160段采用大型有限差分软件FLAC3D进行建模分析。
对于全断面法、预留核心土法、台阶法，由于整个隧道模型左右对称，为减少计算量，可取隧道模型的一半计算，隧道的计算模型I如图2-3所示。
Z
X
Y
图2-3 计算模型I示意图
x、y、z各方向的长度分别为60 m、60 m和140 m。模型的表面为自由边界，底部为固定边界条件，四周为法向位移约束边界条件。模型共有10912个节点，9360个实体单元。
对于单侧壁导坑法，由于整个隧道模型左右不对称，可取隧道模型的一半计
算，隧道的计算模型II 如图2-4所示。
x 、y 、z 各方向的长度分别为120 m 、60 m 和140 m 。模型的表面为自由边界，底部为固定边界条件，四周为法向位移约束边界条件。模型共有25637个节点，23220个实体单元。
X
Y Z
图2-4 计算模型II 示意图
FLAC 3D 提供了丰富的单元库供用户选择，这样可以对各种材料进行模拟。计算中V 级围岩均采用摩尔—库伦材料，初期支护体系中的喷层混凝土视为线弹性体，二次衬砌混凝土及仰拱均采用FLAC 3D 软件内置的壳单元（shell ）进行模拟，系统锚杆和锁脚锚杆均分别采用锚索单元（cable ）和桩单元（pile ）进行模拟，超前导管采用桩单元（pile ）进行模拟。各材料参数见表2-1。 1.3 数值计算说明
需要说明的是，由于研究该段埋深很大，最大处达到540 m 。此处假设隧道埋深为500 m ，假设地应力场仅考虑自重应力场，则按照等效方法在模型顶部竖直方向应施加的垂直向应力为z = 2650×9.8×420 =10.91MPa 。地应力平衡后，
模型底部垂直向应力z σ= 2650×9.8×560 =14.54MPa ，隧道中心垂直向应力z σ=
2650×9.8×500 =12.99MPa 现按照上述方法进行平衡，得到的竖向应力云图如图
2-5及图
2-6所示。 Itasca Consulting Group, Inc.Step 17407 Model Perspective Y: 3.000e+001 Y: 0.000 Magfac = 0.000e+000FLAC3D 3.00
Minneapolis, MN USA
18:51:01 Mon Dec 05 2011
Center:
X: 3.000e+001 Z: 1.000e+001Rotation:
X: 0.000 Z: 40.000Dist: 4.171e+002
Mag.: 1Ang.: 22.500
Contour of SZZ
Gradient Calculation
-1.3537e+007 to -1.3500e+007-1.3500e+007 to -1.3000e+007-1.3000e+007 to -1.2500e+007-1.2500e+007 to -1.2000e+007-1.2000e+007 to -1.1500e+007-1.1500e+007 to -1.1000e+007-1.1000e+007 to -1.0500e+007-1.0500e+007 to -1.0000e+007-1.0000e+007 to -1.0000e+007 Interval = 5.0e+005
图2-5 模型Ⅰ平衡地应力后垂直向应力分布云图（单位：Pa ）
Itasca Consulting Group, Inc.Step 20000 Model Perspective Center:
Rotation: Magfac = 0.000e+000Minneapolis, MN USA
18:57:44 Mon Dec 05 2011 X: 1.332e+001 Y: 3.882e+001 Z: 1.000e+001 X: 0.000 Y: 0.000 Z: 40.000Dist: 4.371e+002
Mag.: 1Ang.: 22.500
Contour of SZZ
Gradient Calculation
-1.4403e+007 to -1.4000e+007-1.4000e+007 to -1.3500e+007-1.3500e+007 to -1.3000e+007-1.3000e+007 to -1.2500e+007-1.2500e+007 to -1.2000e+007-1.2000e+007 to -1.1500e+007-1.1500e+007 to -1.1000e+007-1.1000e+007 to -1.0500e+007-1.0500e+007 to -1.0092e+007 Interval = 5.0e+005
图2-6 模型Ⅱ平衡地应力后垂直向应力分布云图（单位：Pa ）
隧道开挖进尺为2 m 。纵向每个网格长为2 m 。纵向有30个网格，即不论哪种工法，开挖到30步时，隧道模型即贯穿。
表2-1 材料参数汇总表
材料 密 度 （kg/m 3） 弹性模量（GPa ）
泊松比 黏聚力（MPa ）
内摩擦角
(°) V 级围岩 2650 5 0.4 0.085 38 初衬 2438.7 30.11 0.2 —— —— 二次衬砌 2500 30 0.2 —— —— 系统锚杆 2479 92.1 —— —— —— 锁脚锚杆 2549 68.6 —— —— —— 超前导管
2549
68.6
——
——
——
对于初期支护中钢拱架和钢筋网的支护作用采用等效方法计算，即将钢拱架和钢筋网的弹性模量折算给混凝土，其计算方法为：
g g 0c
A E E E A =+
（2-1）
式中：
E ——折算后的混凝土弹性模量（Pa ）；
E 0——原混凝土的弹性模量（Pa ）； A g ——初期支护钢拱架的截面积（m 2）； E g ——初期支护钢拱架的弹性模量（Pa ）； A c ——混凝土的截面积（m 2）。
对于系统锚杆及锁脚锚杆的参数选取，亦同样采用折算方法计算获得，其计算方法如下：
2211A E A E EA +=
（2-2）
E ——折算后的锚杆弹性模量（Pa ）； E 1——水泥砂浆弹性模量（Pa ）； E 2——钢管弹性模量（Pa ）； A ——锚杆截面积（m 2）； A 1——水泥砂浆截面积（m 2）； A 2——钢材截面积（m 2）；
对于隧道，实际开挖中，由于卸载打破了原来的平衡，围岩内的各质点在地应力的作用下，将沿最短距离向消除阻力的自由表面方向移动，引起围岩内应力的重新分布，直至达到新的平衡，形成所谓的“二次应力场”。开挖卸载之前，沿开挖边界上的各点都处于一定的初始应力状态，开挖使这些边界的应力解除，从而引起围岩变形和应力场的变化。从应力路径上看，隧道的开挖过程中应力场的变化是卸载的产物。因此，如何模拟出这种卸载作用显得尤其重要。为更精确的计算出隧道围岩变形及受力变化，Duncan 和Dunlop （1969）[i]最早提出了“反转应力释放法”，之后，国内外学者对其展开了深入研究，孙钧（1988）[ii]曾建议提出“反转应力释放法”，Mana [iii]曾提出由挖去单元所产生的释放荷载节点力向量提取等效释放荷载向量的方法，这些都对隧道开挖模拟方面，起到了指导作用。
在此处开挖岩体应力释放过程中，采用Mana 和Clough [57]提出的方法，即在每一步开挖之后，开挖体边界的节点将失去开挖体与之相连单元贡献的力，故在这些节点处，不平衡力将不再为0，其为开挖掉的与之相连单元贡献的力的矢量和，指向开挖面。而其他位置的节点，由于未发生应力增量，故其不平衡力仍然为0。此时再通过计算得出新的位移场和应力场。再进行下一步开挖计算。
在此处的三维模型模拟当中，由于考虑到隧道开挖的时空效应，同时考虑到
其与支护的共同作用。对应每一次开挖步，应力并不是一次释放完全的，当刚刚开挖到隧道某个位置时，释放这一部分的80%的不平衡力，当初衬在这个位置成环时，再释放这一部分的10%的不平衡力，当仰拱或二衬到达这个位置时，最后释放其10%的不平衡力。
此处运用不同工法进行施工时，具体的模拟过程如下：
（1）在模型顶部施加等效应力，平衡地应力；
（2）隧道开始开挖，每开挖一步，即计算1时步，记录此时开挖边界节点处的不平衡力，即原来开挖体对围岩的支撑力，反向加载这10%的支撑力，再计算3000时步，隧道最大不平衡力很小，即可认为开挖一步后达到平衡。
（3）开挖继续向前推进，当施作初衬时，反向加载此位置初始记录时的开挖界面各节点的10%的不平衡力；同时前方工作面继续开挖，按照（2）释放应力。计算3000时步后可认为这一开挖步结束。
（4）仰拱或二次衬砌在隧道某一位置施作完后，反向加载此位置初始记录时的开挖界面对应节点的10%的不平衡力，二衬施作时应力释放与仰拱类似，此时开挖向前推进，掌子面处仍按照（2）释放应力。计算3000时步之后可认为这一开挖步结束。
数值模拟报告(DOC)
第一部分：数值模拟技术研究文献综述 浅析数值模拟技术 1．引言 近年来，随着我国大规模地进行“西部大开发”和“南水北调”等巨型工程，越来越多的岩土工程难题摆在我们面前，单纯依靠经验、解析法显然已不能有效指导工程问题的解决，迫切需要更强有力的分析手段来进行这些问题的研究和分析。自R.W. Clough 上世纪60年代末首次将有限元引入某土石坝的稳定性分析以来，数值模拟技术在岩土工程领域取得了巨大的进步，并成功解决了许多重大工程问题。特别是个人电脑的普及及计算性能的不断提高，使得分析人员在室内进行岩土工程数值模拟成为可能。在这样的背景下，数值模拟特别是三维数值模拟技术逐渐成为当前中国岩土工程研究和设计的主流方法之一，也使得岩土工程数值模拟技术成为当今高校和科研院所岩土工程专业学生学习的一个热点。 采用大型通用软件对岩土工程进行数值模拟计算，在目前已成为项目科研、工程设计、风险评估等岩土类项目的必须，学习和掌握Ansys、FLAC3D、UDEC 等数值计算软件已成为学校、科研院所对工程从业人员的基本要求。 数值模拟方法主要有限元法、边界元法、加权余量法、半解析元法、刚体元法、非连续变形分析法、离散元法、无界元法和流形元法等，各种方法都有其对应的软件。 2.数值模拟的发展趋势 可以说, 继理论分析和科学试验之后, 数值模拟已成为科学技术发展的主要手段之一。随着软件技术和计算机技术的发展, 目前国际上数值模拟软件发展呈现出以下一些趋势： （1）. 由二维扩展为三维。早期计算机的能力十分有限，受计算费用和计算机储存能力的限制，数值模拟程序大多是一维或二维的，只能计算垂直碰撞或球形爆炸等特定问题。随着第三代、第四代计算机的出现, 才开始研制和发展更多的三维计算程序。现在，计算程序一般都由二维扩展到了三维，如LS-DYNA2D 和LS - DYNA3D、AUTODYN2D 和AUTO-DYN3D。 （2）.从单纯的结构力学计算发展到求解许多物理场问题。数值模拟分析方法最早是从结构化矩阵分析发展而来，逐步推广到板、壳和实体等连续体固体力学分析，实践证明这是一种非常有效的数值模拟方法。近年来数值模拟方法已发展到流体力学、温度场、电传导、磁场、渗流等求解计算，最近又发展到求解几个交叉学科的问题。例如内爆炸时，空气冲击波使墙、板、柱产生变形，而墙、板、柱的变形又反过来影响到空气冲击波的传播，这就需要用固体力学和流体动力学的数值模拟结果交叉迭代求解。 （3）.由求解线性问题进展到分析非线性问题。随着科学技术的发展，线性理论已经远远不能满足设计的要求。诸如岩石、土壤、混凝土等，仅靠线性计算理论就不足以解决遇到的问题，只有采用非线性数值算法才能解决。众所周知，非线性的数值模拟是很复杂的，它涉及到很多专门的数学问题和运算技巧，很难为一般工程技术人员所掌握。为此，近年来国外一些公司花费了大量的人力和资金，开发了诸如LS- DYNA3D、ABAQUS和AU-TODYN等专长求解非线性问题的有限元分析软件，并广泛应用于工程实践。这些软件的共同特点是具有高效
第三章 瞬态动力学分析
§3.1瞬态动力学分析的定义 瞬态动力学分析（亦称时间历程分析）是用于确定承受任意的随时间变化载荷结构的动力学响应的一种方法。可以用瞬态动力学分析确定结构在稳态载荷、瞬态载荷和简谐载荷的随意组合作用下的随时间变化的位移、应变、应力及力。载荷和时间的相关性使得惯性力和阻尼作用比较重要。如果惯性力和阻尼作用不重要，就可以用静力学分析代替瞬态分析。 瞬态动力学的基本运动方程是： 其中： [M] =质量矩阵 [C] =阻尼矩阵 [K] =刚度矩阵 {}=节点加速度向量 {}=节点速度向量 {u} =节点位移向量 在任意给定的时间，这些方程可看作是一系列考虑了惯性力（[M]{}）和 阻尼力（[C]{}）的静力学平衡方程。ANSYS程序使用Newmark时间积分方法在离散的时间点上求解这些方程。两个连续时间点间的时间增量称为积分时间步长（integration time step）。 §3.2学习瞬态动力学的预备工作 瞬态动力学分析比静力学分析更复杂，因为按“工程”时间计算，瞬态动力学分析通常要占用更多的计算机资源和更多的人力。可以先做一些预备工作以理解问题的物理意义，从而节省大量资源。例如，可以做以下预备工作：
1.首先分析一个较简单模型。创建梁、质量体和弹簧组成的模型，以最小的代价深入的理解动力学认识，简单模型更有利于全面了解所有的动力学响应所需要的。 2.如果分析包括非线性特性，建议首先利用静力学分析掌握非线性特性对结构响应的影响规律。在某些场合，动力学分析中是没必要包括非线性特性的。 3.掌握结构动力学特性。通过做模态分析计算结构的固有频率和振型，了解这些模态被激活时结构的响应状态。同时，固有频率对计算正确的积分时间步长十分有用。 4.对于非线性问题，考虑将模型的线性部分子结构化以降低分析代价。<<高级技术分指南>>中将讲述子结构。 §3.3三种求解方法 瞬态动力学分析可采用三种方法：完全（Full）法、缩减（Reduced）法及模态叠加法。ANSYS/Professional产品中只允许用模态叠加法。在研究如何实现这些方法之前，让我们先探讨一下各种方法的优点和缺点。 §3.3.1完全法 完全法采用完整的系统矩阵计算瞬态响应（没有矩阵缩减）。它是三种方法中功能最强的，允许包括各类非线性特性（塑性、大变形、大应变等）。 注─如果并不想包括任何非线性，应当考虑使用另外两种方法中的一种。这是因为完全法是三种方法中开销最大的一种。 完全法的优点是： ·容易使用，不必关心选择主自由度或振型。 ·允许各种类型的非线性特性。 ·采用完整矩阵，不涉及质量矩阵近似。 ·在一次分析就能得到所有的位移和应力。 ·允许施加所有类型的载荷：节点力、外加的（非零）位移（不建议采用）和单元载荷（压力和温度），还允许通过TABLE数组参数指定表边界条件。 ·允许在实体模型上施加的载荷。 完全法的主要缺点是它比其它方法开销大。
数值模拟
有限元软件在焊接热应力分析中的应用和发展 随着焊接温度场、应力场和变形的深入研究，有限元技术的发展与应用，以及近年来由于计算机技术的突飞猛进，目前在进行有限元分析时所用的软件方面已经有了不少优秀的计算分析软件，如:ANSYS,ABAQUS,ADINA,NASTRAN,MARC,SYSWBLD等可供焊接工作者选用[31。我国目前尚不具各开发大型通用有限元软件的条件，没有自主版权的商品化有限元软件，所以我国的有限元发展途径主要是使用、扩充和改进从国外引进的某些有限元软件。这些现有的有限元软件具有自动划分有限元网格和自动整理计算结果，并使之形成可视化图形的前后处理功能。因而，焊接工作者己经无需自己从头编制分析软件，可以利用上述商品化软件，必要时加上二次开发，即可以得到需要的结果，这就明显地加速了焊接模拟技术发展的进程。在国内还很少利用通用有限元软件分析焊接结构应力场的例子。中科院的颜抬霞[231等利用ANSYS对球壳焊接瞬态温度场、应力场进行模拟取得较好的结果。清华大学的鹿安理等利用MARC软件，开发专用用户子程序，使网格自适应技术更趋完善，并用于厚板焊接过程的三维数值模拟，取得了很好的效果，并在模型上利用相似原理及简化热源模型等技术问题进行探讨，提出未来焊接数值模拟应重点研究的几个问题。清华大学的蔡志鹏等人，利用MARC软件，简化热源模型，用串热源模型代替高斯热源进行焊接应力和变形的分析，但其实际分析例子只是进行切割变形分析，其方法的有效性还须进一步验证[241[251[26][271 SYSWELD2．1SYSWELD的特点 SYSWELD的开发最初源于核工业领域的焊接工艺模拟，当时核丁业需要揭示焊接工艺中的复杂物理现象，以便提前预测裂纹等重大危险。随着应用的发展，SYSWELD逐渐扩大了其应用范围，并迅速被汽车工业、航空航天、国防和重型工业所采用。 SYSWEI。D完伞实现了机械、热传导和金属冶金的耦合计算，允许考虑晶相转变及同一时间晶相转变潜热和晶相组织对温度的影响。在具体计算中分两步进行。首先实现温度和晶相组织的计算，然后进行机械力的计算。在机械力计算中，已经充分考虑了第一步计算的结果，如残余应力和应变的影响。 SYSWELD的电磁模型允许模拟点焊和感应加热，并可实现能量损失和热源加载的计算模拟。SYSWELD扩散与析出模型可实现渗碳、渗氮、碳氮共渗模拟，先计算化学元素的扩散和沉积，然后再考虑对热和机械性能的影响。SYS肌IJ)的氢扩散模型能计算模拟氢的浓度，预测冷裂纹的严重危害旧。 2．2 SYSWELD的应用 焊接残余应力是焊接过程中影响构件强度和寿命的主要囚素之一，通过计算机仿真分析可准确分析焊接时温度场、应力场的变化规律，焊接时构件的变形情况[Io-11J。利用SYSWELD 对某零件进行激光焊接仿真分析可得出一些结果云图，由这些云图能够判断构件在焊接过程中瞬态温度场的变化情况、构件中的应力以及焊接完成后残余应力的分布情况。最重要的是利用SYSWELD软件能够方便准确地分析焊接过程中材料金相组织的转化情况，为激光动态焊接过程数值仿真提供理论基础。 在焊接中，热膨胀与收缩伴随着金相转变而发生，从而导致焊接过程和焊后焊件的结构变形。在SYSWELD中这些囚素都可以进行模拟；焊接过程的热效应引发热应力(结构膨胀与收缩)，同样可以利用SYSWELD进行评估；通过SYSWELD，可以对焊接的内应力和金相结构进行预测，并将这些结果直接应用于产品寿命计算与分析。在许多工业上，经常将等厚或不等厚的材料焊接在一起后进行冲压，这些材料可以相同也可以不同。采用SYSWELD把焊接模拟的内应力和冶金特性作为初始条件加载到冲压模拟软件中，如PAM—STAMP就是专业的冲压模拟软件。
数值模拟分析实例
华中科技大学体育馆数值模拟分析 6.1分析模型的建立 采用有限元软件ANSYS建立该网壳结构有限元分析模型。整体屋盖结构共计1481个节点，4430个单元，16种截面类型。建模时，网壳结构主体结构部分 （包括主桁架、次桁架、水平支撑和檩条）采用ANSYS的LINK8杆单元建模，两侧翼的主梁、次梁和支承钢管柱均采用BEAM4梁单元，网壳结构屋面下部混凝土支承结构亦采用BEAM4梁单元。分析时，屋面板、设备管线等荷载等效为节点荷载，施加在结构节点上。 在网壳结构有限元分析中，对于杆件采用的LINK8 3-D Spar单元为三维单元，假设材料为均质等直杆，且在轴向上施加载荷，可以承受单向的拉伸或者压缩，每个节点上具有三个自由度，即沿X、丫和Z坐标轴方向。该单元具有塑性、蠕变、应力硬化和大变形等功能，能较好的模拟三维空间桁架单元。 对于两侧翼结构和下部支撑体系的柱、梁等结构采用的BEAM4单元是一个轴向拉压、扭转和弯曲单元，每个节点有三个平动自由度和三个转动自由度，具有应力刚化和大变形功能。 施工过程模拟分析时考虑时，同时考虑温度效应影响，计算时材料假定为理想弹塑性材料。
6.2分析工况选取 按照实际施工顺序，将网壳结构屋盖施工过程划分为 5个工况进行施工数值 模拟，计算温度取为该阶段施工完成时的环境温度。 工况1: 7榀拱形主桁架安装完毕，但临时支撑未撤除，计算温度为温度15C ； (a )短轴立面 1' 裁灌 1::“ 麻 MM ■■号 -? ■?■ 水 * S-ES-B- Kir *￡靈曲 r-…；： 1 ;u * 图6-1有限元分析模型
图6-4工况2中屋盖结构平面图图6-5工况2中屋盖结构立面图工况3：次桁架、水平支撑及楼梯安装完毕，临时支撑拆除，计算温度为29C; 图6-6工况2中屋盖结构平面图 (b )长轴立面 图6-7工况2中屋盖结构立面图工况4：檩条及设备管线安装完毕，计算温度为41C; 完成后拆除其临时支撑，计算温度为8C； (a)短轴立面 (b)长轴立面 (a)短轴立面
梳齿受力数值模拟与分析
第五章梳齿受力数值模拟与分析 梳齿是梳齿式采棉机的核心部件，是梳齿式采棉机主要的研究内容，梳齿的好坏直接影响棉花的采摘效果，由于梳齿在采摘过程中受力复杂，配合影响因素较多，因此本文主要选取梳齿在单个棉杆节点处的受力为梳齿的受力状况，主要分析梳齿在节点处的受力变形问题。通过ANSYS分析，为梳齿式采棉机采摘部分的优化设计提供理论依据和实验指导。 5.1 基于ANSYS梳齿模型的建立 5.1.1 几何模型构建及网格划分 ANSYS软件可以用于简单模型的建立，它和其他的二维、三维软件有很好的接口，因此对于复杂的模型一般都是先用PRO/E、SolidWorks、UG等三维造型软件进行建模，对于简单的模型，可以运用CAD、CAXA等二维绘图软件进行建模，然后导入ANSYS进行分析，本文中涉及的梳齿受力的结构比较简单，可以直接用ANSYS软件本身提供的建模工具进行建模。 对于梳齿受力的模拟可以是二维模拟也可以是三维模拟，由于本研究对象结构简单，形状均匀，受力简单，因此可以做些简化。在建模时采用二维有限元模型并将出棉口按密闭处理，网状输送管道做静态分析，简化后的影响将在第六章分析验证。本研究主要关心的是梳齿装置受力变形的分布情况，试验证明这样的简化对梳齿影响不大。 在模型生成后，要对梳齿受力区域内进行离散，即有限元网格的生成，网格划分可分为结构化网格和非结构化网格两种。采用结构化网格易于生成物面附近的边界层网格，且有较多算法和成熟的受力分析模型，但需要较长的物面离散时间，对复杂的外形必须构造不同的网络拓扑结构，无法实现网格的自动生成，费时费力。非结构化网格消除了结构化网格中节点的结构性限制，节点和单元的分布可控性好，能够很好的处理边界问题，适宜于模拟复杂外形[23]，近年来发展迅速，应用较为广泛。在进行网格划分时要考虑到分离室内的流动特性，进而对网格做适当的调整。 本文对梳齿式采棉机采摘部件的分析面采用非结构化网格划分，并适当对一些边界面进行加密，尽可能保持计算区域和实际流动区域的一致性，通过加密可以捕捉到在某些截面产生的巨大的受力梯度对梳齿造成的显著影响，以保证模拟计算的精度。建立梳齿的几何模型，整个梳齿的计算区域被划分单元格，生成的模型网格。 5.1.2 主要边界条件 本研究中，主要考虑梳齿在受不同种力对梳齿变形的影响，因此，设计不同
顶盖驱动流数值模拟分析
《数值传热学》作业： 顶 盖 驱 动 流 数 值 模 拟 分 析
西安科技大学能源学院安全技术及工程 申敬杰201112612
顶盖驱动流数值模拟分析 顶盖驱动流作为经典的数值计算模型，常常用来考核源程序和计算思想的正确性。这种流动边界条件简单，而且不涉及模型的影响，便于直接评价差分格式的性能。 1.引言 数值传热学，又称计算传热学，是指对描写流动与传热问题的控制方程采用数值方法，通过计算机求解的一门传热学与数值方法相结合的交叉学科。数值传热学的基本思想是把原来在空间与时间坐标中连续的物理量的场（如速度场，温度场，浓度场等），用一系列有限个离散点上的值的集合来代替，通过一定的原则建立起这些离散点变量值之间关系的代数方程（称为离散方程）。求解所建立起来的代数方程已获得求解变量的近似值。 由于实验方法或分析方法在处理复杂的流动与换热问题时，受到较大的限制，例如问题的复杂性，即无法做分析解，也因为费用的昂贵而无力进行实验测定，而数值计算的方法正具有成本较低和能模拟复杂或较理想的过程等优点，数值传热学得到了飞速的发展。特别是近年来，计算机硬件工业的发展更为数值传热学提供了坚实的物质基础，使数值模拟对流动与传热过程的研究发挥了重要的作用。 目前，比较著名的数值模拟分析应用软件有FLUENT、CFX、STAR-CD、和PHOENICS等，而FLUENT是国内外比较流行的商用CFD软件包，该软件以其市场占有率高、计算准确、界面友好、使用简单、应用领域广、物理模型多而获得较高的市场占有率和用户的肯定。 2.物理模型 在一个正方形的二维空腔中充满等密度的空气，方腔每边长为0.12m，取雷 诺数为Re=12000，由Re=vd/υ，方腔的当量直径d ，计算知d=0.12m，又υ=15.7 ×10 ﹣6m2/s，则顶盖驱动流的速度v=1.57m/s，即其顶板以1.57m/s的 速度向右移动，同时带动方腔内流体的流动，流场内的流体为紊流。计算区域示意图如图1所示。 v=1.57m/s L=0.12m 图1 计算区域示意图
第一章 非线性动力学分析方法
第一章非线性动力学分析方法（6学时） 一、教学目标 1、理解动力系统、相空间、稳定性的概念； 2、掌握线性稳定性的分析方法； 3、掌握奇点的分类及判别条件； 4、理解结构稳定性及分支现象； 5、能分析简单动力系统的奇点类型及分支现象。 二、教学重点 1、线性稳定性的分析方法； 2、奇点的判别。 三、教学难点 线性稳定性的分析方法 四、教学方法 讲授并适当运用课件辅助教学 五、教学建议 学习本章内容之前，学生要复习常微分方程的内容。 六、教学过程
本章只介绍一些非常初步的动力学分析方法，但这些方法在应用上是十分有效的。 1.1相空间和稳定性 一、动力系统 在物理学中，首先根据我们面对要解决的问题划定系统，即系统由哪些要素组成。再根据研究对象和研究目的，按一定原则从众多的要素中选出最本质要素作为状态变量。然后再根据一些原理或定律建立控制这些状态变量的微分方程，这些微分方程构成的方程组通常称为动力系统。研究这些微分方程的解及其稳定性以及其他性质的学问称为动力学。 假定一个系统由n 个状态变量1x ，2x ，…n x 来描述。有时，每个状态变量不但是时间t 的函数而且也是空间位置r 的函数。如果状态变量与时空变量都有关，那么控制它们变化的方程组称为偏微分方程组。这里假定状态变量只与时间t 有关，即X i ＝X i (t)，则控制它们的方程组为常微分方程组。 ),,,(2111 n X X X f dt dX ???=λ ),,,(2122 n X X X f dt dX ???=λ (1.1.1) … ),,,(21n n n X X X f dt dX ???=λ 其中λ代表某一控制参数。对于较复杂的问题来说，i f (i ＝l ，2，…n)一般是{}i X 的非线性函数，这时方程(1.1.1)就称为非线性动力系统。由于{}i f 不明显地依赖时间t ，故称方程组(1.1.1)为自治动力系统。若{}i f 明显地依赖时间t ，则称方程组(1.1.1)为非自治动力系统。非自治动力系统可化为自治动力系统。 对于非自治动力系统，总可以化成自治动力系统。 例如:)cos(t A x x ω=+
焊接接头延性损伤与断裂的数值模拟与分析
焊接接头延性损伤与断裂的数值模拟与分析 目录 第一章绪论 (1) 1.1 研究背景 (1) 1.2 理论基础及研究现状 (2) 1.2.1 延性损伤力学的发展 (2) 1.2.2 细观损伤力学的现状 (3) 1.2.3 延性裂纹扩展模拟研究现状 (5) 1.3 本文研究内容 (8) 第二章30Cr2Ni4MoV转子钢焊接接头GTN模型材料参数的确定 (9) 2.1 引言 (9) 2.2 实验方法 (9) 2.3 有限元计算模型 (11) 2.4 GTN模型参数的确定 (12) 2.5 结果分析 (15) 2.6 小结 (17) 第三章裂纹位置对焊接接头延性裂纹起裂和扩展的影响 (18) 3.1 概述 (18) 3.2 有限元计算模型 (18) 3.3 有限元计算结果及讨论 (19) 3.3.1 模拟的载荷位移曲线和J阻力曲线 (19) 3.3.2 延性裂纹起裂和扩展的力学分析 (21) 3.3.3 延性裂纹扩展路径 (26) 3.4 结论 (28) 第四章裂尖局部残余应力对焊接接头延性裂纹起裂和扩展的影响 (29) 4.1 概述 (29) 4.2 有限元模型 (30) 4.3 残余应力分布 (31) 4.3.1 母材、焊缝、热影响区中裂尖残余压应力分布 (31) 4.3.2 界面处残余压应力分布 (33) 4.3.3 裂尖残余拉应力分布 (33) 4.4 裂尖局部残余应力对载荷位移曲线和J阻力曲线的影响 (35)
4.4.1 局部残余压应力对载荷位移曲线和J阻力曲线的影响 (35) 4.4.2 残余拉应力对载荷位移曲线的影响 (38) 4.5 残余应力对应力、应变及损伤场的影响 (39) 4.5.1 母材裂尖局部残余压应力对裂尖前应力、应变、损伤场的影响 (39) 4.5.2 焊缝裂尖残余压应力对应力、应变、损伤场的影响 (43) 4.5.3裂尖残余压应力对焊缝和热影响区界面材料裂尖应力、应变、损伤场的影响 (46) 4.5.4母材裂尖局部残余拉应力对裂尖前应力、应变、损伤场的影响 (49) 4.6 小结 (52) 第五章残余应力对三维延性裂纹起裂和扩展的影响 (53) 5.1 概述 (53) 5.2 有限元模型 (54) 5.3 残余应力分布 (55) 5.4 残余应力对载荷位移曲线和J阻力曲线的影响 (58) 5.5 残余应力对裂纹扩展路径的影响 (60) 5.6 残余应力对应力、应变、损伤场的影响 (61) 5.7 小结 (65) 第六章总结 (67)
FLUENT算例 (3)三维圆管紊流流动状况的数值模拟分析
三维圆管紊流流动状况的数值模拟分析 在工程和生活中，圆管内的流动是最常见也是最简单的一种流动，圆管流动有层流和紊流两种流动状况。层流，即液体质点作有序的线状运动，彼此互不混掺的流动；紊流，即液体质点流动的轨迹极为紊乱，质点相互掺混、碰撞的流动。雷诺数是判别流体流动状态的准则数。本研究用CFD 软件来模拟研究三维圆管的紊流流动状况，主要对流速分布和压强分布作出分析。 1 物理模型 三维圆管长2000mm l =，直径100mm d =。 流体介质：水，其运动粘度系数6 2 110m /s ν-=?。 Inlet ：流速入口，10.005m /s υ=，20.1m /s υ= Outlet ：压强出口 Wall ：光滑壁面，无滑移 2 在ICEM CFD 中建立模型 2.1 首先建立三维圆管的几何模型Geometry 2.2 做Blocking 因为截面为圆形，故需做“O ”型网格。
2.3 划分网格mesh 注意检查网格质量。 在未加密的情况下，网格质量不是很好，如下图 因管流存在边界层，故需对边界进行加密，网格质量有所提升，如下图
2.4 生成非结构化网格，输出fluent.msh等相关文件 3 数值模拟原理 紊流流动
当以水流以流速20.1m /s υ=，从Inlet 方向流入圆管，可计算出雷诺数10000υd Re ν ==，故圆管内流动为紊流。 假设水的粘性为常数（运动粘度系数62 110m /s ν-=?）、不可压流体，圆管光滑，则流动的控制方程如下： ①质量守恒方程： ()()()0u v w t x y z ρρρρ????+++=???? (0-1) ②动量守恒方程： 2()()()()()()()()()()[]u uu uv uw u u u t x y z x x y y z z u u v u w p x y z x ρρρρμμμρρρ??????????+++=++??????????'''''????+---- ???? (0-2) 2 ()()()()()()()()()()[]v vu vv vw v v v t x y z x x y y z z u v v v w p x y z y ρρρρμμμρρρ??????????+++=++??????????'''''????+- ---???? (0-3) 2 ()()()()()()()()()()[]w wu wv ww w w w t x y z x x y y z z u w v w w p x y z z ρρρρμμμρρρ??????????+++=++??????????'''''????+- ---???? (0-4) ③湍动能方程： ()()()()[())][())][())]t t k k t k k k ku kv kw k k t x y z x x y y k G z z μμρρρρμμσσμμρεσ????????+++=+++????????? ?+ ++-?? (0-5) ④湍能耗散率方程： 212()()()()[())][())][())]t t k k t k k u v w t x y z x x y y C G C z z k k εεμμρερερερεεεμμσσμεεεμρσ??????? ?+++=+++??????????+++-?? (0-6) 式中，ρ为密度，u 、ν、w 是流速矢量在x 、y 和z 方向的分量，p 为流体微元体上的压强。 方程求解：采用双精度求解器，定常流动，标准ε-k 模型，SIMPLEC 算法。 4 在FLUENT 中求解计算紊流流动 4.1 FLUENT 设置 除以下设置为紊流所必须设置的外，其余选项和层流相同，不再详述。
ANSYS动力学分析
第5章动力学分析 结构动力学研究的是结构在随时间变化载荷下的响应问题，它与静力分析的主要区别是动力分析需要考虑惯性力以及运动阻力的影响。动力分析主要包括以下5个部分：模态分析：用于计算结构的固有频率和模态。 谐波分析（谐响应分析）：用于确定结构在随时间正弦变化的载荷作用下的响应。 瞬态动力分析：用于计算结构在随时间任意变化的载荷作用下的响应，并且可涉及上述提到的静力分析中所有的非线性性质。 谱分析：是模态分析的应用拓广，用于计算由于响应谱或PSD输入（随机振动）引起的应力和应变。 显式动力分析：ANSYS/LS-DYNA可用于计算高度非线性动力学和复杂的接触问题。 本章重点介绍前三种。 【本章重点】 ?区分各种动力学问题； ?各种动力学问题ANSYS分析步骤与特点。 5.1 动力学分析的过程与步骤 模态分析与谐波分析两者密切相关，求解简谐力作用下的响应时要用到结构的模态和振型。瞬态动力分析可以通过施加载荷步模拟各种何载，进而求解结构响应。三者具体分析过程与步骤有明显区别。 5.1.1 模态分析 1.模态分析应用 用模态分析可以确定一个结构的固有频率利振型，固有频率和振型是承受动态载荷结构设计中的重要参数。如果要进行模态叠加法谐响应分析或瞬态动力学分析，固有频率和振型也是必要的。可以对有预应力的结构进行模态分析，例如旋转的涡轮叶片。另一个有用的分析功能是循环对称结构模态分析，该功能允许通过仅对循环对称结构的一部分进行建模，而分析产生整个结构的振型。 ANSYS产品家族的模态分析是线性分析，任何非线性特性，如塑性和接触(间隙)单元，即使定义也将被忽略。可选的模态提取方法有6种，即Block Lanczos(默认)、Subspace、Power Dynamics、Reduced、Unsymmetric、Damped及QR Damped，后两种方法允许结构中包含阻尼。 2.模态分析的步骤
公路隧道数值模拟(分析讲课版)
广东省交通厅科技项目 复杂地质条件下隧道施工安全 保障技术研究 茶林顶公路隧道初始应力状态及施工力学数值模拟 目录 1 工程概况 (1) 2 工程地质条件 (1) 2.1地形地貌 (1) 2.2地质构造 (1) 2.2.1褶皱 (1) 2.2.2断层 (1) 2.3地层岩性 (1) 3 MIDAS/GTS简介 (2) 4隧道岩体应力场的数值模拟 (3) 4.1数值分析模型的建立 (3) 4.2数值模拟结果分析 (4) 4.2.1 最大主应力特征 (4) 4.2.2 最小主应力特征 (7) 4.2.3 最大剪应力特征 (9)
4.3主要结论 (12) 5隧道典型横断面施工力学数值模拟 (12) 5.1计算参数的选取 (12) 5.2数值分析模型的建立 (13) 5.3施工过程控制 (14) 5.4数值分析结果及其分析 (14) 5.3.1围岩位移特征 (14) 5.3.2围岩应力特征 (21) 5.3.3围岩屈服接近度特征 (32) 5.3.4断层带位移特征 (35) 5.3.5断层带应力特征 (41) 5.3.6断层带屈服接近度特征 (50) 5.3.7隧道初期支护结构内力及应力特征 (53) 5.5主要结论 (67) 6 结论和建议 (67)
1 工程概况 广梧高速公路茶林顶公路隧道左线起点里程LK71+566，终点里程LK74+261，全长2695m；右线起点里程RK71+632，终点里程LK74+246，全长2614m。为双洞四车道，左、右线隧道分离布设，设计行车速度为80km/h。 2 工程地质条件 2.1地形地貌 隧道地处茶林顶重丘山岭区，山体走向总体呈近北东或北西向，地势总体呈南高北低，隧道线路经过最大高程约为355m，隧道进出口丘山体呈缓坡状，自然坡度为10°~20°，隧道中部山顶及山凹两侧山坡坡度较大，约30°~35°，山体植被茂密，主要生长松树和杂草，山体地表发育有数条小沟谷，部分沟谷内有长年流水，地表水量较小，隧道中部为一较大沟谷（分水凹），呈北东方向，平时无水流，但大雨时水量较大。 2.2地质构造 2.2.1褶皱 根据地质填图岩性组合分析对比，隧道区存在一背斜褶皱构造，其轴部为泥盆系东岗岭组地层，两翼为泥盆系榴江组地层，为一向北西倾覆背斜构造。 2.2.2断层 分布于郁南茶林顶F7断层，地貌上表现为沟谷，推荐线路大致在右线K72＋980处遇该断层，影响带宽20～30m。断层走向NE40?～45?，倾向NW，倾角75?~80?。受断层影响，中泥盆统东岗岭组白云质灰岩破碎，形成构造角砾岩和密集节理带，地表沟谷中有泉水溢出。钻孔岩心显示断层角砾呈棱角、次棱角状，为方解石脉胶结，脉中晶洞及自形方解石发育，反映其晚期活动为张性和正断层特征。 2.3地层岩性 第四系覆盖层主要为亚粘土，下伏基岩主要为上泥盆统榴江组砂岩和中泥盆统东岗岭组白云质灰岩，其褶皱相对发育，从地表看，LK71+730(RK71+710)～LK72+950(RK72+940)，LK73+620(RK73+605)～LK74+000(RK73+960)为上泥盆统榴江组砂岩、页岩、石英砂岩，其余为中泥盆统东岗岭组白云质灰岩、灰岩。 1、耕植土（Q pd）：灰褐色，湿，可塑状，主要由亚粘土组成，局部可见有植物根系，偶
FLAC-数值模拟分析
1工程概况 研究此段为中条山隧道K9+450～K10+560段，此处隧道最大埋深约540m，主要由太古界涑水群表壳岩组合解州片麻岩（Hgn）地层组成，构成中条山隧道分水岭北侧的主体；此段组成隧道的围岩岩性主要为变粒岩、花岗片麻岩等。该套地层岩性复杂，组合无规律。岩层产状整体倾向南东，倾角一般在50ｏ～70ｏ间变化。在AK9+900～AK10+000段为区域性断层影响段，此断层为破碎岩石组成，将为基岩裂隙水下渗提供通道，隧道开挖必将引起涌水，同时此段围岩稍差，施工时易引起坍塌。此段同时也是中条山北侧泉水主要涌出段，水文情况复杂。总体评价，本段工程地质条件差。 在此处，具体运用FLAC3D进行模拟的区段均取洞身YK10+100～YK10+180段。该区段为V级围岩区域，埋深为505～512m，为断层，附近太古界涑水群花岗片麻岩、黑云斜长片麻岩、岩石破碎。隧道断面为SVc型，如图2-2所示。 图2-2SVc型隧道断面图 隧道衬砌按新奥法原理设计，采用SVc型复合式衬砌，该衬砌适用于隧道洞身V级断层影响带及软弱破碎围岩段的初期支护及衬砌，超前支护各环采用42×4mm注浆小导管超前预加固围岩，长4.5m，环向间距35cm，搭接长度1.3m，斜插角10ｏ～15ｏ，每环37根；初衬以喷、锚、网为主要支护手段：钢拱架为I20a型钢，纵向间距75cm，每榀钢拱架之间采用φ22钢筋连接，环形间距1.0m；锚杆采用D25中空注浆锚杆，长3.5m，间距75cm（纵）×100cm（环），与钢拱架交错布置；喷C25早强混凝土26cm。二次衬砌和仰拱均为C30钢筋混凝土结构，厚50cm。 1.2数值计算模型 根据中条山隧道工程的实际状况，为提高计算速度，在保证计算精度的前提下，取桩号YK10+100～YK10+160段采用大型有限差分软件FLAC3D进行建模分析。 对于全断面法、预留核心土法、台阶法，由于整个隧道模型左右对称，为减少计算量，可取隧道模型的一半计算，隧道的计算模型I如图2-3所示。 图2-3计算模型I示意图 x、y、z各方向的长度分别为60m、60m和140m。模型的表面为自由边界，底部为固定边界条件，四周为法向位移约束边界条件。模型共有10912个节点，9360个实体单元。 对于单侧壁导坑法，由于整个隧道模型左右不对称，可取隧道模型的一半计算，隧道的计算模型II如图2-4所示。 x、y、z各方向的长度分别为120m、60m和140m。模型的表面为自由边界，底部为固定边界条件，四周为法向位移约束边界条件。模型共有25637个节点，23220个实体单元。 图2-4计算模型II示意图 FLAC3D提供了丰富的单元库供用户选择，这样可以对各种材料进行模拟。计算中V级围岩均采用摩尔—库伦材料，初期支护体系中的喷层混凝土视为线弹性体，二次衬砌混凝土及仰拱均采用
数值模拟步骤演示教学
数值模拟步骤
数值模拟 1、CFD方法简介 利用CFD方法，采用流体力学分析软件Fluent对三相分离器的流场进行了研究和分析，为实验研究提供理论支持。 CFD是英文Computational Fluid Dynamics(计算流体动力学) 的缩写,是一门用数值计算方法求解流动主控方程以发现各种流动现象规律的学科]。用CFD 技术进行数值求解的基本思想是: 把原来在空间与时间坐标中连续的物理量的场, 用一系列有限个离散点上的值的集合来代替, 通过一定的原则来建立离散点上变量值之间关系的代数方程, 求解代数方程以获得所求解变量的近似值。其主要用途是对流态进行数值仿真模拟计算，因此，CFD技术的用途十分广泛，可用于传质、传热、动量传递及燃烧等方面的研究。 流体机械的研究中多用CFD方法对分离器进行仿真模拟，其基本应用步骤如下： 1) 利用Gimbit进行前处理 a. 根据分离的形状、结构及尺寸建立几何模型； b. 对所建立的几何模型进行网格划分； 2) 利用Fluent进行求解 a. 确定计算模型及材料属性； b. 对研究模型设置边界条件； c. 对前期设置进行初始化，选择监视器，进行迭代计算； 3)利用Fluent进行后续处理，实现计算结果可视化及动画处理。
上述迭代求解后的结果是离散后的各网格节点上的数值,这样的结果不直观。因此需要将求解结果的速度场、温度场或浓度场等用计算机表示出来，这也是CFD 技术应用的必要组成部分。 利用CFD方法进行仿真模拟可以对分离器的结构设计及参数选择作出指导，保证设计的准确度，也可以为分离器样机的试验提供理论参考。由于CFD仿真模拟的广泛使用及其重要性，国内外很多学者，如Mark D Turrell、M.Narasimha、师奇威等都对其进行了研究，尤其是A.F. Nowakowski及Daniel J.SUASNABAR等人]对CFD 技术在旋流器模拟方面的应用做了详细的介绍，这些工作对CFD技术的发展起到了积极的促进作用。 2、控制方程 流体流动要受物理定律的支配，基本的守恒定律包括：质量守恒定律，动量守恒定律、能量守恒定律。如果流动处于湍流状态，系统还应要遵守附加的湍流输运方程。 1、基本假设 （1）鉴于我国各主力油田采出液含水已达到80％以上，故以水代替采出液进行分析计算；天然气的主要成分是是甲烷，故采用甲烷的替代天然气的性质； （2）在工作状态下，流动不随时间变化，流动为稳态； （3）水在管内的流动可以简化成二维流动； （4）不考虑温度的影响，服从绝热流动基本方程。 2、基本控制方程 （1）连续性方程 在直角坐标系下的质量守恒方程又称连续性方程：
ansys动力学分析全套讲解
第一章模态分析 §模态分析的定义及其应用 模态分析用于确定设计结构或机器部件的振动特性（固有频率和振型），即结构的固有频率和振型，它们是承受动态载荷结构设计中的重要参数。同时，也可以作为其它动力学分析问题的起点，例如瞬态动力学分析、谐响应分析和谱分析，其中模态分析也是进行谱分析或模态叠加法谐响应分析或瞬态动力学分析所必需的前期分析过程。 ANSYS的模态分析可以对有预应力的结构进行模态分析和循环对称结构模态分析。前者有旋转的涡轮叶片等的模态分析，后者则允许在建立一部分循环对称结构的模型来完成对整个结构的模态分析。 ANSYS产品家族中的模态分析是一个线性分析。任何非线性特性，如塑性和接触（间隙）单元，即使定义了也将被忽略。ANSYS提供了七种模态提取方法，它们分别是子空间法、分块Lanczos法、PowerDynamics法、缩减法、非对称法、阻尼法和QR阻尼法。阻尼法和QR阻尼法允许在结构中存在阻尼。后面将详细介绍模态提取方法。 §模态分析中用到的命令 模态分析使用所有其它分析类型相同的命令来建模和进行分析。同样，无论进行何种类型的分析，均可从用户图形界面（GUI）上选择等效于命令的菜单选项来建模和求解问题。 后面的“模态分析实例（命令流或批处理方式）”将给出进行该实例模态分析时要输入的命令（手工或以批处理方式运行ANSYS时）。而“模态分析实例（GUI方式）” 则给出了以从ANSYS GUI中选择菜单选项方式进行同一实例分析的步骤。（要想了解如何使用命令和GUI选项建模，请参阅<
数值模拟软件大全
数值模拟软件大全 GEO-SLOPE Offical WebSite: www. geo-slope. com SLOPE/W: 专业的边坡稳定性分析软件, 全球岩土工程界首 选的稳定性分析软件 SEEP/W: 专业的地下渗流分析软件, 第一款全面处理非饱和土体渗流问题的商业化软件 SIGMA/W: 专业的岩土工程应力应变分析软件, 完全基于土(岩)体本构关系建立的专业有限元软件 QUAKE/W: 专业的地震应力应变分析软件, 线性、非线性土体的水平向与竖向耦合动态响应分析软件 TEMP/W: 专业的温度场改变分析软件, 首款最具权威、涵盖范围广泛的地热分析软件 CTRAN/W: 专业的污染物扩散过程分析软件, 超值实用、最具性价比的地下水环境土工软件 AIR/W:专业的空气流动分析软件, 首款处理地下水-空气-热相互作用的专业岩土软件 VADOSE/W: 专业的模拟环境变化、蒸发、地表水、渗流及地下水对某个区或对象的影响分析软件, 设计理论相当完善和全面的环境土工设计软件 Seep3D(三维渗流分析软件)是GeoStudio2007专门针对工程结构中的真实三维渗流问题, 而开发的一个专业软件, Seep3D软件将强大的交互式三维设计引入饱和、非饱和地下水的建模中, 使用户可以迅速分析各种各样的地下水渗流问题. 特点:GeoStudio其实就是从鼎鼎大名的GEO-SLOPE发展起来的, 以边坡分析出名, 扩展到整个岩土工程范围, 基于. NET平台开发的新一代岩土工程仿真分析软件, 尤其是VADOSE/W模块是极具前瞻性的, 环境岩土工程分析的利器. 遗憾的是其模块几乎都只提供平面分析功能. Rocscience Offical WebSite: www. rocscience. com Rocscience 软件的二维和三维分析主要应用在岩土工程和 采矿领域, 该软件使岩土工程师可以对岩质和土质的地表 和地下结构进行快速、准确地分析, 提高了工程的安全性并 减少设计成本. Rocscience 软件对于岩土工程分 析和设计都很方便, 可以帮助工程师们得到快速、正确的解答. Rocscience 软件对于用户最新的项目都有高效的解算结果, 软件操作界面是基于WINDOWS 系统的交互式界面. Rocscience 软件自带了基于CAD 的绘图操作界面, 可以随意输入多种格式的数据进行建模, 用户可以快速定义模型的材料属性、边界条件等, 进行计算得到自己期望的结果. Rocscience 软件包括以下十三种专业分析模块: Slide 二维边坡稳定分析模块
基于Fluent的三通管数值模拟及分析
第40卷第2期 当 代 化 工 Vol.40，No. 2 2011年2月 Contemporary Chemical Industry February，2011 收稿日期： 2010-08-17 作者简介： 魏显达（1983-），男，硕士，黑龙江北安人，2007年毕业于大庆石油学院电子信息工程，研究方向：塔顶流出系统的腐蚀与防 基于 Fluent 的三通管数值模拟及分析 魏显达，王为民， 徐建普 （辽宁石油化工大学石油天然气工程学院， 辽宁 抚顺 113001） 摘 要：Fluent 软件作为流体力学中通用性较强的一种商业CFD 软件应用范围很广。通过利用Fluent 计算流体动力学（CFD）的软件，对石油工业系统中常见的三通管内部流体进行了模拟分析，得到了三通管内在流体流动时的速度、压力和温度场分布图，为石油管道中的流体输送提供了理论依据。 关 键 词：Fluent；三通管；模拟分析；分布图 中图分类号： TQ 018 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2011）02-0165-03 Numerical Simulation and Analysis of Fluid in Three-way Connection Pipe Based on Fluent Software WEI Xian-da ，WANG Wei-min ，XU Jian-pu (Institute of Petroleum and gas engineering , Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001，China ） Abstract : As a commercial CFD software with good universality, the Fluent software has been used extensively. In this paper, Simulation analysis on fluid in the three-way connection pipe of the oil industry was carried out by the software of fluid mechanics computation .Then distribution graphs of velocity , pressure and temperature of fluid in the three-way pipe were gained ，which can offer theoretical basis on fluid transportation in the petroleum pipeline. Key words : Fluent three-way ；Connection pipe ；Simulation analysis ；Distribution graphs Fluent 是目前国际上比较流行的商用CFD 软件包，在美国的市场占有率为60%，广泛应用于流体、热传热和各种化学反应等有关工业。软件包括前处理器（利用Gambit 进行物理建模、网格划分和划定边界层条件）、求解器（根据专业条件不同，采用不同的求解器，并规定物性、外部工作环境和进行数值迭代）和后处理器（把一些数据可视化，满足用户的特定要求）。 三通管在石油工业中应用广泛，采用传统的设计开发方法，存在经济成本高，研发周期长等缺陷，耗费大量的人力、物力 [1-2] 。应用CFD 软件，能够在 相对较短的设计周期内，较低的成本运行下，准确模拟流动具体过程，如速度场、压力场和温度场等的时变特性等。CFD 技术已经成为不可缺少的设计手段。 本文利用Fluent 的超强数值计算和分析能力对三通管道内原油流动时的速度、压强和温度场进行了数值模拟和分析，为石油管道中的流体输送提供了可靠的理论依据。 1 数学模型的建立和分析 输油管道管中，原油在三通管内的流动属于湍流，简化方程管道内的流体流动满足质量守恒、动量守恒、能量守恒、状态方程等。 连续性方程（连续性方程式质量守恒定律在流体力学中的表现形式）在直角坐标系下表示为（（1）方程） [3-5] ： 0)()()(=??+??+??+??z y x t z y x νννρρρρ （1） 式中：V x ，V y ，V z 是速度矢量ν在x 、y 和z 轴方向的分量，t 是时间，ρ是密度。 最常用的湍流求解模型是标准k -ε湍流模型。它需要求解湍动能k ((2)方程)和耗散率ε((3)方程)，具体如下所示： Y G G x x M b k i t i k t k ?+++??+??=ρεσμρ μ)[(d d （2） K K k t C G C G C x x b K i t i εμρεσμερεεε2 231)(])[(d d ?++??+??= （3）