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块石空间分布对土石混合体边坡稳定性的影响

工程力学 2014年第2期31卷 177-183页

作者：邵帅季顺迎大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室大连116023

土石混合体是自然界中分布广泛的一种地质材料,受组分多样性,块石粒径大小不一和块石空间分布位置随机等因素的影响,其物理力学性质十分复杂。在土石混合体边坡的稳定性分析中,以往大多将其简化为均匀地质体结构而不考虑块石的影响。该... 详细信息

土石混合体是自然界中分布广泛的一种地质材料,受组分多样性,块石粒径大小不一和块石空间分布位置随机等因素的影响,其物理力学性质十分复杂。在土石混合体边坡的稳定性分析中,以往大多将其简化为均匀地质体结构而不考虑块石的影响。该文采用有限元强度折减法,对土体和四种不同类型块石分布的土石混合体边坡分别在自重状态(准静态)和打桩作用(动态)下的稳定性进行了分析,探讨了块石空间分布对剪切带和边坡稳定性的影响。计算结果表明,土石混合体边坡内的剪切带具有明显的绕石效应,位于土石混合体边坡内部不同位置处的块石对边坡稳定性产生的影响不同。

关键词：土石混合体有限元分析稳定性边坡剪切带绕石效应

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颗粒材料计算力学专题序

力学学报 2021年第9期53卷 2355-2356页

作者：季顺迎大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室辽宁大连116023

颗粒材料广泛地存在于自然环境、工业生产和日常生活等诸多领域,其受加载速率、约束条件等因素的影响具有复杂的力学行为.颗粒材料常与流体介质、工程结构物耦合作用并共同组成复杂的颗粒系统,并呈现出非连续性、非均质性的复杂力学特性... 详细信息

颗粒材料广泛地存在于自然环境、工业生产和日常生活等诸多领域,其受加载速率、约束条件等因素的影响具有复杂的力学行为.颗粒材料常与流体介质、工程结构物耦合作用并共同组成复杂的颗粒系统,并呈现出非连续性、非均质性的复杂力学特性.目前,离散元方法已成为解决不同工程领域颗粒材料问题的有力工具,然而其在真实颗粒形态的构造、接触算法、颗粒与流体及工程结构的耦合模型、多介质和多尺度问题,以及高性能大规模计算等方面仍面临着诸多亟待解决的问题.

关键词：颗粒材料离散元方法计算力学颗粒系统接触算法大规模计算颗粒形态多尺度问题

非均匀颗粒材料的类固-液相变行为及本构方程

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力学学报 2007年第2期39卷 223-237页

作者：季顺迎大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室大连116023

以非均匀颗粒介质为研究对象,采用三维离散元方法对其在不同密集度和剪切速率下的动力过程进行了数值模拟,分析了其在由瞬时接触的快速流动向持续接触的准静态流动的转变过程及其行为特点．通过对不同材料性质下相变过渡区内颗粒材料的... 详细信息

以非均匀颗粒介质为研究对象,采用三维离散元方法对其在不同密集度和剪切速率下的动力过程进行了数值模拟,分析了其在由瞬时接触的快速流动向持续接触的准静态流动的转变过程及其行为特点．通过对不同材料性质下相变过渡区内颗粒材料的宏观应力、接触时间数、配位数、团聚颗粒数量、有效摩擦系数等参量的计算,更加全面地描述了非均匀颗粒材料在类固-液相变过程中的基本特征．基于以上数值计算结果,建立了一个适用于颗粒材料类固态、类液态以及其相变过程的本构方程,并通过剪切室实验结果验证了它的合理性．

关键词：非均匀颗粒材料类固-液相变本构方程配位数接触时间数

海冰与自升式海洋平台相互作用GPU离散元模拟

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力学学报 2014年第4期46卷 561-571页

作者：狄少丞季顺迎大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室大连116023

在海冰与自升式海洋平台结构的相互作用过程中,冰载荷是影响平台结构振动响应和疲劳寿命的重要因素.采用具有粘接--破碎效应的离散元模型,可对海冰与自升式海洋平台结构作用中的海冰破碎特征及相应冰载荷进行数值分析.针对自升式海洋平... 详细信息

在海冰与自升式海洋平台结构的相互作用过程中,冰载荷是影响平台结构振动响应和疲劳寿命的重要因素.采用具有粘接--破碎效应的离散元模型,可对海冰与自升式海洋平台结构作用中的海冰破碎特征及相应冰载荷进行数值分析.针对自升式海洋平台的多桩腿结构特性及其冰载荷离散元分析的大规模计算需求,建立了基于GPU的并行算法并开发了相应的计算程序.为实现离散元分析的高效计算,采用网格排序方法创建单元邻居列表,以快速确定海冰单元间及其与平台结构间的接触模式和作用力.此外,还发展了球体单元与圆柱形结构在不同接触形式下的计算模型.为检验该离散元模型的有效性,对渤海锥体海洋平台结构的作用过程进行了计算,并与现场实测冰力数据进行了对比验证.在此基础上对多桩腿自升式平台结构的冰载荷进行了离散元分析,获得了海冰的破坏特性,确定了不同桩腿上的冰力时程.该模型可进一步应用于不同类型海洋结构的冰载荷分析,为冰区海洋平台的结构设计和现役平台结构的疲劳分析提供参考依据.

关键词：海冰自升式海洋平台离散元模型 GPU并行计算

基于多介质、多尺度离散元方法的冰载荷数值冰水池

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力学学报 2021年第9期53卷 2427-2453页

作者：季顺迎田于逵大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室辽宁大连116024 中国船舶科学研究中心江苏无锡214082

极地船舶与海洋工程结构冰载荷的确定是其结构抗冰设计、冰区安全运行和结构完整性管理的重要研究内容.当前快速发展的高性能计算技术和多介质、多尺度数值方法为准确、高效地计算结构冰载荷提供了有效的途径,其中以离散元方法为代表的... 详细信息

极地船舶与海洋工程结构冰载荷的确定是其结构抗冰设计、冰区安全运行和结构完整性管理的重要研究内容.当前快速发展的高性能计算技术和多介质、多尺度数值方法为准确、高效地计算结构冰载荷提供了有效的途径,其中以离散元方法为代表的数值方法取得了出色的研究成果.为此,本文针对目前极地船舶与海洋工程结构对冰载荷及力学响应的工程需求,同时考虑国内外对海冰、工程结构与流体相互耦合的多介质、多尺度数值方法研究现状,对极地船舶与海洋工程数值冰水池的概念、框架、开发技术以及基于离散元方法的软件实现与工程应用进行了论述.数值冰水池在船舶与海洋工程结构冰载荷确定方面具有可靠性、经济性、快速性、扩展性和情景化等显著优势.本文工作借鉴数值水池的研究思路,以典型船舶和海洋平台结构冰载荷及结构力学响应的离散元计算为例,探讨了数值冰水池研究的可行性和工程应用前景,阐述其与理论分析、现场测量和模型试验研究相结合的必要性.以上研究有益于中国在极地船舶与海洋工程领域形成具有独立知识产权的数值计算分析平台,对中国极地海洋强国的战略实施具有很好的启发和指导意义.

关键词：极地船舶与海洋工程冰载荷离散元方法数值冰水池多介质与多尺度

风沙影响下铁路道碴变形模量的离散元数值分析

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计算力学学报 2012年第3期29卷 439-445页

作者：严颖狄少丞苏勇季顺迎大连交通大学土木与安全工程学院大连116028 大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室大连116023

针对风沙区有碴铁路道床的结构特性,对其在细沙贯入下的有效变形模量研究有助于理解风沙影响下的道床动力特性。采用离散单元模型对道碴碎石和细沙颗粒进行数值建模,并对不同含沙率γ下的有效变形模量进行了数值分析。结果表明,在低含... 详细信息

针对风沙区有碴铁路道床的结构特性,对其在细沙贯入下的有效变形模量研究有助于理解风沙影响下的道床动力特性。采用离散单元模型对道碴碎石和细沙颗粒进行数值建模,并对不同含沙率γ下的有效变形模量进行了数值分析。结果表明,在低含沙率下(γ30%),变形模量随含沙率的增加呈线性降低,以上变形模量随含沙量的变化规律与试验结果相一致。基于离散单元模型的数值模拟,在细观尺度上对沙石混合体的力链强度、空间分布及配位数进行了分析,揭示了沙石混合体有效变形模量随含沙量变化的内在机理。本文工作对风沙区有碴铁路道床力学行为的研究具有一定的借鉴意义,有助于促进风沙影响下有碴铁路道床的结构设计和沙害治理。

关键词：铁路道碴含沙率变形模量离散元方法

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海冰与直立结构相互作用的离散单元数值模拟

工程力学 2013年第1期30卷 463-469页

作者：季顺迎狄少丞李正毕祥军大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室大连116023

在冰区油气开发中,海冰会导致海洋结构的强烈振动,并对结构累积疲劳损伤、上部油气管线和设备,以及操作人员健康构成很大的威胁。在海冰与直立海洋结构的相互作用中,冰荷载的幅值和频率一直是海冰工程研究的重要内容。该文针对海冰与直... 详细信息

在冰区油气开发中,海冰会导致海洋结构的强烈振动,并对结构累积疲劳损伤、上部油气管线和设备,以及操作人员健康构成很大的威胁。在海冰与直立海洋结构的相互作用中,冰荷载的幅值和频率一直是海冰工程研究的重要内容。该文针对海冰与直立海洋结构作用中的破碎过程,建立了海冰的离散单元模型。它将海冰离散为若干个规则排列且具有粘接-破碎功能的颗粒单元,并通过海冰单轴压缩试验对单元间的粘接强度进行确定;在此基础上对直立海洋平台结构的作用过程进行了数值计算,获得了不同桩径下的冰荷载和结构冰振响应,为冰区平台结构设计和现役海洋结构的疲劳寿命评估提供了参考依据。

关键词：海冰海洋结构冰荷载离散单元模型粘接强度

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基于能量守恒接触模型的任意形态颗粒和复杂结构通用多边形网格离散元方法

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Acta Mechanica Sinica 2023年第1期39卷 85-97页

作者：李继乔婷季顺迎 State Key Laboratory of Structural Analysis for Industrial Equipment Dalian University of Technology Dalian 116024 China

非规则颗粒与复杂结构的接触行为在自然环境与工业生产过程中广泛存在,为对复杂结构中任意形态颗粒的动力过程进行合理仿真,本文基于能量守恒接触理论发展了一种通用的多边形网格离散元方法.在该方法中,将弹性应变能密度用于指定接触能... 详细信息

非规则颗粒与复杂结构的接触行为在自然环境与工业生产过程中广泛存在,为对复杂结构中任意形态颗粒的动力过程进行合理仿真,本文基于能量守恒接触理论发展了一种通用的多边形网格离散元方法.在该方法中,将弹性应变能密度用于指定接触能函数的具体形式,从而得到了考虑接触区域复杂形貌的法向接触力模型.同时,针对由多边形网格统一构建的非规则颗粒和复杂结构,建立了一个统一的接触检测施行方案.因此,多边形网格离散元方法针对于颗粒-颗粒和颗粒-结构之间接触行为的模拟在形状构造、接触检测和接触力计算等方面均建立了通用和统一的模型,避免了因不同接触情形下接触计算模型的不同而导致的数值跳跃.为了定性地验证该方法的能量守恒性和鲁棒性,选取了一组考虑到不同形状类型(凸形、凹形和表面粗糙形)的颗粒样本进行了从简单到复杂的系列验证和模拟.相关验证及模拟结果表明,本文发展的通用多边形网格离散元方法及其包含的相关模型是研究复杂结构中非规则颗粒材料动力学行为的一种有效工具.

关键词：多边形网格离散元方法能量守恒接触行为颗粒材料接触模型接触理论接触检测

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冲击荷载下颗粒物质缓冲性能的试验研究

物理学报 2012年第18期61卷 301-307页

作者：季顺迎李鹏飞陈晓东大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室大连116023

颗粒物质是一种复杂的能量耗散体系.颗粒间的摩擦和黏滞作用可使冲击荷载引起的能量有效衰减,颗粒间的力链结构又可将瞬时局部冲击荷载进行空间扩展和时间延长,达到良好的缓冲效果.为研究颗粒物质对冲击荷载的缓冲性能,本文采用重力作... 详细信息

颗粒物质是一种复杂的能量耗散体系.颗粒间的摩擦和黏滞作用可使冲击荷载引起的能量有效衰减,颗粒间的力链结构又可将瞬时局部冲击荷载进行空间扩展和时间延长,达到良好的缓冲效果.为研究颗粒物质对冲击荷载的缓冲性能,本文采用重力作用下球体冲击简内颗粒物质的试验系统,研究了简体底部作用力在颗粒材料、颗粒厚度等因素影响下的变化规律.试验结果表明:非规则颗粒具有更加良好的缓冲性能,粗颗粒的缓冲性能略高于细颗粒.颗粒厚度H是影响缓冲性能的重要因素,并存在一个临界厚度H_c.当HH_c时,H对缓冲效果的影响不再显著.以上研究是在同一冲击能量下进行的,而对于不同冲击能量下的H_c还需要深入开展.通过颗粒物质对冲击荷载缓冲性能的试验研究,可揭示颗粒材料的基本物理力学行为,为其在缓冲减振领域中的应用提供依据.

关键词：颗粒物质,缓冲性能,能量消耗,冲击荷载