在自然界和工程領(lǐng)域,固體顆粒材料與流體介質(zhì)之間的耦合作用問(wèn)題廣泛存在。在工業(yè)裝備領(lǐng)域,對(duì)工業(yè)設(shè)備內(nèi)部的顆粒材料流-固耦合進(jìn)行分析,可利于工業(yè)設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化;在自然界領(lǐng)域,對(duì)地質(zhì)災(zāi)害等問(wèn)題的顆粒材料流-固耦合進(jìn)行分析,可避免安全事故的發(fā)生,減少災(zāi)害損失。本文采用基于Minkowski Sum方法構(gòu)造的擴(kuò)展多面體DEM模擬顆粒材料的力學(xué)行為,采用弱可壓縮格式的SPH方法模擬流體的動(dòng)力過(guò)程。相比于球體單元,基于Minkowski Sum方法的擴(kuò)展多面體單元能更加真實(shí)形象地描述出泥沙、碎石和碎冰等散體介質(zhì)的幾何形狀。SPH法無(wú)需引入其他方法處理液體自由表面,且適用于并行計(jì)算。在SPH固壁邊界處理一般方法中,通常都會(huì)采用與粒子有關(guān)的粒子邊界,這種處理方式并不利于復(fù)雜邊界的處理,而且增加了計(jì)算消耗。本文基于傳統(tǒng)的邊界排斥力模型,并在此基礎(chǔ)上加以改進(jìn),提出了新型無(wú)粒子邊界處理方法,能夠提高計(jì)算效率,而且適用于復(fù)雜邊界的處理。基于上述兩種數(shù)值方法,采用簡(jiǎn)化邊界排斥力模型的界面耦合方式實(shí)現(xiàn)了基于擴(kuò)展多面體的DEM-SPH耦合數(shù)值模擬,并且在SPH方法中引入了速度修正項(xiàng)和張力修正項(xiàng)以消除非物理震蕩。... 

【文章來(lái)源】：大連理工大學(xué)遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：62 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 引言
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展
        1.2.1 顆粒材料與流體耦合的DEM-CFD方法
        1.2.2 顆粒材料與流體耦合的DEM-LBM方法
        1.2.3 顆粒材料與流體耦合的DEM-SPH方法
    1.3 本文主要工作
2 擴(kuò)展多面體DEM和 SPH基本理論及GPU并行算法
    2.1 基于閔可夫斯基和的擴(kuò)展多面體DEM方法及其計(jì)算模型
        2.1.1 基于閔可夫斯基和的擴(kuò)展多面體單元
        2.1.2 擴(kuò)展多面體接觸模型
        2.1.3 擴(kuò)展多面體單元粘結(jié)模型
    2.2 SPH方法的基本算法
        2.2.1 SPH的積分表示法
        2.2.2 SPH的粒子近似法
        2.2.3 流體控制方程的SPH形式
        2.2.4 SPH光滑核函數(shù)
    2.3 GPU-CUDA并行計(jì)算架構(gòu)
        2.3.1 并行方法簡(jiǎn)述
        2.3.2 CUDA硬件架構(gòu)與編程模式
        2.3.3 GPU-CUDA并行計(jì)算性能測(cè)試
    2.4 本章小結(jié)
3 SPH-DEM耦合的邊界處理方法
    3.1 SPH邊界處理的一般方法
    3.2 耦合邊界的改進(jìn)處理方法
    3.3 耦合邊界改進(jìn)處理方法的驗(yàn)證
    3.4 本章小結(jié)
4 SPH-DEM耦合方法的應(yīng)用
    4.1 潰壩沖擊塊體的數(shù)值模擬
    4.2 海底管道落石的數(shù)值模擬
    4.3 消波塊護(hù)坡的數(shù)值模擬
    4.4 本章小結(jié)
5 結(jié)論與展望
    5.1 結(jié)論
    5.2 展望
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于LBM-DEM的鼓泡床內(nèi)氣泡-顆粒動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬[J]. 李斌,張尚彬,張磊,滕昭鈺,王佑天.  化工學(xué)報(bào). 2018(09)
[2]基于CFD與DEM耦合方法的河床變形數(shù)值模擬[J]. 雷明,趙濤,周家文,王協(xié)康.  泥沙研究. 2018(03)
[3]極區(qū)船舶及海洋結(jié)構(gòu)冰荷載的離散元分析[J]. 季順迎,王帥霖,劉璐.  科技導(dǎo)報(bào). 2017(03)
[4]考慮粒間滾動(dòng)阻力的CFD-DEM流-固耦合數(shù)值模擬方法[J]. 王胤,艾軍,楊慶.  巖土力學(xué). 2017(06)
[5]多樁錐體海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)冰荷載遮蔽效應(yīng)離散元分析[J]. 王帥霖,狄少丞,季順迎.  海洋工程. 2016(02)
[6]氣固兩相流介尺度LBM-DEM模型[J]. 王利民,邱小平,李靜海.  計(jì)算力學(xué)學(xué)報(bào). 2015(05)
[7]基于擴(kuò)展多面體的離散單元法及其作用于圓樁的冰載荷計(jì)算[J]. 劉璐,龍雪,季順迎.  力學(xué)學(xué)報(bào). 2015(06)
[8]基于CFD-DEM耦合并行算法的錐形噴動(dòng)床內(nèi)離散顆粒數(shù)值模擬[J]. 任立波,韓吉田.  東南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2014(05)
[9]零質(zhì)量射流激勵(lì)下誘發(fā)液體相變及其格子Boltzmann方法模擬[J]. 任晟,張家忠,張亞,苗衛(wèi)丁.  物理學(xué)報(bào). 2014(02)
[10]一種考慮流體狀態(tài)方程的土體CFD-DEM耦合數(shù)值方法[J]. 蔣明鏡,張望城.  巖土工程學(xué)報(bào). 2014(05)

碩士論文
[1]泥石流動(dòng)力特性的數(shù)值模擬研究[D]. 茍印祥.重慶大學(xué) 2012
[2]光滑質(zhì)點(diǎn)流體動(dòng)力學(xué)（SPH）算法研究[D]. 鄭興.哈爾濱工程大學(xué) 2005



本文編號(hào)：3281510