[发明专利]颗粒流与有限差分法耦合计算方法有效

专利信息
申请号: 201410310306.7 申请日: 2014-07-01
公开(公告)号: CN104091009B 公开(公告)日: 2017-04-05
发明(设计)人: 赵学亮;龚维明 申请(专利权)人: 东南大学
主分类号: G06F17/50 分类号: G06F17/50
代理公司: 南京苏高专利商标事务所(普通合伙)32204 代理人: 李晓
地址: 210096 *** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 颗粒 有限 差分法 耦合 计算方法
【说明书】:

技术领域

发明涉及一种离散介质与连续介质计算模拟方法,具体涉及一种颗粒流与有限差分法耦合计算方法,属于计算岩土力学技术领域。

技术背景

目前,在岩土力学数值计算领域,常用的方法有有限元法、有限差分法、颗粒流等方法,有限元法和有限差分法将岩土体视为连续介质对其进行计算,只能对岩土体进行宏观分析,不能对土体颗粒的细观特性进行分析;颗粒流法将岩土体视为离散体,针对岩土体的细观特性进行分析,但考虑到空间尺度问题,颗粒半径与工程模型中最小结构的尺寸应该保持一定的比例(内尺度一般取0.01~0.1),这就造成颗粒流模型需要上百万的三维颗粒,致使进行颗粒流法计算对计算机硬件要求很高,计算成本很大。因此,迫切需要一种切实的计算方法使有限差分法和颗粒流法能够耦合计算,实现岩土体数值模拟计算过程中局部采用颗粒流分析其细观特性,其余部分采用有限差分法进行分析,分析其整体的宏观特性。

发明内容

本发明的目的是针对当前岩土体数值模拟方法主要采用有限元、有限差分法、颗粒流等单一方法进行模拟现状,以及有限元、有限差分法不能分析岩土体细观特性和颗粒流法计算成本大的局限性,提出了一种颗粒流和有限差分法耦合算法,实现两种不同介质边界相互作用力的传递,并以牛顿第二定律为基础,分别对颗粒流和有限差分网格进行计算,建立了考虑离散介质-连续介质完全耦合的岩土材料计算模型。

技术方案:本发明提出的颗粒流与有限差分法耦合计算方法,包括以下步骤:

(1),模型信息输入及边界节点信息的传输

首先确定问题域,并将问题域划分为离散介质区域和连续介质区域,对于离散介质区域采用颗粒流法建立计算模型,对于连续介质区域采用有限差分法建立计算模型,输入计算问题域的标识、模型参数以及外力信息,并确定离散介质与连续介质的接触边界,将处于接触边界上的有限差分网格节点的坐标、速度初始化并传输到颗粒流计算模块,以此进行接触边界网格划分;

(2),接触边界网格函数形式

采用自然坐标映射法,运用形函数和节点坐标作为参数表示边界网格,边界网格的空间

形态为多参数曲面:

xi[C]=Nj×xij]]>

N1=14(1+ξ)(1+η)]]>

N2=14(1-ξ)(1+η)---(1)]]>

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