波浪作用下斜坡堤護(hù)面塊體應(yīng)力分布數(shù)值模擬.pdf

1、斜坡式防波堤是港口和近海工程中常用的防護(hù)結(jié)構(gòu)，研究斜坡堤表面的護(hù)面塊體的強(qiáng)度破壞對(duì)防止護(hù)面塊體在極端海況下發(fā)生斷裂破壞有著重要意義。但在物理模型實(shí)驗(yàn)中，由于比尺效應(yīng)的影響，使得物模實(shí)驗(yàn)結(jié)果不能真實(shí)的反映出原型護(hù)面塊體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。因此開(kāi)展波浪作用下斜坡式防波堤護(hù)面塊體強(qiáng)度破壞的數(shù)值模擬研究具有十分重要的學(xué)術(shù)意義和工程應(yīng)用價(jià)值。
　　本文建立了基于有限元離散元耦合方法(FEM/DEM)和光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)方法(SPH)的二維流固耦合數(shù)

2、學(xué)模型，模擬了在波浪荷載作用下斜坡上的護(hù)面塊體內(nèi)部的應(yīng)力分布。結(jié)構(gòu)物的水動(dòng)力條件采用SPH方法來(lái)模擬，造波邊界和水槽邊界以及結(jié)構(gòu)物邊界采用虛擬粒子模擬，提出了流固交界面處的界面力平衡邊界條件，在滿足流體粒子不可穿透固體邊界的邊界條件的同時(shí)滿足固體邊界的接觸力邊界條件，保證了流體與固體耦合面的相容性與移動(dòng)性。護(hù)面塊體的受力和運(yùn)動(dòng)和變形采用FEM/DEM方法模擬。不同塊體間的接觸力采用基于勢(shì)函數(shù)的罰函數(shù)法來(lái)計(jì)算，采用連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的方法計(jì)算單

3、元內(nèi)部的應(yīng)力，并將單元質(zhì)量及節(jié)點(diǎn)力分配至單元節(jié)點(diǎn)上，采用中心差分的顯式方法計(jì)算單元節(jié)點(diǎn)在下一時(shí)刻的位置。
　　在二維數(shù)值防波堤建立與離散的過(guò)程中采用計(jì)算機(jī)可視化繪圖技術(shù)和非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格技術(shù)，保證了所劃分的網(wǎng)格疏密均勻且對(duì)各種形狀的邊界有很強(qiáng)適應(yīng)性，同時(shí)也保證了塊體表面虛擬粒子在不規(guī)則截面邊界上分布均勻。應(yīng)用ANSYS軟件和本文的數(shù)值模型對(duì)靜水壓力作用下的混凝土方塊的內(nèi)部應(yīng)力分布進(jìn)行了比較模擬分析，驗(yàn)證了所建立的耦合數(shù)學(xué)模型的計(jì)算精度