[發明專利]一種暴雨環境下管道多物理場作用致災機理演示方法

在審

• 申請號: 202010603642.6
• 申請日: 2020-06-29
• 公開（公告）號: CN111859738A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 方宏遠;李斌;楊康建;何航;譚佩玲;張曦君
• 申請（專利權）人: 鄭州大學;壩道工程醫院（平輿）
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/28;G06F30/13;G06F113/08;G06F113/14;G06F119/14
• 代理公司: 長沙楚為知識產權代理事務所(普通合伙) 43217
• 代理人: 李大為

本發明涉及一種暴雨環境下管道多物理場作用致災機理演示方法，包括S1、構建管道標準結構模型；S2、構建管道?流體場耦合模型：設置所述管道的三維模型內部空間為流體場，管道內流體場為氣液兩相流場，并設置液相流場為紊流狀態；S3、對所述管道?流體場耦合模型進行耦合計算，進而得到管道上覆土壓力、交通荷載和流體荷載對管道的致災機理，并進行可視化展示。本發明可實現真正意義上的混凝土管道多物理場耦合求解，用于揭示暴雨環境下長期服役混凝土管道的致災機理，同時可對影響混凝土管道力學響應的因素，如流量、流速、內壓、管壁粗糙度等進行參數化分析，且該方法同樣適用于混凝土、PCCP、HDPE等多種管道多物理場耦合作用下的致災機理研究。

技術領域

本發明涉及管道致災機理研究領域，尤其涉及一種暴雨環境下管道多物理場作用致災機理演示方法。

背景技術

在我國城市地下管網建設中，混凝土管道長度已經超過100萬公里，且隨著我國城鎮化進程的加快，混凝土管道的建設規模還在不斷攀升。然而，我國早期修建的混凝土管道服役時間較長，老舊失修問題異常突出，導致管道腐蝕、滲漏、脫空、脫節等病害共存，在某些不利條件組合下誘發爆管、地面坍塌等事故的概率顯著增加。

當前針對埋地混凝土管道力學機理的研究大多只考慮交通荷載、管內流體、管土相互作用等單一因素，而實際中的管道通常受多種荷載的耦合作用，如交通荷載、上覆土壓力和管內流體荷載。研究指出，當管道受流體荷載單獨作用時，其對管道的影響并不顯著，而當管內流體和其他荷載耦合作用時，可能會誘發不可預測的風險。

專利號為ZL201710012823.X的專利文獻公開了一種基于計算流體動力學(CFD,Computational Fluid Dynamics)的管道快速充水過程中滯留氣團熱力學特性的模擬方法，首先進行三維建模、網格劃分，然后采用VOF(Volume Of Fluid)方法進行氣水兩相瞬變流動計算；最后，利用后處理軟件對計算結果進行處理。同時考慮水體、氣體壓縮性的基礎上，考慮水體-氣體-固體壁面之間的熱傳導及對流傳熱效應，從而更準確地模擬快速充水過程中能量耗散，進而更深入地研究該過程中氣-水耦合作用及氣團熱動力學特性。但是不能有效的解決混凝土在暴雨情況下的致災機理。

因而現有的混凝土致災機理研究方面存在不足，還有待改進和提高。

發明內容

鑒于上述現有技術的不足之處，本發明的目的在于提供一種暴雨環境下管道多物理場作用致災機理演示方法，能夠用于揭示暴雨后長期服役的埋地混凝土管道在上覆土壓力、交通荷載、管道內流體荷載共同作用下管道的致災機理。

為了達到上述目的，本發明采取了以下技術方案：

一種暴雨環境下管道多物理場作用致災機理演示方法，包括

S1、構建管道標準結構模型：分別建立管道、土體、橡膠圈三維模型，構建以實際工況為基礎的整合模型，將所述管道的內壁定義為耦合面，并在整合模型中土體上表面構建交通荷載模型，得到管道標準結構模型；

S2、構建管道-流體場耦合模型：設置所述管道的三維模型內部空間為流體場，管道內流體場為氣液兩相流場，并設置液相流場為紊流狀態；將所述氣液兩相流場與所述管道標準結構模型進行耦合構建；

S3、對所述管道-流體場耦合模型進行耦合計算，進而得到管道上覆土壓力、交通荷載和流體荷載對管道的致災機理，并進行可視化展示。

優選的所述的暴雨環境下管道多物理場作用致災機理演示方法，步驟S1中，構建所述管道標準結構模型步驟如下：

S11、分別按照預設工況建立管道、土體、橡膠圈三維模型；

S12、材料屬性設置：使用CDP模型描述管道應力應變關系對管道賦予材料參數，同時對土體、橡膠圈賦予基礎材料參數；所述應力應變關系包括受拉關系和受壓關系；