[發(fā)明專利]一種基于LBM-DDA耦合的堆積體滲流侵蝕破壞模擬計(jì)算方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110578213.2
• 申請(qǐng)日: 2021-05-26
• 公開（公告）號(hào): CN113268874B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃達(dá);孟秋杰;宋宜祥;岑奪豐;鐘助
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 天津翰林知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12210
• 代理人: 王瑞

1.一種基于LBM-DDA耦合的堆積體滲流侵蝕破壞模擬計(jì)算方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟1、將流場(chǎng)劃分為歐拉網(wǎng)格，并設(shè)定歐拉網(wǎng)格中的初始參數(shù)，得到LBM流場(chǎng)；根據(jù)所要模擬的堆積體塊體的級(jí)配，編程生成代表堆積體塊體幾何形狀的塊體，并隨機(jī)選擇產(chǎn)生位置，塊體邊界區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)格設(shè)為拉格朗日網(wǎng)格，定義塊體的接觸參數(shù)，得到DDA塊體；進(jìn)而得到LBM-DDA流固耦合模型；

步驟2、在LBM-DDA流固耦合模型中加入插值格式的邊界條件方程，將DDA塊體邊界對(duì)歐拉網(wǎng)格的作用離散到整個(gè)LBM流場(chǎng)中，得到DDA塊體對(duì)LBM流場(chǎng)的單向作用；

步驟3、完成DDA塊體對(duì)LBM流場(chǎng)的單向作用計(jì)算后，進(jìn)行LBM流場(chǎng)的歐拉網(wǎng)格之間的碰撞和遷移，完成LBM流場(chǎng)的計(jì)算；

步驟4、根據(jù)LBM流場(chǎng)，應(yīng)用基于伽利略不變的動(dòng)量交換法計(jì)算LBM流場(chǎng)作用于DDA塊體的流體曳力，再將流體曳力作為載荷施加到相應(yīng)的DDA塊體上；

步驟5、DDA塊體的接觸搜索：判定DDA塊體間的相對(duì)狀態(tài)；相對(duì)狀態(tài)包括接觸狀態(tài)和張開狀態(tài)，接觸狀態(tài)包括鎖定狀態(tài)和滑動(dòng)狀態(tài)；

若判定結(jié)果為接觸狀態(tài)，則設(shè)置接觸彈簧形成的接觸子矩陣，并對(duì)DDA塊體間的接觸面上的粘聚力進(jìn)行計(jì)算；若判定結(jié)果為張開狀態(tài)，則不設(shè)置接觸子矩陣，DDA塊體間不存在接觸面上的粘聚力；在粘聚力的計(jì)算中，如果DDA塊體間出現(xiàn)過滑動(dòng)狀態(tài)或張開狀態(tài)，則此DDA塊體間的接觸面上的粘聚力消失，在后續(xù)的時(shí)間步中此DDA塊體間永遠(yuǎn)不存在粘聚力；

步驟6、DDA塊體的動(dòng)力學(xué)計(jì)算：根據(jù)步驟5的判定結(jié)果，當(dāng)DDA塊體間的相對(duì)狀態(tài)為接觸狀態(tài)時(shí)，計(jì)算DDA塊體的單元?jiǎng)偠染仃嚭屯饬仃嚕玫紻DA塊體產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)或碰撞時(shí)的接觸力；然后將該接觸力與步驟4得到的流體曳力進(jìn)行合成，得到合力以及合力矩；再根據(jù)牛頓第二定律求出DDA塊體的加速度，再對(duì)時(shí)間積分進(jìn)而求得DDA塊體的速度和位移，從而不斷累加，實(shí)現(xiàn)DDA塊體的大位移計(jì)算；

步驟7、首先，判斷是否到達(dá)最大計(jì)算時(shí)間，若沒有達(dá)到則返回步驟2，若達(dá)到，首先通過輸出DDA塊體的坐標(biāo)，獲取滲流侵蝕破壞后的LBM-DDA流固耦合模型的孔隙率以及模型受到滲流侵蝕破壞后損失的DDA塊體的質(zhì)量和直徑分布；然后，通過LBM流場(chǎng)得到該模型在受到滲流侵蝕破壞后的滲透系數(shù)，進(jìn)而得到滲流侵蝕破壞后的LBM-DDA流固耦合模型的計(jì)算結(jié)果。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于LBM-DDA耦合的堆積體滲流侵蝕破壞模擬計(jì)算方法，其特征在于，步驟1中，歐拉網(wǎng)格的初始參數(shù)包括分布密度函數(shù)和速度邊界條件。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于LBM-DDA耦合的堆積體滲流侵蝕破壞模擬計(jì)算方法，其特征在于，步驟1中，歐拉網(wǎng)格中的分布密度函數(shù)由平衡分布密度函數(shù)確定，平衡分布密度函數(shù)如式(1)所示：

式(1)中，f_i^eq為平衡分布密度函數(shù)；ρ為歐拉網(wǎng)格的密度，f_i為分布密度函數(shù)；ω_i為權(quán)重；e_i為離散速度矢量；v＝(v_x,v_y)代表出入口流速。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于LBM-DDA耦合的堆積體滲流侵蝕破壞模擬計(jì)算方法，其特征在于，步驟2中，插值格式的邊界條件方程如式(2)所示：

式(2)中，f_i'和f′_inv(i)為完成碰撞之后的分布密度函數(shù)，下標(biāo)inv(i)和i代表其速度方向相反；q為某個(gè)歐拉網(wǎng)格到DDA塊體邊界的直線距離；δf_i'為DDA塊體表面運(yùn)動(dòng)引起的速度矯正：

式(3)中，c_s為網(wǎng)格速度，u_ω為DDA塊體邊界處的速度。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于LBM-DDA耦合的堆積體滲流侵蝕破壞模擬計(jì)算方法，其特征在于，步驟3中，碰撞和遷移過程是：對(duì)每個(gè)歐拉網(wǎng)格中的分布密度函數(shù)在每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)通過碰撞進(jìn)行重新分配，再將重新分配后的分布密度函數(shù)沿離散速度方向遷移到最近的歐拉網(wǎng)格上。