水底管道抛石加固过程的DEM-SPH耦合分析

作者：刘圆; 张普然; 刘璐; 季顺迎^*

来源：计算力学学报, 2021, 38(03): 355-363.

• DEM-SPH耦合
• 离散元方法
• 光滑粒子流体动力学
• 扩展多面体
• 抛石

水底管道的抛石加固过程是典型的颗粒-流体耦合问题。采用DEM-SPH耦合方法模拟颗粒-流体系统,其中离散元方法(DEM)用于模拟落石,光滑粒子流体动力学方法(SPH)用于模拟流体。通过三维Voronoi切割算法生成不规则形状的多面体,并基于闵可夫斯基原理构造扩展多面体形态的落石单元。通过SPH的边界排斥力模型计算颗粒与流体间的作用力,从而建立DEM-SPH耦合方法。采用该方法模拟溃坝与楔形块入水的过程,将计算结果与试验结果及其他数值结果进行对比分析,分别验证了SPH与DEM-SPH耦合方法的合理性。建立锥形结构模拟卸料斗和水底管道,采用DEM-SPH耦合方法模拟落石通过卸料斗入水并与水底管道相互作用的过程,确定了落石和水对管道的作用力,并分析了卸料斗静止与运动时的落石堆积情况。以上研究表明,DEM-SPH方法可有效模拟颗粒材料、水和工程结构的相互作用,可进一步应用于水下抛石过程的结构和参数设计。

• 单位
  工业装备结构分析国家重点实验室; 大连理工大学