离散元—有限元耦合应用关键技术研究

发布时间：2021-05-17 02:15

　　颗粒-结构相互作用问题广泛存在于工程应用中。机械结构作为连续介质,通常利用有限元软件进行模拟分析。而颗粒物料作为离散介质,其运动过程则通过离散元软件模拟。将有限元法和离散元法相结合,把离散元模型中颗粒对结构的接触载荷导出,并将其转换为结构有限元分析的相应节点载荷,分析颗粒对结构的影响,可为开展结构的强度、刚度等方面的评估提供依据。本文运用有限元软件ABAQUS.离散元软件PFC3D及数学运算软件MATLAB,研究了颗粒离散元与结构有限元耦合应用的技术路线与算法实现。本文主要开展了以下工作：（1）利用ABAQUS建立结构有限元模型,通过基于Python脚本的ABAQUS的二次开发获取有限元网格信息。（2）利用MATLAB编程对结构有限元模型进行表面提取,实现面向PFC3D的结构模型表征。（3）建立基于PFC3D的离散元模型,模拟颗粒与结构的接触过程,并通过PFC3D的内嵌FISH语言编程输出边界壁面的接触力。（4）利用MATLAB编程实现接触载荷DEM-FEM映射转换,将表面接触力等效移置到有限元模型相应节点上,获得结构分析的节点载荷。 

【文章来源】：青岛科技大学山东省

【文章页数】：106 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 课题研究的背景
    1.2 国内外研究概况
    1.3 课题研究内容及设计思路
        1.3.1 课题研究内容
        1.3.2 课题设计思路
    1.4 本章小结
2 有限元理论与离散元理论概述
    2.1 有限元理论
        2.1.1 有限元法简介
        2.1.2 有限元法解题步骤
        2.1.3 常应变三角形单元有限元法
    2.2 离散元理论
        2.2.1 离散元法简介
        2.2.2 离散元法基本方程
        2.2.3 离散元法接触本构模型
    2.3 本章小结
3 所涉及应用软件介绍
    3.1 ABAQUS软件介绍
        3.1.1 ABAQUS简介
        3.1.2 ABAQUS的主要模块
        3.1.3 ABAQUS的PYTHON脚本
    3.2 MATLAB软件介绍
        3.2.1 MATLAB简介
        3.2.2 MATLAB的主要功能
    3.3 PFC3D软件介绍
        3.3.1 PFC3D简介
        3.3.2 PFC3D的基本特征
    3.4 本章小结
4 有限元数值信息提取及FEM-DEM离散表征实现
    4.1 建立有限元模型
        4.1.1 UG建立三维实体模型
        4.1.2 模型导入ABAQUS并提交分析
    4.2 PYTHON脚本实现单元节点信息提取
    4.3 表征化算法设计
    4.4 表征算法MATLAB编程
        4.4.1 建立进程及数据导入
        4.4.2 确定单元面的共享次数
        4.4.3 输出表面数据
    4.5 本章小结
5 PFC3D离散元建模及颗粒-壁面作用力的获取
    5.1 FISH语言
        5.1.1 FISH语言规则
        5.1.2 FISH语句
        5.1.3 FISH语言与PFC3D命令的对接
        5.1.4 预定义变量和函数
    5.2 WALL的有效侧
    5.3 DEM建模及接触力输出的FISH编程
        5.3.1 FISH语言编程
        5.3.2 运行程序及数据储存
    5.4 本章小结
6 接触载荷等效移置映射算法设计与程序实现
    6.1 接触载荷等效移置数学原理
        6.1.1 平面三角形单元接触力等效移置
        6.1.2 有限元法三角形单元等效节点载荷
        6.1.3 四面体单元接触载荷等效移置
    6.2 接触载荷等效移置MATLAB实现
        6.2.1 建立进程及数据导入
        6.2.2 坐标系转换
        6.2.3 等效节点载荷
        6.2.4 节点载荷输出
    6.3 程序运行实例
    6.4 本章小结
总结与展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文目录


【参考文献】：
期刊论文
[1]离散元法及其耦合算法的研究综述[J]. 徐爽,朱浮声,张俊.  力学与实践. 2013(01)
[2]基于Python的ABAQUS二次开发方法与应用[J]. 张强,马永,李四超.  舰船电子工程. 2011(02)
[3]有限元法的发展现状及应用[J]. 陈锡栋,杨婕,赵晓栋,范细秋.  中国制造业信息化. 2010(11)
[4]基于图元的三维离散元法边界建模方法[J]. 付宏,乌兰,黄万风,于建群.  计算机集成制造系统. 2008(12)
[5]喷丸强化过程的有限元和离散元模拟[J]. 洪滔,王志伟,袁巨龙.  中国机械工程. 2008(11)
[6]Python语言和ABAQUS前处理二次开发[J]. 钟同圣,卫丰,王鸷,智友海.  郑州大学学报(理学版). 2006(01)
[7]岩石类非均质脆性材料破坏过程的数值模拟[J]. 张德海,朱浮声,邢纪波,杨顺存.  岩石力学与工程学报. 2005(04)
[8]离散元与有限元结合的多尺度方法及其应用[J]. 胥建龙,唐志平.  计算物理. 2003(06)
[9]离散元法研究的评述[J]. 刘凯欣,高凌天.  力学进展. 2003(04)

博士论文
[1]颗粒材料的离散颗粒模型与离散—连续耦合模型及数值方法[D]. 楚锡华.大连理工大学 2006



本文编号：3190873