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力学计算与工程分析软件
作者: 发表日期: 2012-05-31 点击率:
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长期以来,力学所致力于开发岩土与边坡工程、水工结构、油气渗流、海洋流固耦合、热传导计算、燃烧、机动车检测、高温气动等方面的力学计算与工程分析软件。其中水工、岩土行业通用的利科有限元软件(LinkFEA),已注册了商标,其核心计算模块已经过我国多个水利水电工程的应用与检验。Simudyn软件是以爆炸力学、穿甲力学、计算力学等为基础的有限元软件,可应用于碰撞、爆炸、冲击等领域。在先进制造领域,力学所开发的Science-BCJ型全电脑汽车检测系统软件V2004、机动车检测网络系统车辆检测显示(Jcshow)软件V3.53已在北京市汽车检测线上成功应用。

近期,力学所还进行了飞行器,高速列车等运动物体运行过程中流体、固体、传热等方面耦合分析软件的开发和应用。此外,还开发了地质灾害成灾机理分析、海管悬跨预报分析、海洋环境预报分析、结构响应和可靠性分析、海洋流固耦合分析、孔隙结构对油/水/气渗流的影响分析等多方面的计算软件。2010年力学所通过了质量管理体系认证,(GB/T19001-2008/ISO9001:2008标准)。

利科有限元软件(LinkFEA)

一、   软件功能及用途

利科有限元软件(LinkFEA)是一款定位于水工、岩土行业通用的有限元CAE分析软件,主要针对水工结构工程与岩土工程,包括坝、闸、溢洪道、地下厂房和地下洞室、各类岩质土质边坡等。数值计算模块主要包括渗流场、温度场、应力场(或位移场)及这三个场之间的耦合计算和结构安全性分析。对结构安全性的分析主要包括坝基和填筑土体的渗透稳定性分析、边坡稳定性分析、围岩稳定性分析和结构物强度分析等。该软件还可以应用于其他的一些分析,如心墙堆石坝的水力劈裂安全性分析。应力场的分析包括静力分析和动力分析两个部分。

二、   主体功能

主要计算模块:

u 渗流模块

u 应力变形模块

u 渗流应力耦合(单向)模块1

u 渗流应力耦合(固结)模块2

u 稳定安全性模块

u 动力响应模块

u 动力渗流应力耦合模块

u 温度模块

u 温度应力耦合模块

三、   应用状况

核心计算模块已在毛尔盖、扎雪、瀑布沟、双江口、长河坝、硬梁包、引子渡等水电站工程的厂坝区渗流及坝体应力变形分析之中应用。

Simudyn有限元/无网格自适应算法专业软件

一、软件功能及用途

Simudyn是以侵彻力学、爆炸力学、穿甲力学、计算力学为基础,结合有限元理论编写基础代码,辅以windows编程技术开发的一款高级有限元软件。Simudyn有限元/无网格自适应算法专业软件可以对毁伤效应进行数值仿真,前处理模块可以快速输入计算条件,后处理模块可以快速输出仿真计算结果。可应用于碰撞、爆炸、侵彻、冲击等领域.

碰撞问题模拟             武器效应仿真

二、主体功能

载荷和边界条件

计算时间及时间步的设置,包括:侵彻设置;爆炸设置

求解设置:包括侵彻求解;爆炸求解

三、   应用状况及对比

在第二炮兵装备研究院第二研究所实际应用,效果理想。

多层靶板穿爆效应分析实例,为了提高运算效率,节省空间内存,我们选取1/2模型进行模拟。其主要参数如表所示:

 

入射角e(°)

速度(m/s)

材料号

弹体

90

(0,0,-1000)

M9

靶体

90

0

M71

引爆剂

 

 

M41

起爆点位置(x,y,z) (m)

0

0

3.3

重启动时间(s)

0.0015

爆炸时间(s)

0.03

其中,求解时,计算时间:3.0E-3 s,步数:20,破坏方式:粒子算法。

CDEM力学分析软件

一、软件功能及用途

10多年来,中科院力学所始终致力于地质灾害机理的数值模拟研究,并提出了基于连续介质力学的离散元方法。通过MFC及OPENGL的混合编程,实现内核计算与模型显示的交互。本软件支持GUI及命令流双重操作,用户可通过鼠标操作或命令流的形式完成模型计算。该方法将有限元与离散元进行耦合,在块体内部进行有限元计算,在块体边界进行离散元计算,通过块体内部及块体边界的断裂,不仅可以模拟材料在连续状态下及非连续状态下的变形、运动特性,更可以实现材料由连续体到非连续体的渐进破坏过程。

CDEM软件可广泛应用于岩土工程、采矿工程、隧道工程、水利工程、地质工程、结构工程中,材料的渐进破坏模拟及整体稳定性评价。

二、主体功能

本软件基于显式迭代技术,将有限元与离散元的优势进行了有机结合,可实现各类工程材料由连续到非连续的渐进破坏计算,并用显式裂纹来描述材料的破裂过程;可实现材料破裂后的散体流动过程,并能进行接触对的快速检索及接触力的精确计算。本软件的主要力学模型包括:

块体模拟:线弹性模型、横观各向通行模型、理想弹塑性模型(Drucker-Prager模型、Mohr-Coulomb模型)、应变软化模型、遍布节理模型、蠕变模型(Burger与Mohr-Coulomb耦合模型、开尔文塑性模型)、开挖模型、孔隙渗流模型;

节理模型:线弹性模型、脆断模型、应变软化模型、理想弹塑性模型;

杆件模型:桩、梁、锚杆、锚索模型;

动力学基础包:爆炸载荷、地震载荷、冲击载荷的施加模块,无反射边界条件、自由场边界条件施加模块。

三、应用状况对比

本时刻最大位移36.9m                 本时刻最大位移635m

   

   鸡尾山滑坡模拟

 

三维动态孔隙网络模型模拟软件-DPN3D

一、软件功能及用途

孔隙网络模型是以孔穴-喉道为基本单元的理想化网络来近似代替真实储层岩石多孔介质的孔隙空间,然后结合微观渗流实验获得的流体流动的微观物理机制,基于统计物理的逾渗透理论来描述微观渗流过程,最后求解宏观渗流参数并研究渗流规律的计算机模拟技术。

孔隙网络模型具有以下几个特点:

软件基于Visual C++语言和MFC平台进行程序编制,利用人机交互界面的设计和空间的布置,并且可进行面向对象程序设计,便于模块的扩展和深入;

可控性,定量化、微观化、动态化、可视化

基于OpenGL进行三维动态绘图,图形界面友好,动态显示可操作性强;

二、主体功能

三维动态模拟

准静态模拟

三、应用状况

用于研究非均匀多空介质中的流体在空隙空间的分布和渗流规律;提供油藏评估所需的两个特征曲线,相对渗透率和毛管压力曲线;分析孔隙结构对相对渗透率的影响、致密介质中气体渗流滑脱效应、模拟含层理油藏岩石中的油气水驱替及气液体系吸吮过程中的相对渗透率、微观剩余油分布、颗粒运移以及地层灾害等。

海管安全评估系统(OPSES)

一、   软件功能及用途

海底管道安全评估系统包括:海洋环境预报分析模块、海管悬跨预报分析模块、流固耦合计算模块、结构响应和可靠性分析模块。该系统可用于全面评估海底管线安全,能预报海域底部流场和沉积物运移状况,计算悬跨海管极限承载状态、模态频响特性、瞬时动态响应、疲劳寿命、可靠性指标等。四个模块界面友好,实用性强,既可联合运行,也可独立运行,而且各个模块具有良好的开放性,可根据工程单位的实际需求拓展相应功能。

二、     主体功能

还管安全评价系统可模拟海洋环境流场,计算复杂流场下结构物的水动力,预报海管悬跨,计算结构响应,分析悬跨海管可靠性。系统主要包括四个计算模块。具体功能如下:

主要计算模块

模块功能简介

l 海洋环境预报分析模块

² 沙波运移预报模块

² 区域台风统计分析模块

模拟高分辨率三维海洋流场(潮流、中尺度涡、内波、温盐结构);海底沙波运移;统计给定区域台风,绘制台风路径

l 海管悬跨预报分析模块

² ROV调查资料分析模块

考虑海管自重,模拟三维冲刷坑,预测海管悬跨;筛选、对比、分析ROV调查资料

l   流固耦合计算模块

模拟规则波以及随机波(支持PM谱、JONSWAP谱等波浪谱);计算波、流以及波流联合作用等水动力过程;模拟柔性结构物的流固耦合过程

l 结构响应和可靠性分析模块

考虑水动力的近底床效应和结构振动与流体间的耦合,预测海管的极限承载状态和动态响应;计算海管各阶干(湿)模态。计算完好(或含缺陷)海管的疲劳损伤、疲劳寿命、可靠性指标及失效概率

三、应用状况

该系统已应用于南海、渤海等中海油、中石化多个油气田的海管安全性评估,计算结果被相关工程单位采纳,用于指导海管悬空治理作业。 

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