《考慮解體耗能的滾石運動過程數值模擬方法及軟體研究》是依託中國科學院力學研究所，由馮春擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：考慮解體耗能的滾石運動過程數值模擬方法及軟體研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：馮春
- 依託單位：中國科學院力學研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
滾石災害是山區地質災害的主要形式，其運動軌跡是進行滾石防護設計的基本依據，而滾石解體引起的能量耗散是影響其運動軌跡的主控因素之一。本項目基於申請人所在團隊長期開發的連續-非連續模型(CDEM)數值方法，研究滑坡、崩塌等地質災害誘發滾石的必備條件及促發因素，分析滾石啟動時的初始運動狀態與致災源及促發因素的關係；開展理論分析及模型實驗，研究滾石破裂解體過程中的耗能機制，提出滾石破裂解體新的力學模型、滾石解體耗能模型及滾石碎塊群碰撞摩擦耗能模型；基於OpenMP並行求解策略、CDEM數值程式基本架構及上述滾石碰撞解體的基本模型，研究單元內部裂紋擴展及單元間接觸碰撞的高效算法，形成考慮解體耗能的滾石運動過程數值分析軟體；分析不同參量影響下滾石的運動規律，建立滾石運動軌跡與滾石解體程度的內在聯繫，給出滾石停積位置的確定方法。為滾石災害的風險評估提供理論依據和風險評估新方法。
結題摘要
滾石災害是山區地質災害的主要形式，其運動軌跡是進行滾石防護設計的基本依據。提出了一套適用於描述滾石災害孕育、發展、啟動、運移及停積全過程的格線-粒子高度融合的數值模擬方法，形成了針對滾石災害發展演化不同階段的力學模型及數值算法，如主要用於描述滾石孕育過程的單元彈性-損傷-塑性軟化模型，主要用於描述滾石發展過程的單元內部破裂模型，主要用於描述滾石啟動、運移及停積過程的半彈簧-縮進邊碰撞模型、塊體-顆粒耦合轉化模型及基於顆粒接觸的無格線模型，大量的數值案例證明了各力學模型與數值算法的精確性及魯棒性。研發了一套基於OpenMP並行的滾石災害全過程高效數值模擬軟體，實現了GUI及命令流的雙重操作，用戶可通過329條命令或對應的界面鍵鼠操作，實現對計算流程及計算結果展示的精確控制。基於斷裂能的尺度效應及破碎塊體尺寸的分布規律，給出了滾石破裂解體的能耗計算公式；初步探討了滾石災害的形成機制，分析了滾石下落初速度、坡面摩擦特性、滾石解體特性等對滾石運動軌跡及停積位置的影響規律。在3年的研究時間裡，項目組共發表相關學術論文19篇，其中SCI檢索文章3篇，EI檢索文章9篇；申請發生專利3項，其中1項已經獲得授權；申請軟體著作權登記2項，其中1項已經授權。在本基金資助下所形成的核心計算模組，已被國內十餘家高校及科研院所的研究生採用，相關單位據此發表論文20餘篇。
