波浪荷载下斜坡护面块体应力分布的SPH-FEM/DEM模拟

"波浪作用下斜坡上护面块体应力分布的数值模拟 (2013年)" 本文详细探讨了在海洋与近海工程中，尤其是斜坡式防波堤建设中，护面块体在波浪冲击下的应力分布问题。作者采用了SPH（Smoothed Particle Hydrodynamics）方法和FEM/DEM（Finite Element Method / Discrete Element Method）方法相结合的二维流固耦合数值模型，以模拟护面块体在水动力荷载作用下的动态响应。 SPH方法被用来模拟结构物的水动力条件，它是一种无网格方法，能够灵活地处理流体流动的复杂边界条件。而FEM/DEM方法则用于模拟结构物的边界，以及护面块体的受力、运动和变形。在FEM/DEM中，不同块体之间的接触力通过势函数的罚函数法计算，利用中心差分的显式方法求解有限元单元的变形。这一耦合模型的建立，旨在更准确地捕捉到块体间的相互作用和应力传递。 为了验证模型的准确性，研究人员使用ANSYS软件，对比模拟了静水压力下混凝土方块的内部应力分布。通过这种比较分析，证明了所构建的耦合数学模型的有效性。接着，他们通过数值计算展示了波浪作用下斜坡土上的护面块体所承受的动水压力，以及块体内部的应力分布情况，特别关注了块体各角点位置的应力变化特性。 文章指出，护面块体的稳定性分析传统上依赖于现场调查和物理模型试验，但这些方法受限于试验条件和设备能力，往往无法精确反映实际工况。因此，使用FEM/DEM耦合方法进行原型尺度的计算机数值模拟成为研究护面块体在波浪作用下应力变化和破坏机制的重要手段。 通过这种数值模拟，不仅可以深入理解块体内部的应力状态，还可以预测可能的破坏模式，为设计更稳定、更耐用的斜坡防波堤提供理论支持。同时，该研究也为未来改进现有的稳定性分析公式，如Hudson公式和VanderMeer公式，提供了新的研究途径。 这篇论文揭示了波浪荷载对斜坡堤护面块体应力分布的影响，强调了数值模拟在解决此类复杂工程问题中的关键作用，并为相关工程实践提供了重要的理论依据。