隧道工程复杂多体接触系统的非线性数值模拟方法及相互作用研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51808034
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0808.地下与隧道工程
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Nonlinear contact is a common phenomenon in tunnel projects. Contact problems generally lead to discontinuous deformation and probable stress concentration in local regions, playing a critical role in safety control. With the rapid construction of infrastructure in China, the interaction between tunnels and their adjacent structures has become increasingly widespread. The interaction involves numerous multi-body systems. To evaluate it from an engineering point of view, requirement for large-scale numerical simulations is arising..To fulfill these demands, this research aims to develop the contact parallel computing technique for tunnel engineering. This work are facing yet unsolved challenges from nonlinear numerical contact algorithms, especially combined with high performance computing. To deal with the resultant multi-disciplinary issue, we introduce the new achievements in computational mechanics, computational mathematics and computer science to the specific engineering field. Then, a series of improvements are proposed to make the scientific computing methods applicable for complex engineering projects..By collecting the improved algorithms, a numerical scheme is presented to simulate the multi-body contact system in tunnel engineering. A high performance computing software is developed to efficiently operate supercomputer system. This software is then applied to perform large-scale parallel simulations for practical projects. Based on the numerical results, the nonlinear contact effect is analyzed for the coupled interacting system, which composed of tunnels and adjacent structures. This research is envisioned to provide a new tool for engineering applications.
非线性接触问题广泛存在于隧道工程中,其导致的不连续变形现象和应力集中效应,可能成为安全性控制的关键环节。同时,随着我国基础建设的快速发展,隧道与邻近结构之间的相互作用日益成为工程安全评价中亟待解决的关键技术问题之一,而大规模数值模拟是一个有效工具。.为此,本项目面向隧道工程接触大规模并行计算的迫切需求,针对非线性接触算法及高性能计算方面的挑战,引入计算力学、计算数学、计算机科学等多学科交叉领域内的新成果,重点研究解决从接触并行基础算法跨越到大型工程应用所面临的困难。.在此基础上,发展一套可适用于实际隧道工程中复杂多体接触系统的高效非线性数值算法,自主研发具有高可扩展性的大规模并行计算程序,为工程应用提供新的研究手段。在国产超级计算机上完成实际重大工程的大尺度区域精细化数值模拟成果,对隧道及周边结构所形成的相互耦合作用系统,评估接触问题对其力学特性的影响,为安全性控制提供必要的科学依据。

结项摘要

围绕隧道工程的安全性问题,面向复杂多体接触系统的基础理论及计算研究,从力学特性的综合分析出发,重点解决基础科学算法跨越到大型工程应用所面临的算法困难,发展了实用的大规模并行计算手段。面向浅埋海底隧道工程,提出波浪诱导海床瞬态液化的计算模型,统一了两种经典的液化判别准则。提出基于三场变分原理的对偶mortar有限元法,解决了常规mortar方法的约束交叉、主从偏见及求解效率等问题。提出渗流-应力耦合多体接触非线性算法,完成了千万自由度隐式求解。开展了混凝土软接缝的接缝挤压特性试验,提出了两种挤压特性模型。提出光滑粒子法(SPH)的mortar接触算法,实现大变形接触问题的精准模拟,突破了以往粒子类方法难以验证接触计算准确度的瓶颈。提出温度-应力耦合多体接触非线性算法,揭示了太阳热辐射温度应力所致混凝土结构破损机理。提出隧道衬砌背后空洞的过程演化模拟方法,揭示了闭合型空洞的隐蔽性和危害性。提出盾构隧道泥水劈裂的三维数值模拟方法,揭示了盾构隧道泥水劈裂形态、劈裂过程及其引起的地层位移变化规律。探讨了粗粒土应力加载与长期流变之间的相互耦合特性,揭示了流变变形的塑性硬化效应。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Modelling the wave-induced instantaneous liquefaction in a non-cohesive seabed as a nonlinear complementarity problem
将非粘性海底中波浪引起的瞬时液化建模为非线性互补问题
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Computers and Geotechnics
  • 影响因子:
    5.3
  • 作者:
    Zhou Mozhen;Liu Hui;Jeng Dong-Sheng;Qi Wengang;Fang Qian
  • 通讯作者:
    Fang Qian
混凝土面板堆石坝面板太阳热辐射温度应力计算分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    岩土工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张宗亮;张丙印;周墨臻;尹文杰;冯业林
  • 通讯作者:
    冯业林
盾构隧道泥水劈裂三维数值模拟
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    岩土工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈铁林;周墨臻
  • 通讯作者:
    周墨臻
高面板堆石坝软接缝挤压特性试验研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    岩石力学与工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    周墨臻;张丙印;张顶立;孙逊
  • 通讯作者:
    孙逊
A new model for wave-induced instantaneous liquefaction in a non-cohesive seabed with dynamic permeability
具有动态渗透性的非粘性海底波致瞬时液化的新模型
  • DOI:
    10.1016/j.oceaneng.2020.107597
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Ocean Engineering
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Zhou Mozhen;Jeng Dong-Sheng;Qi Wengang
  • 通讯作者:
    Qi Wengang

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其他文献

高面板堆石坝软缝接触计算模型及其数值实现
  • DOI:
    10.13722/j.cnki.jrme.2015.0943
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    岩石力学与工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    周墨臻;张丙印;王伟
  • 通讯作者:
    王伟
地下工程中的非线性接触算法研究及数值实现
  • DOI:
    10.13722/j.cnki.jrme.2014.12.003
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    岩石力学与工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    周墨臻;钱晓翔;张丙印
  • 通讯作者:
    张丙印
隧道开挖影响下地层-基础体系的接触力学响应分析
  • DOI:
    10.6052/0459-1879-21-213
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    力学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    洪学飞;张顶立;方黄城;房倩;周墨臻;侯艳娟;孙振宇
  • 通讯作者:
    孙振宇
超高面板堆石坝面板挤压破坏机理及数值模拟方法研究
  • DOI:
    10.11779/cjge201508010
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    岩土工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    周墨臻;张丙印;张宗亮;冯业林
  • 通讯作者:
    冯业林
超高面板堆石坝面板挤压破坏机理及数值模拟方法研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    岩土工程学报
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  • 作者:
    周墨臻;张丙印;张宗亮;冯业林
  • 通讯作者:
    冯业林

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周墨臻的其他基金

破碎波作用下海底沉管隧道与海床接触耦合动力响应分析
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    54 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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