COMSOL Multiphysics 在岩土工程领域的应用案例集
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案例铁矿床的磁勘探磁性探测是用于特定铁矿石脉的地质勘探的一种方法,对于是由磁铁矿和赤铁矿组成的矿脉。
估算富铁层的质心位置和空间区域有助于减少开发的成本。
被动磁性探测依赖于对局部地磁分布异常的精确绘图——即该区域的自然静磁场对基于地球磁偶极子模型的预测值的偏离大小。
本案例研究了表面和空中探矿的地磁异常的估算结果。
地壳的磁场异常可能来源于富铁矿石被感应后或者残余磁化的磁场。
上图颜色图显示了相对于地壳表面铁矿石深度,而流线则为磁通量。
案例来源:模型库AC/DC_Module>General_Industrial_Applications>Magnetic Prospecting of Iron Ore Deposits冷坩埚冷坩埚是通过电磁场熔炼高纯度材料的有力工具,应用领域包括航空工业和医学假体中的钛合金加工、光电工业的硅净化等。
本案例首先总结了冷坩埚3D电磁模型的计算结果,然后计算了2D瞬态电磁-流体力学耦合模型。
该模型包含移动网格(ALE)技术,用以显示悬浮状态的液体形状(考虑电磁搅拌的影响)。
最后根据2D模型推断了3D模型的初步结果。
上图表示磁悬浮的应用——非接触式熔炼,同时考虑导电电流、电磁感应、热传导与磁悬浮等效应,用于制备钛合金、硅或纯玻璃等高纯度材料。
案例来源:Numerical Modeling of a Levitated Liquid in a Cold Crucible,COMSOL 2007年会微波烧结本案例数值模拟了在单独的电场和磁场的TE102空腔中铜粉末金属盒的微波加热,用于补充实验结果。
一般来说,盒子的热耗散可能是由于电阻加热、介电损耗或磁损失。
这些耗散机制分别耦合于盒子的有效导电率、有效复合介电常数、有效复合渗透系数。
通过在COMSOL中使用单独的电磁场测量值来联合各种损耗,模拟腔体中的物理场和加热趋势。
仿真结果表明与实验吻合得很好,并有助于提供粉末金属中微波场相互作用的自洽结果。
2020 年 10 月Watee Conservancy Science and Technolooy and Economy Oct. ,2020doi :10. 3969/j. issn. 1006 -7175. 2020. 10. 006基于COMSOL Multiphysics +某水库均质坝渗流与稳定性模拟V 析研1李宏伟(乌鲁木齐市水利勘测设计院(有限责任公司),乌鲁木齐830001)[摘要]引入三维渗流分析理论与强度折减方法计算稳定性,基于某水库均质坝体工程资料分析,借助COMSOL Multiphysics 数值软件建立分析模型,研究不同工况下坝体渗流与稳定性,得到正常蓄水位下坝坡的上下游侧渗透压力差、浸润线、水头等势线分布特征,最大水力坡降值为2. 89,渗流活动较为安全;水位回落期中水力坡降随水位回落逐渐增大;浸润线最高 点高程为917.5 m ,渗流方向指向上游侧坝坡与坝体内部;最大水力坡降值为5.61,坝体渗流 较为危险,应考虑布设防渗结构。
通过分析正常蓄水位、水位回落期、施工期3个工况下坝坡危险滑弧,3种工况下安全系数分别为1.54、1.33和1.73,均高于临界最小安全系数,坝体稳定性处于安全状态。
以期为COMSOL 软件在水工建筑物中渗流与稳定性分析提供参考。
[关键词]COMSOL MulCphysics ;水库;渗流;稳定性[中图分类号]TV32+2[文献标识码]A [文章编号]1006 -7175(2020)10-0032 -051 概述我国水资源分布面积较广)1-3*,如何有效利用水资源是水利工作者夜以继日思考的问题。
为此,水利工程技术人员考虑修建水库大坝等水工建筑物,用以水资源调度[4_5]。
这些水工建筑物给人类的生存发展提供重要推动力,但其安全 性一直是业内研究考虑的重要方面。
已有设计人员与学者基于室内水工模型试验,设计安全稳定性较高的水工建筑,提出水库大坝类水工结构安全设计施工的要点[6-9]。
2021基于COMSOL软件模拟分析土体中建构砂柱后的水盐运动范文 引言 我国渤海湾、黄河三角洲以及江苏东部的沿海地区分布着广阔的滨海盐渍土,据统计其面积为2万多 km2,如何对这些后备的土地资源进行科学使用与管理,一直是土壤工作者关注的问题。
由于滨海盐土具有含盐量高、养分低、地下水位埋藏浅、矿化度高、土质粘重等特点,需要经过改良后才能利用。
改良工程中,如何使质地黏重、渗透性差的盐土快速脱盐是生产实践中最重要的关键问题。
打孔注入砂性土柱(简称砂柱) 工艺技术是目前工程改良实践中一种很有效的技术,可以解决黏质低渗性盐土的难渗透问题,达到暗管排水达不到的渗透效果。
砂柱对土壤的改良应用早在 1981年便有相关实验研究,该技术目前已经在中新天津生态城、江苏启东工业园等地进行了实践应用。
但目前的工程技术都是采用内设竖砂柱的方式,对于其他砂柱设置方式的效果比较和内在机理,尚缺乏相关的深入研究和定量分析。
20世纪 80 年代后,许多学者基于室内土柱实验,应用数值模拟的方法研究了土壤中水分和盐分一维运动的规律,为本研究提供了参考。
但对于 2-D 土壤水盐土柱物理模拟和数值模拟的研究,由于其问题的复杂性,研究报道较少,左强曾对2-D 均质土壤排水条件下饱和非饱和水盐运动规律进行过初步数值模拟研究,采用了有限单元法迭代求解。
对于江苏一带的砂质滨海盐土,张亚年曾用 HYRDUS 软件进行过暗管排水条件下水盐运移的数值模拟。
COMSOLMultiphysics 软件 (原 Finite ElementModeling Laboratory) 是一个基于偏微分方程的多物理场有限元分析软件,可以用来求解线性、非线性问题,和时间有关的稳态、瞬态问题,以及和几何形状有关的一维、二维和三维问题。
与专门针对土壤水盐模拟的软件相比,COMSOL 在处理实际问题和数值计算上适用性更广,可模拟一些更复杂的工程设置方式。
目前运用 COMSOL 软件于土壤中的计算和模拟,主要局限于地下水和土壤水入渗的研究,Wissmeier 将该软件应用于土壤中杀虫剂的运移模拟,对运用 COMSOL 模拟土壤溶质运移的适用性进行了验证,证明了该软件适于土壤溶质运移的模拟。
基于COMSOL Multi-physic的瓦斯抽采地面井的流场数值分析翟清伟【摘要】由于煤层气在煤岩体中的运移过程极其复杂,因此用来描述其流场的数学模型常常是高阶非线性的偏微分方程,为了能更好的解决此类问题,本文采用多重物理量数值模拟软件COMSOL Mul-ti-physic对所建的Darcy-Brinkman模型进行了模拟求解的研究,结果表明用该软件模拟的压力和速度动态曲线更符合实际情况,而且可以用动态可视化模块来模拟压降过程.【期刊名称】《煤矿现代化》【年(卷),期】2019(000)001【总页数】4页(P102-104,107)【关键词】抽采地面井;煤层气流场;数值模拟【作者】翟清伟【作者单位】兖州煤业股份有限公司鲍店煤矿,山东济宁 273500【正文语种】中文【中图分类】TD7120 引言COMSOL Multi-physic是一种多重物理量耦合软件,该软件是由MATLAB软件工具箱发展而来的,以有限元方法进行分析求解,其优点在于高度的灵活性,强大的求解器和较高的计算精度,进行求解时只需要将所建立的数学模型输入软件的PDE模块中,设定求解域,指定边界条件并划分网格后就可以进行求解,此外该软件具有强大的后处理功能,能够对结果数据进行各种形式的处理并绘制图像,便于研究人员对结果的分析[1]。
煤层气俗称瓦斯,是煤炭开采与含煤岩地区隧道工程的重大灾害隐患,但又是一种洁净的能源,我国煤层气资源丰富,约,但勘探试验工作起步较晚,煤层气抽放过程中其运移过程与机理复杂,因此,深究煤层气运移机理,对瓦斯抽采地面井的流场进行分析,合理开发煤层气资源,不仅能为国民经济的发展提供优质能源,有利于保护生态环境,而且有助于分析和了解瓦斯抽放的机理,寻求钻孔或巷道抽放瓦斯的合理布置方式[2],从根本上消除或减少瓦斯爆炸事故,这都具有十分重要的意义[3]。
在瓦斯抽放过程中,钻孔周围的瓦斯在多孔介质中的流动速度由慢速流变为快速流变,对于这种过渡流动的模拟,属于需要自编程序计算的领域,因为转换不同的流动定律就需要转换不同的数学表达式。
基于comsol的非饱和土渗流研究/comsol在岩土工程渗流的应用摘要:岩土工程的核心难点即解决地下水问题,一般岩土工程事故都是由于对地下水的影响重视不够而造成的,然而解决这一难点关键在于解决地下水渗流问题。
目前对于非饱和土渗流研究的理论仍相对落后,本文结合非饱和土渗流场基本方程以及由水土特征曲线得到的相关渗流参数(渗透系数,体积含水量),阐明了如何解决渗透模型要求渗流场方程的连续性与现场实测数据的非连续性之间的矛盾,并利用comsol Multiphysics 软件对某工程中非饱和土渗流问题进行了模拟,并验证了Fredlund和xing(1994)土水特征曲线方程的正确性。
这种解决非饱和土渗流问题的思想可供学者参考。
关键词:非饱和土;渗流场;渗流参数;连续性矛盾;Comsol Multiphysics Study on seepage of unsaturated soil seepage based on comsol Abstract:The core difficulty of geotechnical engineering is to solve groundwater problems, the general geotechnical engineering accidents are due to the impact of groundwater caused by insufficient attention, however, the key to solve this difficult problem is to deal with the groundwater flow. At present, for the study of unsaturated soil seepage theory is still relatively backward, this paper combines basic equation of unsaturated soil seepage with soil-water characteristics curve and obtains the relevant flow parameters (hydraulic conductivity, volumetric water content) from them, and illustrates how to solve the conflict between the seepage field penetration model requiring Equation of continuity and the measured data of non-continuity, and using the software comsol Multiphysics to simulate unsaturated soil seepage problems in one project and verified the right of Fredlund and xing (1994) soil-water characteristic curve equation. The idea of solving unsaturated soil seepage problems may be referred by similar projects.Key words: unsaturated soil; seepage field; seepage parameters; continuous conflict; Comsol Multiphysics1引言岩土工程设计与施工的难点在于解决地下水问题,一般岩土工程事故都是由于对地下水的影响重视不够而造成的,像2003年7月14日上海轨道交通4号线工程事故;2007年8月17日山东新汶煤矿透水事故;2008年11月15日杭州地铁工地塌陷事故以及2011年1月1日杭州余杭区-工地土方坍塌事故等等都是由于忽视地下水的影响而造成的。
COMSOL Multiphysics在岩土工程中的应用摘要:目前,COMSOL Multiphysics作为全球第一款真正的多物理场耦合分析软件,由于其具有多场问题全耦合分析的强大功能,能够帮助科研人员得到更精确地模拟结果,被广泛适用于岩土工程研究的各个领域。
本文就COMSOL Multiphysics在岩土工程中采矿工程中的岩土工程问题、氯盐对混凝土耐久性影响的问题、基桩动测问题方面的应用作出相应简单的介绍。
阐述COMSOL Multiphysics软件在该领域的强大功能和适用性,说明COMSOL Multiphysics 在岩土工程中的应用。
1.多物理场耦合数值模拟软件系统(COMSOL Multiphysics)的介绍多物理场耦合数值模拟软件系统(COMSOL Multiphysics)是一个专业有限元数值分析软件包,是专为描述和模拟各种物理现象而开发的基于偏微分方程的多物理场模型仿真计算的有限元分析软件包。
COMSOL Multiphysics软件系统包括结构力学、化学、电磁学、地球科学、微机电、声学等模块。
在使用COMSOL Multiphysics软件的过程中,用户可以自己建立普通的偏微分方程形式,也可以使用COMSOLMultiphysics提供的特定的物理应用模型。
这些特定的物理应用模型包括预先设定好的模块和在一些特殊应用领域内已经通过微分方程和变量建立起来的用户界面。
通过COMSOL Multiphysics的多物理场功能,用户可以选择不同的模块,同时模拟任意物理场组合进行耦合分析。
为了便于比较, 在COMSOL Multiphysics结构力学模块中,用户可以完全利用COMSOL Multiphysics中无限制多物理场和基于偏微分方程的表达式进行分析,因此可以随意地将结构力学分析与其它物理现象如电磁场、流场和热传导等耦合起来进行分析。
SOL Multiphysics在采矿工程中的岩土工程问题中的应用伴随采矿工程中的岩土工程问题常常是复杂的多物理场耦合问题,其基本问题是岩体或土体的稳定、变形和渗流问题、煤层甲烷运移问题。
基于COMSOL Multiphysics的高面板堆石坝应力变形分析邓七生(鄱阳县水利局 江西上饶 333100)摘要:为了研究100 m以上高面板堆石坝的应力和变形特性,该文采用Duncan-Zhang E-B非线性弹性双曲线模型,采用有限元软件COMSOL Multiphysics建立模型,利用MATLAB函数进行二次开发,对盘石头水库混凝土面板堆石坝的应力和变形进行了分析。
通过分析,获得了混凝土面板堆石坝在竣工期、正常蓄水条件、设计洪水位条件和校核洪水位条件下的应力和变形特征,为100 m以上高混凝土面板堆石坝的施工和运行提供了理论指导。
关键词:高面板堆石坝 应力 变形分析 COMSOL Multiphysics中图分类号:TV641.4文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2022)12(b)-0089-04Stress and Deformation Analysis of High Concrete Face Rockfill Dam Based on COMSOL MultiphysicsDENG Qisheng(Poyang County Water Conservancy Bureau, Shangrao, Jiangxi Province, 333100 China) Abstract:In order to study the stress and deformation characteristics of a face rockfill dam with a height of more than 100 m, the Duncan-Zhang E-B nonlinear elastic hyperbolic model was adopted in this paper. The finite ele‐ment software COMSOL Multiphysics is used to establish the model, and the MATLAB function is used for sec‐ondary development. The stress and deformation of the concrete face rockfill dam of Panshitou Reservoir are ana‐lyzed. Through the analysis, the stress and deformation characteristics of concrete face rockfill dam during the completion period, under normal water storage conditions, design flood level conditions and check flood level con‐ditions are obtained, which provides theoretical guidance for the construction and operation of concrete face rockfill dam with a height of more than 100 m.Key Words: High concrete face rockfill dam; Stress; Deformation analysis; COMSOL Multiphysics混凝土面板堆石坝因其对环境适应性强、施工方便、造价相对较低、抗震性能好等优点,在世界范围内得到广泛应用。
COMSOLMultiphysics在岩土工程中的应用COMSOL Multiphysics在岩土工程中的应用摘要:目前,COMSOL Multiphysics作为全球第一款真正的多物理场耦合分析软件,由于其具有多场问题全耦合分析的强大功能,能够帮助科研人员得到更精确地模拟结果,被广泛适用于岩土工程研究的各个领域。
本文就COMSOL Multiphysics在岩土工程中采矿工程中的岩土工程问题、氯盐对混凝土耐久性影响的问题、基桩动测问题方面的应用作出相应简单的介绍。
阐述COMSOL Multiphysics软件在该领域的强大功能和适用性,说明COMSOL Multiphysics 在岩土工程中的应用。
1.多物理场耦合数值模拟软件系统(COMSOL Multiphysics)的介绍多物理场耦合数值模拟软件系统(COMSOL Multiphysics)是一个专业有限元数值分析软件包,是专为描述和模拟各种物理现象而开发的基于偏微分方程的多物理场模型仿真计算的有限元分析软件包。
COMSOL Multiphysics软件系统包括结构力学、化学、电磁学、地球科学、微机电、声学等模块。
在使用COMSOL Multiphysics软件的过程中,用户可以自己建立普通的偏微分方程形式,也可以使用COMSOLMultiphysics提供的特定的物理应用模型。
这些特定的物理应用模型包括预先设定好的模块和在一些特殊应用领域内已经通过微分方程和变量建立起来的用户界面。
通过COMSOL Multiphysics的多物理场功能,用户可以选择不同的模块,同时模拟任意物理场组合进行耦合分析。
为了便于比较, 在COMSOL Multiphysics结构力学模块中,用户可以完全利用COMSOL Multiphysics中无限制多物理场和基于偏微分方程的表达式进行分析,因此可以随意地将结构力学分析与其它物理现象如电磁场、流场和热传导等耦合起来进行分析。