ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ДЛЯ РАСЧЕТА ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОПЕРЕНОСА В МЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ С УЧЕТОМ ФАЗОВЫХ ПЕРЕХОДОВ An extended finite element method for heat transfer with phase change in frozen soil

Min He, Qing Yang, Ning Li, Xiaopeng Feng, Naifei Liu

Аннотация


Исследуются возможности численного решения задач теплопроводности применительно к мерзлым и промерзающим грунтам расширенным методом конечных элементов, который позволяет использовать подход классического метода конечных элементов для решения уравнений с разрывными функциями типа фазовых переходов при замерзании ! оттаивании грунтовой влаги.
Процесс замерзания грунта разделен на четыре типичных этапа, включая стадии переохлаждения, температурного скачка, непрерывных фазовых переходов грунтовой влаги в относительно узком температурном диапазоне, дальнейшего охлаждения грунта. Разработана программа для описания процессов теплопередачи с фазовым переходом, которая тестировалась для условий классической задачи Стефана. Показано хорошее совпадение результатов расчетов предложенным методом с экспериментальными данными.


Литература


Moёs, Nicolas , J. Dolbow , and T. Belytschko . A finite element method for crack growth without remeshing. International Journal for Numerical Methods in Engineering,Vol.46, 131-150 (1999)

Belytschko, T. , and T. Black. Elastic crack growth in finite elements with minimal remeshing. International Journal for Numerical Methods in Engineering , Vol.45, 601-620(1999)

Daux, Christophe , et al. Arbitrary branched and intersecting cracks with the extended finite element method. International Journal for Numerical Methods in Engineering, Vol.48, 1741-1760 (2000)

Motamedi, D. , and S. Mohammadi. Fracture analysis of composites by time independent moving-crack orthotropic X-FEM." International Journal of Mechanical Sciences, Vol.54,20-37 (2012)

Bouhala L , Shao Q , Koutsawa Y , et al. An X-FEM crack-tip enrichment for a crack terminating at a bi-material interface[J]. Engineering Fracture Mechanics, Vol.102,51-64(2013)

Hosseini, S. S. , H. Bayesteh , and S. Mohammadi . Thermo-mechanical X-FEM crack propagation analysis of functionally graded materials. Materials Science and Engineering: A (Structural Materials: Properties, Microstructure and Processing) , Vol.561, 285-302 (2013)

He J, Yang J, Wang Y, et al. Probabilistic Model Updating for Sizing of Hole-Edge Crack Using Fiber Bragg Grating Sensors and the High-Order Extended Finite Element Method, Sensors, Vol.16,1956(2016)

Chessa, Jack, P. Smolinski, and T. Belytschko. The extended finite element method (X-FEM) for solidification problems. International Journal for Numerical Methods in Engineering , Vol.53,1959–1977(2002)

Choi, Young Joon , M. A. Hulsen , and H. E. H. Meijer. Simulation of the flow of a viscoelastic fluid around a stationary cylinder using an extended finite element method. Computers & Fluids, Vol.57,183-194(2012)

Tran, T. Q. N., H. P. Lee, and S. P. Lim. "Modelling porous structures by penalty approach in the extended finite element method." Computer Methods in Biomechanics & Biomedical Engineering , Vol.16,347-357(2013)

Merle, R. , and J. Dolbow . "Solving thermal and phase change problems with the eXtended finite element method." Computational Mechanics, Vol.28, 339-350(2002)

H. Ji, D. Chopp, J.E. Dolbow, A hybrid extended finite element/level set method for modeling phase transformations, Int. J. Numer. Meth. Eng, Vol.54, 1209–1233(2002)

Salvatori, Luca. Stefan Problem through Extended Finite Elements: Review and Further Investigations. Algorithms, Vol.2,1177-1220(2009)

M.K. Bernauer, R. Herzog, Implementation of an X-FEM solver for the classical two-phase Stefan problem, J. Sci. Comput., Vol.52,271-293(2012)

Diez, Pedro , Régis Cottereau, and S. Zlotnik . A stable X-FEM formulation for multi-phase problems enforcing the accuracy of the fluxes through Lagrange multipliers. International Journal for Numerical Methods in Engineering, Vol.96,303-322(2013)

Ferté, G., P. Massin , and N. MoёS . Interface problems with quadratic X-FEM: design of a stable multiplier space and error analysis. International Journal for Numerical Methods in Engineering, Vol.100,834-870(2014)

Cosimo, Alejandro , Víctor Fachinotti, and A. Cardona . An enrichment scheme for solidification problems. Computational Mechanics, Vol.52, 17-35(2013)

Benvenuti, Elena , et al. Variationally consistent eXtended FE model for 3D planar and curved imperfect interfaces. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, Vol.267,434-457(2013)

Wang, Zilong , et al. Numerical simulation of water–heat coupled movements in seasonal frozen soil. Mathematical & Computer Modelling , Vol.54,970-975(2011)

Shaoyang Dong, Xiong (Bill). Microstructure-Based Random Finite Element Simulation of Thermal and Hydraulic Conduction Processes in Unsaturated Frozen Soils. Geotechnical Materials,781-790 (2017)

Reuther, K., and M. Rettenmayr. Simulating phase transformations by a meshless method with front tracking. Acta Materialia, Vol.51,2128-2134 (2003)

Lina Guo, Tongchun Li ,and Zhiwei Niu. Finite Element Simulation of the Coupled Heat-Fluid Transfer Problem with Phase Change in Frozen Soil. Earth and Space,867-877(2012)


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.