黏土弹塑性变形的数值模拟方法研究

在对黏土土样进行典型土力学实验的基础上,根据岩土材料的弹塑性理论,选取适用于岩土类材料的Drucker-Prager准则和与之相关的流动法则,对土样单轴压缩实验采用有限元软件进行数值模拟。模拟与试验结果比较表明:预测得到的屈服面与试验所得破坏面的方位吻合很好,证明所选的土的弹塑性模型是正确的;笔者提出的从土样试验提取模型参数,并根据土样特征选取相应模型进行数值计算的研究方法是可行的,适用用于土工程屈服失效问题的数值计算。     

大型散货船阻力性能分析

根据数值预报方法对200m大型散货船阻力性能进行了数值计算,并利用模型实验进行验证。采用直接求解RANS方程的方法对散货船的流场和阻力进行了数值计算,湍流模型选用RNG两方程的模式,自由面处理采用VOF法。本文对200m散货船进行不同航速下阻力、流场和兴波的数值计算,结果显示数值预报的计算结果与模型试验结果吻合较好。本文的结果可为同类船型阻力性能数值和实验研究提供参考。     

运动激波与气泡串相互作用的多介质数值模拟

通过对激波和流体界面相互作用而诱导的大变形界面演化的数值模拟,验证了Level set 方法精确模拟多个流体界面的有效性.采用间断有限元Galerkin方法求解欧拉方程得到流场解,采用5阶WENO格式求解Level set方程追踪多流体界面,界面附近的边界条件由虚拟流体方法处理.对运动激波和两个气泡相互作用过程进行了数值模拟,得到了不同时刻的压力和密度等值线分布,并分析了计算域中两个气泡同是氦气泡,以及一个是氦气泡,一个是R22气泡情况下的计算结果.计算结果表明:利用多界面Level set方程可高质量地捕捉多个流体界面,处理3种多介质流场数值模拟问题.     

高阶龙格库塔间断有限元方法求解二维谐振腔问题

提出了使用高阶龙格库塔间断有限元方法在时域求解经典的电磁场谐振腔问题，间断有限元方法在空间离散时采用非结构化网格且在时域显式求解方程，这是有限元方法和有限体积方法的最佳结合。该方法通过采用局部高阶多项式插值基函数获得高阶精度。文中使用该方法研究了横磁波在二维谐振腔中的传播情况，以及高阶的拉格朗日基函数。数值实验采用了高阶的二变量拉格朗日多项式基函数，数值计算结果与理论解析解相吻合。文中还讨论了不同阶数多项式插值基函数对计算精度的影响。结果表明，随插值基函数阶数增加，计算精度迅速提高。最后讨论了不同插值基函数阶数对L^2误差的影响，结果显示L^2误差随插值基函数阶数增加呈指数下降。     

4种TVD格式对调压室水击波的数值模拟

【目的】分析比较4种不同构造形式TVD格式在捕捉水击波时耗散性和压制性数值性能的差异,为带调压室水电站压力管道水击波过程模拟提供参考。【方法】采用具有代表性的Harten TVD格式、Sweby TVD格式、TVD-MacCormark格式以及全离散TVD格式求解水击控制方程,结合给定的调压室系统水击模型边界条件,对某工程实例进行计算,并对数值模拟结果与试验数据进行分析。【结果】TVD格式可模拟调压室系统水击波的变化过程,最大水击压力与试验数据相对误差不超过1%,且间断处能够有效地捕捉激波振荡;对比4种格式计算结果,在水击波上升和振荡过程中,Harten TVD格式的计算结果与实测数据吻合最好。【结论】TVD格式计算精度较高,是模拟调压室水击现象行之有效的方法之一。     

冷藏间均匀送风风道设计与数值模拟

阐述了冷却物冷藏间的气流组织的要求,介绍了均匀送风风道形式的选择与设计计算思路,并列举了计算实例,最后采用Flowizard对实例进行数值模拟。模拟结果与预期的理论设计有很好的吻合。     

加力燃烧室热态流场的大涡模拟

本文采用k方程亚网格尺度模型对带V形槽稳定器模型加力燃烧室紊流化学反应流进行大涡模拟的研究,采用亚网格EBU燃烧模型估算化学反应速率,用热通量辐射模型估算辐射通量。数值计算表明,在稳定器后面开始在短时间内出现涡的交替脱落和逐渐消失过程,然后形成稳定的回流区,数值计算结果与实验比较吻合,表明可用大涡模拟研究实际燃烧室瞬态燃烧流场。     

应用间断有限元方法求解一维对流占优土壤水流问题

在某些特定条件下,Richards方程的解在时空上呈现陡峭的锋面。为能有效地模拟具有对流占优特性的非饱和多孔介质中的水流问题,推广一种内部惩罚间断有限元(Interior penalty discontinuous Galerkin,IPDG)方法应用于一维非饱和土壤水入渗问题的模拟。针对具有van Genuchten-Mualem模型和Dirichlet入渗边界条件的Richards方程,分别采用间断有限元法和标准有限元方法求解。借助于相对L2模和相对最大模误差进行讨论。几种不同质地的均质土壤水入渗的数值算例结果表明:相比标准有限元方法,间断有限元方法在选取的4种不同网格剖分单元结点上能够有效地模拟非饱和对流占优土壤水流问题,并且能够获得准确的全局质量守恒。     

转子式机油泵内流场CFD分析及实验研究

采用CAE软件对转子式机油泵内流场进行了几何建模.对模型应用非结构化网格生成技术划分网格并进行了有限元前处理.在采用k-ω湍流模型的基础上,考虑了卸荷槽的影响,应用计算流体力学软件模拟稳定工况下机油泵出口部分的三维湍流流动.得到了详尽的分析结果,包括压力等高线云图、速度矢量等高线云图等.分析并证明了卸荷槽具有缓解压力负荷的作用.完成了对机油泵的台架实验,将数值模拟得到的机油泵性能特性曲线与实验特性曲线进行比较,发现仿真结果与实验结果基本吻合.证明仿真模拟结果能够反映机油泵的流动性能和特殊流动现象;利用数值仿真可以得到具有参考意义的机油泵流量特性曲线,为机油泵开发提供了新的研究方法和技术支持.     

钢管脐带缆拉伸行为的有限元分析

钢管脐带缆是由多种功能单元螺旋缠绕组成的复合结构,用于连接上部浮式设施与水下生产系统。基于ANSYS有限元软件,采用梁单元模拟构件,建立钢管脐带缆的三维有限元数值模型,研究受拉伸荷载的脐带缆在自由端可发生扭转和不可发生扭转两种约束条件下的变形行为,并与解析理论解进行对比。在有限元模型中,通过在脐带缆相邻构件之间设置线线接触模拟其相互作用,并通过设置库伦摩擦,弥补解析方法不能考虑构件之间相互接触、摩擦作用的不足,计算效率得到显著提高。有限元方法和解析方法的计算结果吻合很好,验证了有限元数值模型的准确性,为脐带缆其他荷载行为如弯曲、挤压等作用下的变形规律研究奠定了基础。