一种高效的等参有限元逆变换算法

采用Ｔａｙｌｏｒ展开技术构造了一种具有线性迭代格式的等参有限元逆变换算法,对算法的收敛性和收敛速度分别给出了理论证明和数值检验。该算法不仅形式简单、便于程序实现,且适合于任何类型的等参单元,是一种高效实用的逆变换算法。文中还给出了算法的实施框图。     

分区样条等参元方法分析加助轴对称组合壳

本文提出分区样条行动等参元方法分析加肋轴对称组合壳在静水外压作用下的应力及稳定性,该方法根据母线几何形状,壳板厚度变化及边界约束状况将加肋轴对称组合壳划分为若干个区域,在不同区域采用不同步长的样条等参元进行分析,因而便于对复杂的组合壳进行分析,并可大大减少计算所需自由度数,减少计算工作量,同时计算精度很高,并且易于进行边界约束处理,应用该方法对加肋锥－柱,加肋锥－环－柱组合壳进行了计算,其结果与其     

基于加权残量法的多变量等参元简明列式及其应用

根据作者提出的建立多变量有限元模型的系统化方法,应用加权残量法的基本原理,给出了建立多变量等参元模型的简明列式。然后应用该列式,构造了简明有效的平面四结点多变量等参元MQ4和MQ5前者不含内部自由度,后者含有内部自由度。文中结合若干典型算例对所构造的单元性能进行了考核,并与若干典型协调与非协调等参元的数值结果进行了比较。数值结果表明,无论是在规则网格还是在不规则网格情况下,本文构造的多变量等参元,不仅能通过分片检验的要求,而且表现出了良好的性能。     

分区样条等参元方法分析加肋轴对称组合壳

本文提出分区样条等参元方法分析加肋轴对称组合壳在静水外压作用下的应力及稳定性。该方法根据母线几何形状、壳板厚度变化及边界约束状况将加肋轴对称组合壳划分为若干个区域,在不同区域采用不同步长的样条等参元进行分析,因而便于对复杂的组合壳进行分析,并可大大减少计算所需自由度数,减少计算工作量,同时计算精度很高,并且易于进行边界约束处理。应用该方法对加肋锥－柱、加肋锥－环－柱组合壳进行了计算,其结果与其它方法计算值及实验值吻合良好。     

复杂结构二十节点等参元建模法

提出用单一的二十节点等参元模拟平面、梁、板壳和板-梁结构的建模方法.通过调整板-梁接触面耦合节点的数目,分析接触面耦合节点的数目对接触面应力分布和内力的影响.结果表明,二十节点等参元完全具有模拟平面问题、梁和板壳的能力,能提供更多的相关信息;通过调整接触面耦合节点的数目和组成方式,二十节点等参元独立建模法可以模拟板-梁结构中的刚性联接,铰链联接和介于二者之间的弹簧联接的优越性能.这种建模方法不仅大为简化了复杂结构的建模过程,而且使有限元模型建立在更直观和真实的物理基础之上,避免引入传统建模方式所必须引入的联接单元,有利于有限单元法的推广和应用.     

摄动理论在求解流固耦合渗流问题中的应用

通过引进小参数ε,对工程中一类强非线性耦合渗流问题采用摄动理论进行解析求解,探讨了数学模型中压力动态分布特征,并通过数值算例分析了压力随饱和度s及时间t变化的情况,可为实验确定压力-饱和度-渗透率之间的关系提供理论依据,同时为求解非线性偏微分数学方程组提供一种解析求解方法．     

天然气水合物开发多物理场特征及耦合渗流研究进展与建议

天然气水合物作为一种非常规的清洁能源, 在全球分布广、资源量大. 自20世纪90年代以来, 加拿大、美国、日本、中国已经先后进行了陆域及海域的水合物试采, 但发现出砂、单井日产气量低、稳产时间短等问题, 试采产量远不能满足商业化开发的需求, 其中核心问题是对水合物开发过程中的相变、多相多组分多场耦合渗流特征的认识不够明晰. 本文根据天然气水合物开发过程中涉及的渗流场、温度场、化学场、力学场等多场耦合特征, 重点综述水合物生成/分解对各物理场主要特征参数的影响, 包括水合物储层的孔隙度、水合物饱和度、渗透率、相对渗透率等基础物性参数及其动态演变, 天然气水合物的导热系数、比热容、热扩散系数以及水合物生成/分解热等热力学参数, 天然气水合物生成、分解动力学特征, 纯水合物以及含水合物沉积物的力学性质等, 最后阐述了天然气水合物开发渗流中的多场耦合关系及相互作用, 提出了今后水合物开发多物理场特征及耦合渗流的科学研究、技术开发的有关建议.      

天然气水合物开发多物理场特征及耦合渗流研究进展与建议

天然气水合物作为一种非常规的清洁能源, 在全球分布广、资源量大. 自20世纪90年代以来, 加拿大、美国、日本、中国已经先后进行了陆域及海域的水合物试采, 但发现出砂、单井日产气量低、稳产时间短等问题, 试采产量远不能满足商业化开发的需求, 其中核心问题是对水合物开发过程中的相变、多相多组分多场耦合渗流特征的认识不够明晰. 本文根据天然气水合物开发过程中涉及的渗流场、温度场、化学场、力学场等多场耦合特征, 重点综述水合物生成/分解对各物理场主要特征参数的影响, 包括水合物储层的孔隙度、水合物饱和度、渗透率、相对渗透率等基础物性参数及其动态演变, 天然气水合物的导热系数、比热容、热扩散系数以及水合物生成/分解热等热力学参数, 天然气水合物生成、分解动力学特征, 纯水合物以及含水合物沉积物的力学性质等, 最后阐述了天然气水合物开发渗流中的多场耦合关系及相互作用, 提出了今后水合物开发多物理场特征及耦合渗流的科学研究、技术开发的有关建议.     

岩体系统渗流场与应力场耦合的广义双重介质模型的应用研究

本文通过实验资料分析, 提出了裂隙岩体应力与渗流之间的分形几何关系式。以研究区岩体系统结构为基础, 提出了岩体系统应力场与渗流场耦合的广义双重介质模型, 并将该模型应用于某水利水电工程的渗流与控制中, 对坝区岩体进行了应力场和渗流场的耦合分析, 取得了比较满意的结果。     

渗流-应力耦合随机性分析方法与应用

基于摄动随机有限元法计算参数随机性对渗流-应力耦合问题的影响, 以渗透系数和弹性模量为基本随机量, 推导了渗流-应力耦合摄动随机有限元迭代格式, 在此基础上对现有计算渗流场和应力场的单场随机计算程序进行改造. 使用改造程序对某大坝渗流-应力耦合问题进行分析, 并与商用软件计算结果进行对比.结果表明, 两种方法计算结果基本一致, 揭示了工程实际中的流固耦合规律, 改造的程序还可以输出商用软件未涉及的随机特征.     

线性等参单元逆变换的几何二分法及其修正

在证明线性等参单元的一个几何特性的基础上,提出了线性等参单元逆变换的几何二分法。几何二分法简单易行,避免求解高维高次非线性方程组。在几何二分法基础上,提出一种修正措施以消除畸形单元对所求结果的影响,几何二分法及其修正措施克服了以往方法存在的缺点,两个实例验证了由几何二分法及其修正措施进行等参逆变换的正确性。     

RULE OF TRANSIENT PHREATIC FLOW SUBJECTED TO VERTICAL AND HORIZONTAL SEEPAGE

In a semi-infinite aquifer bounded by a channel,a transient flow model is constructed for phreatic water subjected to vertical and horizontal seepage.Based on the first linearized Boussinesq equation,the analytical solution of the model is obtained by Laplace transform.Having proven the transformation between the analytical solution and some relevant classic formulas,suitable condition for each of these formulas is demon- strated.On the base of the solution,the variation of transient flow process caused by the variables,such as vertical infiltration intensity,fluctuation range of river stage,aquifer parameters such as transmissivity and specific yield,and the distance from calculating point to channel boundary,are analyzed quantitatively one by one.Lagging effect will happen to the time,when phreatic water gets its maximum fluctuation velocity,response to the varying of the variables stated above.The condition for some variables to form equivalent lagging effect is demonstrated.Corresponding to the mathematical charac- teristics of the analytical solution,the physical implication and the fluctuation rule of groundwater level are discussed.     

改进的有自由面非稳定渗流分析复合单元渗透矩阵调整法

应用连续的罚函数,提出了一种改进的自由面边界条件渗流分析复合单元渗透矩阵调整法,优化了此类算法的稳定性,提高了收敛速度和精度,并将此改进算法编制成相应的有限元分析程序,应用于上海地铁4号线董家渡隧道修复基坑降水工程的优化设计,解决了基坑降水过程中复杂三维渗流场的高效精细模拟问题,同时预测了基坑中心水位降至地面以下40 m,位于承压含水层顶面以下,基坑内外自由面落差很大时基坑周边渗流场以及地面沉降的分布特征.     

THE ANALYTIC RESOLUTIONS AND APPLICATIONS OF THE NON－LINEAR SEEPAGE FLOW EQUATIONS OF COAL INFUSION

ＴＨＥＡＮＡＬＹＴＩＣＲＥＳＯＬＵＴＩＯＮＳＡＮＤＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳＯＦＴＨＥＮＯＮ－ＬＩＮＥＡＲＳＥＥＰＡＧＥＦＬＯＷＥＱＵＡＴＩＯＮＳＯＦＣＯＡＬＩＮＦＵＳＩＯＮＺｈａｎｇＹａｎｓｏｎｇ（张延松）（ＲｅｃｅｉｖｅｄＪａｎ．１,１９９４．Ｃｏ...     

Experimental determination of the flow transport coefficients in the coupled equations of two-phase flow in porous media

The transport coefficients in the coupled equations of two-phase flow are defined if the pressure gradient in one of the two flowing fluids is equal to zero. This definition has been used in experiments with oil and water in a sandpack and the four transport coefficients have been measured over wide water saturation ranges. The values of the cross coefficients were found to be significant as they ranged from 10 to 35% of the value of the effective permeability to water and from 5 to 15% of the effective permeability to oil, respectively.     

基于有限元分析的特征值反问题求解的逆摄动方法

本文研究特征值反问题的求解方法,根据广义特征值反问题理论和有限元法的特点,以转子系统平面梁单元有限元模型结构分析的特征值反问题求解为例,给出一种新的逆摄动方法,给出了本逆摄动法较完整的理论基础,给出了其逆摄动参数的显式计算公式及相应的取值方法,本逆摄动法也可推广到其他单元类型的有限元模型特征值反问题的求解。     

Calculation of separated flow around multi-element aerofoils using conformal mapping

A method is presented to calculate the low-speed incompressible separated flow around multi-element aerofoils. The geometries of multi-element aerofoils in the physical plane are completely arbitrary and are transformed into multiple circles in the computational plane by a conformal mapping technique. Jacob's model, which distributes sources on the separated surfaces of multi-element aerofoils to simulate the effects of separation, is adopted here. The position of the separated point and the pressure on the surfaces of multi-element aerofoils are calculated by iteratively coupling the potential flow and boundary layer. The effects of the boundary layer are simulated by modification of the boundary condition. All iterative procedures converge rapidly as a result of using the fast Fourier transform (FFT) technique.     

A coupled model for multiphase fluid flow and sedimentation deformation in oil reservoir and its numerical simulation

A mathematical model for coupled multiphase fluid flow and sedimentation deformation is developed based on fluid-solid interaction mechanism. A finite difference-finite element numerical approach is presented. The results of an example show that the fluid-solid coupled effect has great influence on multiphase fluid flow and reservoir recovery performances, and the coupled model has practical significance for oilfield development.     

纺织复合材料和结构多尺度耦合的数值分析

研究了纺织复合材料和结构多尺度耦合的数值分析模型。建立了微、细观单胞,给出了纺织复合材料平均弹性常数的逐级分析方法,着重研究了由宏观结构、到细观纤维束、再到微观纤维三个尺度耦合的应力分析方案。对于常用的板壳状纺织复合材料结构,在面内载荷下,假设每层细观单胞的平均面内应变是一致的,在弯曲、横向剪切及扭曲等非面内载荷下,在内力等效条件下将沿厚度方向连续分布的宏观应力简化为阶梯状分布,忽略了每层细观单胞范围内宏观应力沿厚度方向的梯度变化,由此利用细观单胞模型实现宏观应力与细观应力之间的传递,再利用微观单胞可得到纤维尺度的微观应力。最后以一种三维机织复合材料为例,用上述多尺度耦合的模型逐级分析了材料的平均弹性常数,并沿相反方向,由宏观结构分析逐级计算出纤维束尺度和纤维尺度的细、微观应力的局部波动。     

An application of topological method to analysing the three-dimensional flow in cascades (II)—Topological analysis on the vector field patterns of skin-frictions and section streamlines

With an application of topological analysis, in this paper the skin-friction line patterns on compressor and turbine cascade surfaces are depicted and the streamline patterns of the secondary flow fields in the cross-section of a curved pipe and a turbine cascade are drawn under given conditions. In addition the structures of vortices within three-dimensional viscous flow fields in cascades are analysed.The Project Supported by the National Natural Science Foundation of China