具有大量椭圆颗粒/孔洞随机分布区域的计算机模拟及其改进三角形自动网格生成算法

针对颗粒／孔洞为椭圆形状并且呈随机分布的多相复合材料给出了一种计算机模拟方法,同时针对这样复杂的二维区域提供了一个改进的快速自动三角形网格剖分算法。最后用实例说明了算法的有效性。此算法可以推广到三维情形、裂纹材料等。     

大量椭球颗粒随机分布三维区域的模拟及其四面体网格快速生成算法

针对颗粒为椭球形状并且随机分布的多相复合材料给出了三维情形下的计算机模拟方法,并对此复杂区域提供了一种四面体网格快速生成算法。此方法的基本思想:首先是根据材料的要求,给出随机颗粒材料的计算机模拟,然后对模拟后的颗粒边界初始化,得到一些初始剖分点,并给出剖分区域的初始网格(正四面体),接着把颗粒的初始边界点投入到剖分区域中,替换区域中靠此点近的点,并且采用加点寻找边界的方法和修正初始点方法来解决四面体穿刺边界问题,从而得到整个区域的四面体网格。最后用实例说明了算法的有效性。     

基于随机骨料模型混凝土动态性能数值模拟

将混凝土看作水泥砂浆与粗骨料组成的非均质复合材料。编写二级配圆形骨料混凝土随机投放程序对混凝土动态破坏过程进行数值模拟,分析粗骨料颗粒中间粒径和最大粒径对二级配混凝土动态特性的影响。数值模拟结果表明：随着粗骨料颗粒中间粒径的增加,混凝土在动荷载作用下峰值应力先增大,然后逐渐减小,粗骨料颗粒中间粒径为15mm时,峰值应力达到最大;随着二级配混凝土粗骨料颗粒粒径最大值的增加,混凝土在动荷载下峰值应力逐渐减小。     

矩形区域不等圆形随机堆放的数值模拟

将若干待堆放的圆形堆放到一个给定矩形区域,是一类特殊的Packing问题。针对这一具有NP难度的困难问题,提出一种快速的数值模拟方法以及模拟力学检验的方法。该方法将圆形堆放的力学平衡规律化为几何形体相互接触的几何条件,把大量的圆形按级配及分布律等约束条件,随机堆放形成空间区域。按此方法得到的圆形堆体,在不加外力的情形下即可保持自身的稳定。使用该方法,在边长为15cm的正方形区域内,取圆形的直径范围为0.5cm~4cm,模拟了孔隙率小于25%(面积比)的圆形堆体。最后,将所模拟的圆形堆体试件进行了有限元网格划分及力学加载试算,结果表明该堆体是稳定的。为进一步在细观层次研究圆形堆体提供了一个快速的数值模拟方法。     

混凝土框架结构随机模拟分析研究

本文在双层双跨框架钢筋混凝土结构低周反复荷载下的试验研究的基础上,编制了有限元非线性分析程序.首先利用结构的均值参数对结构进行了确定性的计算分析,分析结果与试验结果的对比表明程序具有相当的正确性.然后在此基础上,利用结构随机模拟的思想,采用分层抽样和两重随机模拟技术对结构进行了最优模拟结果的计算分析.计算结果表明:虽然结构参数只有较小的变异,但最优模拟结果如结构的内力反应与均值参数模拟结果将会出现较大的变异.这一结果说明:结构的非线性力学性能及损伤演化与结构物理参数的变异性存在显著关联.总体强度及刚度分布相似的结构,由于物理参数分布的随机性差异,会导致结构非线性内力分布产生显著变化.     

基于纤维随机分布的单向复合材料拉伸破坏过程模拟

单向复合材料的极限拉伸强度受纤维强度变化和纤维随机分布的影响。本文提出了一种合理的纤维随机分布假设,并以此建立了剪滞数值模型。利用蒙特卡罗模拟方法结合现有模型分析了单向复合材料的拉伸失效过程,得到极限拉伸强度。与文献模型相比较的结果表明,本文的模型结果更理想。     

拉格朗日随机模型模拟屋面积雪分布

基于拉格朗日随机模型并结合已有文献中最新改进的k-ω湍流模型,对风致屋面雪粒迁移运动进行了数值模拟,其中根据雪深变化对屋面积雪边界采用了自适应变形调整。首先对程序进行了验证,然后对一典型阶梯形屋面的积雪分布进行了数值模拟。通过求解RANS方程及对湍流脉动速度PDF采样,模拟计算了约3×104个粒子的跃移及悬移运动迹线,统计获得了不同粒子大小、风速以及阈值风速下的屋面积雪效率及雪深分布。结果表明：在分离泡及拐角等部位的积雪效率最高,是积雪较多的地方;直径0.2mm的粒子屋面积雪效率最高;当屋面流动剪切速度大于雪粒阈值剪切速度时,不同风速及阈值风速对屋面的积雪效率影响相对较小;模拟结束时计算的屋面积雪系数分布与观测结果吻合较好。     

平屋盖风压分布的数值模拟

基于Reynolds时均N-S方程和RSM模型对平屋面的风压分布进行了数值模拟,在此基础上系统研究了风向角、跨高比、地面粗糙度、风速等因素对屋面风压分布的影响,探讨了结构周围流场的绕流特性,最后根据屋面的结构形式及风压分布特点将屋面进行分区,给出了屋面在不同风向角下的分区风载体型系数以供工程设计参考.     

铁路空调硬卧车内气流分布的数值模拟

建立了铁路空调硬卧车内CFD仿真模型,对车厢内流场、温度场和热舒适性评价指标进行了分析。采用稳态不可压缩雷诺时均N-S方程、k-ε湍流模型,应用控制容积法和交错网格进行离散。计算了空调硬卧车内三维空气流场和温度场,并与实验结果进行了对照,两者吻合较好。在此基础上分析了车厢内人体热舒适性,结果表明车厢中部和端部铺位PMV分布不同,端部人体热舒适感较好,中部较差;而且同一计算断面不同铺位的人体热舒适感差异较大:上铺有较大区域PMV<-1.0,人体感觉较凉;中铺大部分区域-0.51.0,人体感觉偏暖。     

液体燃料空气炸药形成过程的数值模拟

对液体燃料的爆炸抛撒形成的云雾运动作了数值模拟。建立了多相流模型与算法,给出了云雾区的速度场与燃料浓度分布。云雾的外形变化与实验结果符合较好。     

混凝土破裂过程的三维数值模型

利用混合同余法产生了随机变量,将混凝土中的骨料简化为球体,采用循环比较法将随机变量赋给球心坐标(X,Y,Z),实现了混凝土骨料的空间随机分布,最终建立了三维混凝土数值模型。对模型整体进行单元剖分,将骨料、砂浆、界面层分别投影到该有限元网格中,采用多次网格划分技术完成模型网格划分。通过对算例进行有限元计算,结果表明该模型基本上反映了混凝土骨料分布的实际情况,较好地模拟了混凝土的不均匀性与各向异性,验证了建立该模型的方法是可行的。     

混凝土多边形骨料投放的随机游走算法

提出一种基于随机游走的混凝土多边形骨料投放的数值模拟方法,具有骨料投放效率高,填充率高,能保证骨料一次性投放成功的优点.投放算例验证了该数值模拟方法的有效性,骨料填充率可达到65%～70%,可以满足大体积、全级配、高强度混凝土骨料投放数值模拟的需求.     

材料破坏过程中应力分布的数值光弹图

介绍应用材料破坏过程分析(MFPA)系统进行材料破坏过程应力场分析的“数值光弹”方法. 给出了几种材料试样在外部载荷作用下变形或破坏时的内部应力分布条纹图. 结果表明(MFPA)系统为研究材料破坏过程中的应力分布提供了一种简单易行的分析方法.     

再生大骨料自密实混凝土梁裂缝开展机理研究

再生大骨料自密实混凝土梁的裂缝开展机理作为梁结构可靠性设计的理论基础,具有重要的工程意义。本文对不同再生大骨料取代率的再生大骨料自密实混凝土梁进行了数值仿真模拟,分析了再生大骨料自密实混凝土梁的裂缝开展情况和荷载-挠度曲线。结果表明,采用随机骨料模型对再生大骨料自密实混凝土梁进行裂缝开展模拟的方法可行;裂缝主要沿着再生大骨料和自密实混凝土交界面扩展,少部分经过再生大骨料;不同再生大骨料取代率的再生大骨料自密实混凝土梁的裂缝开展机理相同;相比自密实混凝土,再生大骨料自密实混凝土梁的承载力降低,脆性增强。     

混凝土中心裂缝单轴拉伸损伤断裂数值模拟研究

基于对混凝土细观力学的认识,假定混凝土是由砂浆基质,骨料及它们之间的界面组成的三相复合材料,各组分的材料性质按照某个给定的Weibull分布来赋值,细观单元满足弹性损伤的本构关系,应用细观力学损伤模型研究了混凝土的宏观力学性质,并且通过有限元程序对中心裂缝混凝土试件在单向拉伸情况下的破坏过程进行了数值模拟.模拟结果表明,该模型可以用来研究单向载荷作用下混凝土结构的破坏机理.     

有限元计算细观力学对复合材料力学行为的数值分析

有限元计算细观力学的发展是近十年来细观计算力学发展的主要特征和推动力．本文综述了有限元计算细观力学近十年来应用于复合材料力学行为分析研究方面的进展．介绍了基本的数值模型和计算方法,重点评述了强度和损伤等协同效应问题上的最新研究成果．最后对有限元计算细观力学应用于材料设计的前景做了展望     

混凝土三维参数化骨料模型的创建方法

在混凝土细观结构试件的模拟中,为了降低骨料之间的相互排斥性,缩小骨料之间的空隙、提高骨料的含量、加快试件的创建速度,提出混凝土三维参数化骨料模型的创建方法.该方法充分利用骨料的参数方程,给出了骨料内外的判别方法,以及点到骨料的距离的快速计算方法和误差估计,可以有效地控制骨料之间的空隙,从而提高试件中骨料的含量.实验表明这是一个有效的方法,可以按二级配生成含不规则骨料体积达55%以上的试件,完全达到了实际混凝土的骨料含量要求,为对混凝土进行细观力学分析提供了创建数值模型的方法.     

有限元计算细观力学对复合材料力学行为的数值分析

有限元计算细观力学的发展是近十年来细观计算力学发展的主要特征和推动力．本文综述了有限元计算细观力学近十年来应用于复合材料力学行为分析研究方面的进展．介绍了基本的数值模型和计算方法，重点评述了强度和损伤等协同效应问题上的最新研究成果．最后对有限元计算细观力学应用于材料设计的前景做了展望     

混凝土复合靶结构参数对侵彻过载的影响

混凝土复合靶基体靶板的层数和中间粘结层厚度是复合靶能否模拟单一靶的两个重要影响因素, 利用AUTODYN2D仿真软件, 重点研究了这两个因素对弹体侵彻过载的影响. 首先通过已有的实验和理论公式验证了初始仿真模型和材料参数的合理性. 在此基础上, 通过改变基体靶板的层数和中间粘结层厚度建立了多组侵彻复合靶的仿真算例. 通过弹体侵彻速度、过载曲线的对比, 结果表明: 全尺寸深侵彻过载实验中复合靶能够代替单一靶, 但复合靶中间粘结层的厚度不要大于1/2弹头部长度; 当中间粘结层厚度超过弹头部长度1/2时, 弹体侵彻复合靶过载与侵彻单一靶的偏离程度随基体靶板层数的增加而增大, 上述结论可为实验中构建混凝土复合靶提供参考.