结构非线性动力分析混合时间积分并行算法

综合隐式和显式时间积分技术,对结构非线性动力反应分析提出一种并行混合时间积分算法.该算法采用区域分解技术.将并发性引入到算法中,即利用显式时间积分技术进行界面节点积分而利用隐式算法求解局部子区域.为实现并行混合时间积分算法,设计了灵活的并行数据信息流.编写了该算法的程序,在工作站机群实现了数值算例,验证了算法的精度和性能.计算结果表明该算法具有良好的并行性能,优于隐式算法.     

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合隐式和显式时间积分技术,对结构非线性动力反应分析提出一种并行混合时间积分算 法. 该算法采用区域分解技术. 将并发性引入到算法中,即利用显式时间积分技术进行界面 节点积分而利用隐式算法求解局部子区域. 为实现并行混合时间积分算法,设计了灵活的并 行数据信息流. 编写了该算法的程序,在工作站机群实现了数值算例,验证了算法的精度和 性能. 计算结果表明该算法具有良好的并行性能,优于隐式算法.     

剪刀式尾桨涡流干扰机理和气动特性研究

采用非常规剪刀式尾桨对直升机整体性能有着重要影响,关于其复杂流动干扰机理的研究尚处在发展之中. 为了掌握剪刀式尾桨的流动干扰机理和参数影响规律,建立了适合于悬停状态下剪刀式尾桨干扰涡流场分析的计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD) 数值模拟方法. 采用积分形式的Reynolds-averagedNavier-Stokes (RANS) 方程作为旋翼流场求解控制方程,围绕旋翼流场的结构网格采用嵌套网格方法生成. 在CFD 方法验证基础之上,对悬停状态下两种不同构型剪刀式尾桨桨尖涡的涡核位置和强度的演变规律进行了定量分析,并对流场中桨尖涡与桨叶的贴近干扰、碰撞、破碎运动,同时准确捕捉了不同尺度涡之间的相互干扰、融合的过程进行了分析. 进一步研究了剪刀角和轴间距参数对不同构型剪刀式尾桨气动特性的影响规律. 计算结果表明,剪刀式尾桨流场中存在复杂的桨-涡干扰和涡-涡干扰现象,剪刀角和轴间距对剪刀式尾桨的气动特性有重要影响,L 构型剪刀式尾桨气动性能整体优于U 构型剪刀式尾桨.      

一种新型浮升一体化排式飞翼的设计与研究

设计既有较大的内部容积、又有高气动效率的新型浮升一体化气动布局对此类低速飞行器的发展具有重要的科学研究价值和工程应用前景. 以NACA0030翼型为基础,构造了具有较高体积率(体积/表面积)的排式飞翼气动布局. 对不同排列形式的排式飞翼进行了详细的计算和评估分析,并提出了具有更好操纵性和稳定性的排式后掠飞翼气动布局. 数值模拟结果表明: 通过排式飞翼中后翼对前翼下方气流的阻滞作用,排式直飞翼和排式后掠飞翼的升阻比分别增大40%和 20%, 整个飞行器的气动效率显著提高; 同时, 浮升一体化排式飞翼的弦向尺寸较小,可有效降低材料的表面张力,这为高空飞行器表面柔性材料提供了较宽的选择范围.      

自升式抛石整平装置自存工况抗滑移抗倾覆分析

对自升式抛石整平装置暴风自存工况下抗滑移和抗倾覆能力进行了分析.参考CCS《海上移动式平台入级规范》对暴风自存工况的环境载荷进行定义,运用ABAQUS中Subroutine子程序模块来进行环境载荷的施加.根据《移动式平台入级与建造规范》中对自升式平台抗滑移和抗倾覆的要求,对自升式抛石整平装置进行了校核.岩石基床采用基于Mohr-Coulomb屈服准则的理想弹塑性本构模型,位移和转角采用Swipe加载方法.经分析,设计的自升式抛石整平装置满足《规范》抗滑移和抗倾覆要求.     

结构性软土弹塑性模型的隐式算法实现

对于考虑软土结构性的高度非线性弹塑性本构模型,在采用Newton-CPPM隐式算法对模型进行数值实现的过程中容易出现Jacobian矩阵奇异和不收敛问题.为此,本文提出了两种改进隐式算法.考虑到Newton-CPPM隐式算法是局部收敛性算法,因此引入大范围收敛的同伦延拓算法对Newton-CPPM算法的迭代初值进行改进,形成了同伦–Newton-CPPM算法.考虑到Newton-CPPM隐式算法单个迭代步的计算量过大,因此借鉴显式算法的思想提出一种两阶段迭代算法,第一阶段先求出一致性参数,第二阶段采用类似于显示算法的方法进行回代得出状态变量的值.然后,以考虑软土结构性的SANICLAY模型为例,从弹塑性本构模型的组成和算法的特点两个角度分析了引起Jacobian矩阵奇异和不收敛问题的原因,并且在单单元计算的基础上,对全显式算法、传统隐式算法和两种改进隐式算法在计算收敛性、计算精度和计算效率方面进行了对比.最后,将同伦–Newton-CPPM算法和传统隐式算法用于地基承载力多单元计算中,结果表明该算法能够有效地解决Jacobian矩阵奇异和不收敛问题.     

全长粘结式锚杆的非局部摩擦分析

本文对Oden等提出的非局部摩擦模型进行了修正,得到了修正后的非局部摩擦模型.并应用于全长粘结式锚杆问题.文中利用Mindlin问题的位移解导出的全长粘结式锚杆沿杆体表面所受的剪应力的弹性解,对全长粘结式锚杆进行非局部摩擦分析,得到了在修正后的非局部摩擦模型下的全长粘结式锚杆的侧剪应力.文中修正的非局部摩擦模型下的全长粘结式锚杆的剪应力分布规律与试验得到的结果以及局部摩擦模型(库仑模型)下的计算结果进行了对比,结果表明修正的非局部摩擦模型下的计算结果与实验更符合.因此在描述此锚杆剪应力时,非局部摩擦模型比局部摩擦模型(库仑模型)更接近的实际.     

锤式破碎机锤子与单个料块的碰撞力学分析

本文应用碰撞理论对锤式破碎机的锤子碰撞单个料块进行了碰撞力学分析,获得了冲击力、销轴反冲力和冲击能耗计算公式.其结果可作为设计锤式破碎机的基础.     

锤式破碎机锤子与单个料块的碰撞力学分析

本文应用碰撞理论对锤式破碎机的锤子碰撞单个料块进行了碰撞力学分析,获得了冲击力、销轴反冲力和冲击能耗计算公式.其结果可作为设计锤式破碎机的基础.     

高超声速三维内收缩式进气道/乘波前体一体化设计研究评述

论述了国内外在高超声速三维内收缩式进气道研究方面的最新研究动态,重点阐述了三维变截面内乘波式进气道的研究进展.介绍了常规矩形进口进气道与乘波体外形一体化相关研究,并对三维内收缩式进气道与前体的一体化问题提出了关注. 最后,对高超声速进气道与前体一体化设计的研究趋势进行了展望,提出三维内收缩式进气道与乘波前体的``双乘波'一体化设计可能为高超声速研究带来新的变革.      

海上浮式风机气动力-水动力耦合分析研究进展

近年来,海上浮式风机受到了越来越多的关注.相比陆上风机,海上浮式风机承载着更加复杂的环境载荷.本文针对海上浮式风机气动力-水动力耦合分析问题,对风机的气动力载荷计算、浮式基础的水动力载荷计算,以及浮式风机系统在风浪流联合作用下的气动力-水动力耦合分析等方面,分别进行了研究方法及研究现状的介绍,同时简要分析了海上浮式风机的发展趋势及面临的问题和挑战.     

范德华力对计算机磁头/磁盘超薄气膜承载性能的影响

在纳米间隙条件下,以楔型滑块和双轨式磁头为例,推导出楔型及双轨式磁头范德华力的计算公式,考察了范德华力对计算机磁头/磁盘超薄气膜承载性能的影响.结果表明,范德华力对计算机磁头/磁盘的承载性能影响很大,范德华力可以降低磁头的承载能力,尤其在最小空气间隙小于6 nm时;在相同尺寸的磁头中,双轨式磁头的范德华力小于楔型滑块的范德华力,而前者的承载力大于后者,双轨式磁头的范德华力对其承载性能影响较小.范德华力可以使飞行高度降低,为磁头设计和磁头/磁盘装配的重要依据.     

跨音叶栅流场中Euler方程的对角化隐式算法

本文在非因式分解隐式通量分裂有限面积法的基础81提出了一种单向隐式对角化算法,并给出了相应的固壁边界条件的一种精确的隐式处理方法.数值结果表明,这种方法是高效率的。     

双燃式超燃发动机冷态内流场的数值研究

研究了双燃式一体化通道(包含进气道、双燃式燃烧室和尾喷管)的冷态内流场特性.首次在激波风洞中对内流场进行纹影照相,用TVD格式求解三维全N-S方程对喷管和一体化通道进行分区数值模拟,并考察了几何参数对内流场的影响.结果表明对典型工况(h     

半潜式海上浮式风机气动阻尼特性研究

由于海上漂浮式风机具有较大的支撑平台运动,气动阻尼效应对海上漂浮式风机的运动响应带来了重要的影响, 日渐受到相关国内外学者的关注. 为了研究海上浮式风机的气动阻尼特性,本文推导了海上浮式风机气动阻尼力的数学模型,并借助模型实验和数值计算的方法,研究了半潜式海上浮式风机的气动阻尼特性及其作用规律. 结果表明,浮式风机的风轮旋转时的气动阻尼比风轮非旋转状态时更加明显;在作业工况下,气动阻尼对半潜式浮式风机平台的纵荡、纵摇、机舱的运动有明显的抑制作用,且主要体现为对半潜式浮式风机的平台运动固有频率响应的抑制作用,对波频范围的平台运动作用甚微. 其变化规律与风速大小、波浪载荷等有关,在风机的额定工况之前,气动阻尼通常与风速呈正相关关系,但是增长率有逐渐减小的趋势;在控制系统作用下,当入流风速接近或超过风机额定风速时,容易出现气动负阻尼现象,反而进一步强化浮式风机的运动响应,此时通过降低变桨距控制器的比例系数,即降低变桨距控制器的灵敏度,有助于增加海上浮式风机的气动阻尼效果,并且在一定程度上减缓负的气动阻尼的发生,改善海上浮式风机的运动响应.      

条带式太阳帆的结构动力学分析

依靠光压推进,太阳帆被认为是最可行的星际探测航天器,太阳帆结构总体方案主要有两类:桅杆式和旋转式,其中,帆膜被分割成窄条的条带式太阳帆在桅杆式太阳帆中具有较为理想的结构效率,如何准确计算条带式太阳帆的结构动力学特性值得研究.本文对条带式太阳帆结构的振动特性和结构稳定性进行研究,将太阳帆看作是由若干个桅杆–膜带组件依次连接而成的整体结构,桅杆–膜带组件由4根桅杆段和4条薄膜条带组成,分段轴压作用下的桅杆与薄膜条带耦合振动.考虑帆面薄膜条带与支撑桅杆之间的耦合振动,采用分布传递函数法建立了的条带式太阳帆的结构动力学模型,推导了条带式太阳帆结构自由振动和失稳载荷的求解方法.研究表明:条带式太阳帆构型有利于提高太阳帆结构的整体刚度和结构稳定性,随着帆面薄膜条带数目的增加,太阳帆结构的振动频率和失稳载荷增大;随着帆面薄膜预应力的增大,太阳帆结构振动的基频减小,稳定性变差;随着支撑桅杆刚度的提高,太阳帆结构整体的振动频率和失稳载荷增大.本文建立的解析求解方法具有求解效率快和精度高的特点,为条带式太阳帆的结构设计和姿态控制提供了有力的分析工具.     

条带式太阳帆的结构动力学分析

依靠光压推进,太阳帆被认为是最可行的星际探测航天器,太阳帆结构总体方案主要有两类:桅杆式和旋转式,其中,帆膜被分割成窄条的条带式太阳帆在桅杆式太阳帆中具有较为理想的结构效率,如何准确计算条带式太阳帆的结构动力学特性值得研究.本文对条带式太阳帆结构的振动特性和结构稳定性进行研究,将太阳帆看作是由若干个桅杆-膜带组件依次连接而成的整体结构,桅杆-膜带组件由4根桅杆段和4条薄膜条带组成,分段轴压作用下的桅杆与薄膜条带耦合振动.考虑帆面薄膜条带与支撑桅杆之间的耦合振动,采用分布传递函数法建立了的条带式太阳帆的结构动力学模型,推导了条带式太阳帆结构自由振动和失稳载荷的求解方法.研究表明:条带式太阳帆构型有利于提高太阳帆结构的整体刚度和结构稳定性,随着帆面薄膜条带数目的增加,太阳帆结构的振动频率和失稳载荷增大;随着帆面薄膜预应力的增大,太阳帆结构振动的基频减小,稳定性变差;随着支撑桅杆刚度的提高,太阳帆结构整体的振动频率和失稳载荷增大.本文建立的解析求解方法具有求解效率快和精度高的特点,为条带式太阳帆的结构设计和姿态控制提供了有力的分析工具.      

非线性动力方程精细积分法的自适应步长研究

基于Adams显式和隐式预估公式实现对时间步长的 自适应选择,利用当前时刻v(tk),采用预估公式的两种形式(显式与隐式),对v(tk+1)进行两次预估,利用两公式局部截断误差关系,得出误差估计值ξ(tk+1),并根据其大小 自适应调节时间步长.将该思想应用于预估型(求解过程需要用到预估公式)精细积分算法中,使精细积分...     

地形对岸式波能装置性能的影响研究

近岸带的海域、海底和海岸都是不规则的,会引起波浪的不规则变形、折射、绕射和反射,使得波能分布不均匀,可能会影响波能装置的性能.本文基于小振幅波理论假设,从线性势流理论出发,用边界元方法研究地形对岸式波能转换装置(以下简称岸式装置)的水动力性能的影响.计算结果表明,地形的影响是非常大的,不可忽略.一些带前港的地形对提高岸式装置的转换效率很有价值.本文理论对地形无任何限制,因而提供了一个在线性理论范围内模拟复杂地形条件下装置附近流场的方法,同时说明此计算方法对波能电站的设计和工程选址有一定的参考价值.     

前进式U形通风采空区风流与自燃的数值模拟

基于渗流方程、多组分气体渗流-扩散方程和多孔介质渗流传热方程,建立前进式开采U型 通风采空区自然发火模型. 通过迭代方法计算沿空巷道的侧漏风量,以此边界条件数值模拟 计算出前进式开采U型通风采空区的漏风规律;根据瓦斯-Ohttp://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_lxysj200804005.aspx前进式开采U型通风;采空区;风流规律;自燃温度场;有限元; 基于渗流方程、多组分气体渗流-扩散方程和多孔介质渗流传热方程,建立前进式开采U型 通风采空区自然发火模型. 通过迭代方法计算沿空巷道的侧漏风量,以此边界条件数值模拟 计算出前进式开采U型通风采空区的漏风规律;根据瓦斯-Ohttp://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_lxysj200804005.aspx前进式开采U型通风;采空区;风流规律;自燃温度场;有限元; 基于渗流方程、多组分气体渗流-扩散方程和多孔介质渗流传热方程,建立前进式开采U型 通风采空区自然发火模型. 通过迭代方法计算沿空巷道的侧漏风量,以此边界条件数值模拟 计算出前进式开采U型通风采空区的漏风规律;根据瓦斯-Ohttp://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_lxysj200804005.aspx前进式开采U型通风;采空区;风流规律;自燃温度场;有限元;基于渗流方程、多组分气体渗流-扩散方程和多孔介质渗流传热方程,建立前进式开采U型通风采空区自然发火模型.通过迭代方法计算沿空巷道的侧漏风量,以此边界条件数值模拟计算出前进式开采U型通风采空区的漏风规律;根据瓦斯-O2-CO浓度和温度分布状态及其变化来描述自燃过程.在计算中,采空区非均质性按自然冒落考虑,兼顾瓦斯涌出对自燃的耦合作用;模拟得到,在前进式开采特有的3面漏风边界条件下,采空区自燃位置(最高温点)在开切眼冒落区进风一侧,自燃产生的有害气体和瓦斯随漏风流从回风边界渗出.在前进开采U型通风形式下,通风量在到达工作面时衰减很大,因此,前进开采布置一次推进距离不易过大;解决好沿空留巷的封堵材料和正确的堵漏措施,是保证前进式开采顺利进行的技术关键.