床面上直立圆柱的三维湍流数值模拟

从数值预报桥墩等结构物床面局部冲刷的角度发展绕直立圆柱的三维湍流的数值模拟技术. 基于Wilcox的k-ω两方程湍流模式，采用基于有限体积法的压力修正SIMPLE算法, 计算了绕床面直立圆柱的三维湍流流场，分析了光滑和粗糙床面两种情况下的流动情况. 通过系列的验证计算，表明该计算模型能够比较准确地反映不同外来流条件下绕直立圆柱的流场. 计算结果揭示了床面粗糙度对绕圆柱的湍流流动的影响.     

基于有限体积法的三维局部冲刷数值模型研究及应用

局部冲刷的三维数值模拟可预测水力冲刷的破坏程度和破坏机制,进而提供更加合理的工程措施以减轻或避免局部冲刷造成的工程破坏。基于有限体积法和非结构化的计算网格构建了以水动力学模型、泥沙冲淤和河床变形方程为基础的三维局部冲刷数值模型。水动力学模型中的湍流模型为剪切应力SST k-ω输运模型,泥沙冲淤以底床切应力大小和分布为基础,水沙模型的耦合采用单向弱耦合方式。首先,通过ANSYS-FLUENT软件数值计算水动力学模型后,将水力特性数据单向传递至泥沙模块,并应用UDF函数二次开发实现泥沙模型的数值计算。利用动网格技术重构因河床地形更新引起的变形网格。与动床圆柱冲刷和丁坝局部冲刷的试验结果进行比较,验证了局部冲刷数值模型的可靠性。从平衡冲深时的冲刷深度和冲坑内水流特性等结果的对比可以看出,该数值模型成功地模拟出最终冲刷地形和形态,并能捕捉不同时刻的三维地形变化。根据数值模型的建立及应用结果分析主要得到以下结论,以切应力观点为基础开发该模型时,具有简易性和较强的可靠性;单元体泥沙通量的重构和床面坡度等因素均影响模型的精度;FLUENT软件提供的动网格技术能较好重构小变形网格,但是重构因地形变化引起的大变形网格时略显不足。     

圆柱绕流局部冲刷机制的实验研究

采用粒子图像测速技术和粒子图像识别技术研究了冲刷坑的演化过程及局部冲刷的流体动力机制。首先研究了动床条件下圆柱周围的床面演化过程，给出垂直对称面输沙率随时间变化以及圆柱下游垂直对称面的沙颗粒浓度和泥沙分布规律；其次针对典型冲刷坑形状固定底床，测量了圆柱下游的瞬时流场，并给出平均流场。结果表明尾流区平均剪应力较低，但垂向涡量和湍流强度较高。分析指出平均剪应力较低的尾流区域，局部冲刷的主要动力机制是尾涡和湍流的综合作用。     

一种新的往复流试验平台及其泥沙冲刷试验研究

本文提出一种可以模拟潮流运动的自动化控制水槽。该水槽可以时控制往复流两端的水位,实现流的往复运动,并可以按计算机要求实现水位的稳定或渐变。本文同时利用该水槽进行了圆柱开桥墩周围的测试数据、照片为基础、分析了不同水流条件下圆柱形桥墩周围的床面冲刷情况。试验发现在桥墩附近,水流的旋滚运动及旋涡系是造成床面冲刷的主要原因,另外对于往复流情况,桥墩附近床面受到的冲刷比固定水位冲刷时要严重,也更为复杂 。     

方柱尾流流态对床面冲淤形态的影响

应用平面二维悬沙数学模型对方柱尾流区的泥沙输运及床面调整进行了数值模拟，并对重要物理参数做了分析说明。数值计算采用时间分裂一全隐式有限差分格式，流场的计算基于沿水深平均的RANS方程。通过系统的数值模拟，揭示了不同来流情况下，方柱尾流区的流态变化，及与之相应的床面变化规律，并对不同流态下的泥沙运动作了分析。计算结果表明在方柱尾流区，不同的流场流态对尾流区的床面调整有明显影响。流场较弱的情况下，尾流区中湍动强度相应较弱，此时悬浮泥沙由于流速减小而普遍落淤，床面应力的减小也致使床面冲刷量减小。随着流场强度的逐渐增大，尾流区中湍动强度相应增强，床面应力增大，同时湍流的强烈交换作用增强了对泥沙的输运作用，床面变化不再是简单的淤积状态，部分区域出现了冲刷。     

基于两相紊流模型的非平衡输沙研究

基于雷诺平均的水沙两相流方程, 建立了一个非平衡全沙输移二维数学模型. 模型考虑相间相对运动以及多颗粒之间的相互影响, 通过相间作用力进行两相耦合.和传统的单相流模型以及低浓度两相流模型相比, 该模型摆脱了依赖经验公式给定床面边界条件的局限性. 针对明渠净冲刷问题, 在合理给定水相和泥沙相边界条件的前提下计算了泥沙浓度分布的沿程变化, 并利用物理模型实验的结果和理论解验证了数学模型的正确性,同时也分析了明渠净冲刷问题中紊动扩散和重力沉降现象的特征.      

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通过动床试验,结合黄河下游细沙河床研究了大尺度缩窄河道时非恒定流桥墩的局部冲刷. 研究结果表明,非恒定流洪水过程中的桥墩局部冲刷与恒定流的情况相比,两者之间存在差 异而且有必然的联系. 通过影响因素和试验数据的分析,建立了两者之间的关系和相应的非 恒定流桥墩局部冲刷深度计算方法. 经与原型非恒定流洪水实测资料对比,结果合理且比较 符合实际情况.     

床面固体颗粒圆柱绕流的试验现象观察

本文介绍了床面固体颗粒随水流绕过圆柱体时，将在圆柱周围的床面上形成一个无粒子运动区的试验现象。水槽试验结果表明，当固体颗粒的粒径减小时，无粒子区的范围将增大；无粒子区的范围随圆柱直径的增大而增大；水流条件的变化直接影响着床面固体颗粒的运动情况，同无粒子区的形成、消失及范围大小有密切的关系。根据试验资料，结合量纲分析，建立了无粒子区的无量纲经验关系式     

船用螺旋桨敞水性能与桨叶应力的数值分析

采用FLUENT软件中的多参考坐标系模型(MRF)对螺旋桨的敞水性能进行模拟,并将模拟结果与试验值进行比较,然后通过ANSYS Workbench中的流固耦合技术将FLUENT计算所得的桨叶表面压力加载到ANSYS中桨叶的有限元模型中进行静力分析计算,得到的桨叶应力结果与理论分析相吻合.     

小麦茎秆的抗弯复合材料力学模型

为研究小麦茎秆的抗弯性能和获得茎秆材料常数,本文首先对小麦茎秆进行了四点弯曲的试验研究。在试验测量数据的基础上建立了小麦茎秆有限元计算模型,该模型考虑了植物材料的正交异性和管壁分层力学参数的变化等情况。本文还将Brazier屈曲理论引入小麦茎秆抗弯性能研究中,使用双层复合材料圆柱壳模型,分析得到了纯弯曲时小麦茎秆的曲率弯矩关系。研究结果表明:理论模型能够正确反映小麦茎秆的抗弯行为;局部屈曲是影响小麦茎秆的抗弯性能的重要因素;试验和有限元计算结果与理论解基本吻合。     

一种基于直接计算高阶奇异积分的断裂力学双边界积分方程分析法

相对于有限元法,边界单元法在求解断裂问题上有着独特的优势,现有的边界单元法中主要有子区域法和双边界积分方程法.采用一种改进的双边界积分方程法求解二维、三维断裂问题的应力强度因子,对非裂纹边界采用传统的位移边界积分方程,只需对裂纹面中的一面采用面力边界积分方程,并以裂纹间断位移为未知量直接用于计算应力强度因子.采用一种高阶奇异积分的直接法计算面力边界积分方程中的超强奇异积分;对于裂纹尖端单元,提供了三种不同形式的间断位移插值函数,采用两点公式计算应力强度因子.给出了多个具体的算例,与现存的精确解或参考解对比,可得到高精度的计算结果.      

汶川地震诱发文家沟巨型滑坡 碎屑流基本特征及成因机制初步分析

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2008年5月12日,汶川M80地震在四川省绵竹市清平乡文家沟内诱发一巨型滑坡。通过现场调查得知,滑坡前后缘高差455m,厚度20～30m,滑面为基岩层面,初始方量2750×107m3。滑体在运动中转化为碎屑流。滑坡-碎屑流总的水平运动距离为4022m,垂直运动距离为1443m,遗留的堆积物体积达5×107m3。滑坡距映秀—北川断裂仅36km,位于其下盘,地震烈度达XI度。滑坡导致文家沟中48人遇害,并形成一条完整的地震次生地质灾害链。初步分析表明滑坡启动速度快,滑坡向碎屑流转化过程明显、地点明确。碎屑流运动过程复杂,伴有强烈的“气垫效应”和“前缘气浪冲击效应”。作者认为,文家沟滑坡的高启动速度是长持时强烈地震动作用的结果,与山体的猛烈碰撞是导致滑体解体并转化为碎屑流的原因。     

Preface: Orbits around asteroid

One of the core issues in modern celestial mechanics is the orbital dynamics in the near-regime gravitational field of as- teroids, which provides deep insights into the mathematical nature of a class of nonlinear systems, and plays as a critical basis for in situ explorations of different science goals. Lots of efforts have been made to reveal the characteristics of orbital motion in the vicinity of asteroids, and to improve the skills of asteroid research in methodology.     

Effet de l'anisotropie élastique cristalline sur la distribution des facteurs de Schmid à la surface des polycristauxInfluence of crystalline elasticity anisotropy on Schmid factor distribution at the free surface of polycrystals

Experimental studies of the plasticity mechanisms of polycrystals are usually based on the Schmid factor distribution supposing crystalline elasticity isotropy. A numerical evaluation of the effect of crystalline elasticity anisotropy on the apparent Schmid factor distribution at the free surface of polycrystals is presented. Cubic elasticity is considered. Order II stresses (averaged on all grains with the same crystallographic orientation) as well as variations between averages computed on grains with the same crystallographic orientation but with different neighbour grains are computed. The Finite Element Method is used. Commonly studied metals presenting an increasing anisotropy degree are considered (aluminium, nickel, austenite, copper). Concerning order II stresses in strongly anisotropic metals, the apparent Schmid factor distribution is drifted towards small Schmid factor values (the maximum Schmid factor is equal to 0.43 instead of 0.5) and the slip activation order between characteristic orientations of the crystallographic standard triangle is modified. The computed square deviations of the stresses averaged on grains with the same crystallographic orientation but with different neighbour grains are a bit higher than the second order ones (inter-orientation scatter). Our numerical evaluations agree quantitatively with several observations and measures of the literature concerning stress and strain distribution in copper and austenite polycrystals submitted to low amplitude loadings. Hopefully, the given apparent Schmid factor distributions could help to better understand the observations of the plasticity mechanisms taking place at the free surface of polycrystals. To cite this article: M. Sauzay, C. R. Mecanique 334 (2006).     

Nonlinear behavior of matrix-inclusion composites under high confining pressure: application to concrete and mortar

This paper is devoted to a micromechanics-based simulation of the response of concrete to hydrostatic and oedometric compressions. Concrete is described as a composite made up of a cement matrix in which rigid inclusions are embedded. The focus is put on the role of the interface between matrix and inclusion which represent the interfacial transition zone (ITZ). A plastic behavior is considered for both the matrix and the interfaces. The effective response of the composite is derived from the modified secant method adapted to the situation of imperfect interfaces. To cite this article: T.H. Le et al., C. R. Mecanique 336 (2008).     

Dynamics and Breakup of Viscoelastic Liquids (A Review)

The phenomena of hydrodynamic breakup of liquid jets, drops, films, bridges, and filaments are reviewed for liquids with viscoelastic properties. The reasons for breakup are capillary instabilities, collisions with rigid obstacles, and other forms of dynamic action. The relationship between the properties of the liquids and the features of the breakup process is discussed.     

Flow stability analysis and excitation using pulsating jets

Classical flow stability applied to transition from laminar to turbulent flow may also describe the behavior of vorticity fluctuations created by a pulsating jet placed along a solid boundary. A numerical laminar flow experiment involving a pulsating jet placed along the surface of a duct with flow separation downstream, resulted in eliminating most part of the separated flow region. Applying the same approach to a turbulent flow, it was possible to develop a turbulent stability flow formulation and apply successfully turbulent pulsating jet flow separation control. To cite this article: D. Skamnakis, K. Papailiou, C. R. Mecanique 333 (2005).