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以某跨声速轴流压气机单转子为研究对象,应用数值模拟技术,采用全通道 计算方案,利用Jameson有限体积中心差分格式并结合Spalart-Allmaras 湍流模型获得进口畸变条件下该轴流压气机转子性能和内部流动细节,详细分析了进气周向 总压畸变对压气机转子内流场流动结构的影响. 并将计算结果与实验结果进行了比较, 结果表明,数值模拟的结果与实验结果符合较好,计算方案切实可行.     

高斯牛顿技术求解偶应力反问题

建立了便于敏度分析的偶应力反问题数值求解模型,给出了直接法和伴随法两种敏度计算格式.在反演计算中采用了高斯牛顿技术对未知本构参数进行识别,探讨了测点数目、初值选取和数据噪音对反演结果的影响,数值算例给出了令人满意的结果.     

广义有限差分法在含阻抗边界空腔声学分析中的应用

声学分析在噪声控制、室内隔音等工程计算中有着重要的作用. 由于现实生活中的声学模型往往伴随着吸声材料, 因此分析含阻抗边界条件的声学问题显得十分必要. 广义有限差分法是一种新型区域型无网格数值离散方法, 该方法基于多元函数泰勒级数展开式和加权最小二乘拟合, 将控制方程中未知参量的各阶偏导数表示为相邻节点函数值的线性组合. 本文首次将广义有限差分法应用于含阻抗边界条件空腔声学问题的分析中, 建立了空腔声场问题的广义有限差分法数值离散格式. 与传统算法相比, 所建立的数值模型具有无需网格剖分和数值积分、计算精度高、适用于大规模声学分析等优点. 通过具有解析解的经典算例, 研究了总节点数目和局部支撑点数目对数值结果的影响, 得到了最大计算频率与节点间距之间关系的经验公式. 此外, 将广义有限差分法应用于无解析解的二维和三维复杂声学模型, 并与COMSOL Multiphysics软件所得的有限元结果进行了比较分析. 数值实验表明, 该算法是一种高效、精确、稳定、收敛的数值模拟方法, 在含阻抗边界空腔声学分析中具有广阔的应用前景.      

基于节点分离Lagrange有限元方法的超高速碰撞碎片云数值模拟

提出了一种基于节点分离概念的Lagrange有限元冲击破碎分析的算法,采用节点分离技术实现 了网格断裂,并用畸变侵蚀技术处理严重畸变单元。利用C++编程实现了节点分离计算模型的创建和畸变 侵蚀,结合LS-dyna的重启动分析功能,编程调用LS-dyna求解器以及畸变侵蚀程序实现了破碎分析。分别 用节点分离的Lagrange有限元算法、SPH 无网格算法对超高速碰撞问题进行了数值模拟,并与文献中的实 验结果和Euler有限元数值模拟结果进行了对比。结果表明,节点分离算法具有计算速度快、数值稳定、边界 明确等优点,能准确有效模拟超高速碰撞问题。     

一种基于比例反馈控制原理的动载荷时域反演方法

通过借鉴系统控制论中的比例反馈控制原理,提出了一种新的结构动载荷时域反演方法.该方法在原开环系统的输出与结构模型之间连接一个虚拟的比例反馈增益,使得原来的开环系统成为一个虚拟的闭环反馈控制系统,系统控制信号为实测的结构加速度响应.反馈控制器将系统输出与控制信号之闻的差值进行放大后作为反馈不断输入到结构模型中,直到差值趋于稳定,此时该差值与反馈增益的乘积经过高通滤波后即得到所反演的动态载荷.该方法将载荷反演问题的求解转化为正问题中的结构瞬态响应求解,采用一般的数值解法如New-mark法即可实现,因此计算比较简便迅速.该方法仅需要测量结构的加速度响应即可进行反演,便于实际应用,而且并不十分依赖于真实的初始条件,由于不存在误差累积的现象,反演结果具有较好的稳定性.最后,通过海洋平台结构冰载荷反演的模型实验和数值仿真证明了该方法的有效性.     

基于爆炸切割试验的有机玻璃本构模型参数反演

为了获取爆炸切割数值模拟中有机玻璃（PMMA）的材料本构模型参数,建立了一种基于神经网络的有机玻璃Johnson Holmquist ceramics (JH-2)本构模型参数反演方法：基于从爆炸切割试验和现有研究得到的JH-2本构模型经验参数,确定本构模型参数的调整区间;使用LS-DYNA数值模拟软件对2.5 mm宽爆炸切割索切割14 mm PMMA平板过程进行数值模拟并收集平板损伤数据集;建立PMMA平板本构模型参数与损伤数据之间的神经网络模型;通过训练完成的神经网络模型对PMMA平板的JH-2本构模型参数进行反演。为验证通过反演参数的可靠性,进行了4.2 mm宽爆炸切割索切割19 mm PMMA平板试验和有限元数值模拟,计算结果中的平板损伤情况与实验结果相差较小,表明通过反演获得的JH-2本构模型参数能较好地应用于PMMA平板爆炸切割数值模拟。传统材料参数获取方法,该参数反演方法相较于可以通过较少的试验及测试,获得比较准确的材料本构模型参数。     

电爆炸过程中金属丝阻抗的变化

为了掌握金属丝阻抗的变化规律,通过分压器和罗氏线圈分别测量出电爆炸过程中金属丝上的电压和电流,并由此计算出金属丝阻抗等相关电参数随时间变化的规律;采用F.D.Bennett和A.Hobson模型对金属丝阻抗进行了数值模拟,得到金属丝阻抗随时间的变化规律。实验结果和模拟结果的比较表明:两个模型的模拟结果均在金属丝气化前和部分初始放电电压下有效;当放电时电容器初始电压较大时,能量沉积速度更快,金属丝液化、气化、完全气化所用的时间更短;在金属丝爆炸过程中,金属丝阻抗存在一个最大值。     

基于Fourier级数展开的Laplace数值逆变换

研究了基于Fourier级数展开的Laplace数值逆变换在黏弹性力学问题中的有效应用,这类方法的关键涉及计算参数的选择. 构造了优化模型,对计算参数寻优,以黏弹性层合圆柱薄壳在轴压下的准静态变形以及受突加内压黏弹性圆筒在平面应变条件下的动应力响应为例阐述方法的应用. 结果表明:通过优化模型能有效地确定计算参数;且当反演参数与计算时间的乘积在一定范围内时,Fourier级数展开法均能给出一致的结果,由此,可按与计算时间成反比的关系来确定反演算法中的参数.      

精度可控地基阻抗力的一种时域差分计算方法

将集总参数模型与时域差分递归的滤波器模型相结合,提出了一种可完整考虑基础阻抗函数中奇异项和正则项且精度可控的时域地基阻抗力的计算方法,数值算例表明该方法在感兴趣的频域范围内对频率相关的阻抗函数拟合良好.      

厚管板的等效弹性常数

本文考虑了厚管板界条之间的约束条件和界条断面上存在着相应的双力矩,并由此导出了三角形排列厚管板的等效弹性系数公式和等效波桑系数公式。由该公式计算的结果和Sampson R.C.的实验值、Slot T.的数值解是一致的。     

浮式垂直轴风机的动力学建模、仿真与实验研究

考虑气动力和水动力的耦合研究浮式垂直轴风机系统的运动响应,将固定式垂直轴风机的气动载荷计算方法进一步推广到海上浮式垂直轴风机的气动载荷计算.考虑阻尼力、波浪力、风载荷、系泊力等,建立了浮式垂直轴风机系统的纵荡-垂荡-纵摇运动方程.考虑动态失速和浮式基础运动,基于双致动盘多流管理论,推导了风机叶片气动载荷计算公式,编制了数值计算程序.以Sandia 17 m风机为例,验证了气动载荷计算程序的正确性.最后进行了模型实验,其中模型的风机为Φ型达里厄垂直轴风机,支撑基础为桁架式Spar型浮式基础,将模型实验结果与数值计算结果进行了对比,验证了耦合计算程序.结果表明,数值计算得到的风机系统的垂荡、纵摇运动的RAO(幅值响应算子)曲线与模型实验结果吻合较好,验证了耦合程序的正确性.然而,由于数值计算与模型实验在运动自由度、阻尼、风载荷等方面存在差别,数值计算结果与模型实验结果仍有一定的差异.     

界面不稳定性实验的数值研究

采用多介质流体的三阶精度Piecewise Parabolic Method (PPM) 计算方法对界面不稳定性实验模型进行数值模拟，通过对Lawrence Livermore National Laboratary (LLNL)实验室的果冻环实验模型的数值计算，获得了与其计算和实验图像基本一致的结果， 从而验证和确认了计算方法和计算程序. 在此基础上，对于冲击波物理与爆轰物理实验 室设计的果冻内外界面10模峰对峰、峰对谷振幅为1\,mm扰动的界面不稳定性实验模型，给出 了果冻内外界面位置、速度和加速度历史曲线，详细分析了果冻内外界面不稳定性的发展、 演化过程，并给出了两种实验模型实验结果和对应的数值模拟结果.     

强激光水下爆炸推进的物理机制

对激光水下聚焦爆炸推进的作用机理开展了实验测量和数值模拟研究. 实验观察到激光水下聚焦爆炸推进分为两个物理过程: (1) 强激光与铝膜相互作用诱导等离子体演化, 产生短脉冲、高幅值的等离子体压力, 并对航行体做功; (2) 激光爆炸产物气泡脉动, 对航行体继续提供推力. 另外, 实验还对不同介质中的激光推进效率以及气泡与约束壁面/自由水面相互作用的物理机制进行了研究. 发现在高阻抗环境介质、气泡受约束脉动以及近自由水面条件下, 激光爆炸推进的效率更高. 在实验的基础上, 建立了激光水下聚焦爆炸推进的物理模型, 发展了相应的耦合数值计算方法. 计算得到的气泡脉动规律及航行体运动规律与实验测量结果一致, 验证了计算的模型和方法, 为强激光水下聚焦爆炸推进机理的研究提供了一种有效的方法.      

反演在骨生长方程参数识别中的应用

基于BFGS算法,根据自行设计的动物实验,得到在不同应力环境中,快速生长期大鼠股骨生 长与重建过程中骨密度实测数据,采用反演数值方法,获取了骨生长方程中随时间变化的 生物参数B和K. 通过正演验证,表明所建立的基于BFGS算法的参数识别方法具有较好的 稳定性和较高的识别精度,能够反演出比较切合实际的生物参数数值. 研究表明,反问 题方法是解决生命现象不可测性和未知性问题的有效手段,把反演方法应用到骨生长与重建 等生命现象的研究中,可确定、修正预设的数学模式,为数值量化骨适应生物模型的建立提 供了一条可行的途径.     

固体二次冲击雨贡纽线的一个表示式

根据文献[1],本文导出了固体材料二次冲击雨贡纽线的一个表示式。在二次冲击雨贡纽线写为D2=C+Au2+Bu22形式时,给出了系数C,A和B的函数关系式。文中根据所导出的公式,并在对主雨贡纽线取为D1=Co+1形式的条件下,对铅、铀两种材料的二次雨贡纽点作了数值计算,所得结果与Neal的实验结果是符合的。     

层状土中考虑频域内轴向力分担的群桩水平动力阻抗

以动力文克尔梁模型为基本理论，在充分考虑了土的分层以及桩顶轴向力参与作用后导出了一种新的计算层状介质中水平动力相互作用因子的方法，进一步扩展了群桩-土相互作用简化法的应用范围，可以计算任意构型、桩数、土层属性下的群桩系统阻抗反应，其计算工作量较小，是其它数值方法难以比拟的。数值计算结果表明；桩顶轴向力的引入不能从本质上改变桩基振动形式，但考虑竖向振动附加影响的水平激振作用会产生相当的动力P-△效应，致使水平单、群桩阻抗效应降低，位移反应增大，同时桩间动力相互作用影响也较单-水平力作用时有明显规律性的增强。     

弹性力学中的一种非协调数值流形方法

通过引入数学和物理双重网格，将插值域与 积分域分别定义在不同的覆盖上，即在数学网格上进行插值函数的构造，物理网格上完成 系统能量泛函积分运算，最后通过覆盖权函数将二者联结在一起. 它的优点是单元网格划 分随意，不受复杂边界形状和二相材料界面的限制，单元可以是任意形状，是较之于有限 元方法更一般的数值模拟方法. 在4节点四边形数值流形方法中，由于单元总体位移函数 包含的完全多项式不完全，使得计算精度不够精确，为此，在单元总体位移函数上附 加非协调位移基本项，使之趋于完全，提出了弹性力学问题的一种改进的数值流形 方法------非协调数值流形方法. 通过内部自由度静力凝聚处理，导出了消除内参后的单元应变矩阵 和单元刚度矩阵，使得在不增加广义节点自由度的前提下，大大提高了数值流形方法的计 算精度和计算效率. 同时对非协调项进行了显式处理，可以对工程实践起到更切实的帮助. 数值试验表明，它们能够保证收敛，有较高的精度，对畸变不敏感，从而证明了该方法的 可行性.     

轴向激励作用下梁的混沌运动

本文建立了轴向激励作用下动力学模型，用多尺度法导出了系统的平均方程，并用范式理论。普适开拓及Ｍｅｌｎｉｋｏｖ方法了混沌运动的参数域，分析结果揭示了参激梁在退化点珠动力学特性，并在轴向激励梁的台上作了周期，根周期及混沌的实验研究，最后做了相应数值模拟。理论分析，实验研究与计算结果相吻合。     

倾斜层-弹性半空间中瞬态SH波的有限元分析

本文采用一种类似于差分方法的集中质量有限元模型和人工边界透射理论分析倾斜成层弹性半空间中瞬态SH波的近场波动问题。文中对采用的有限元模型和波源的处理方法作了细致的描述,导出了各类节点的位移计算公式。对一种单斜层-半空间模型进行了数值计算。数值结果与广义射线法结果一致。此外,本文分析了倾斜层尖端区域的衍射效应,提供了该区域的数值结果。最后,本文对数值计算中的寄生振荡问题进行了探讨。     

一种考虑薄壁散射效应的声学计算模型

采用薄壁边界元/FW-H理论混合方法建立了考虑薄壁声学散射效应的数值计算模型.这种声学计算模型可以预测存在薄壁如风扇机匣、蜗壳等条件下的声波的传播及散射问题.计算模型的建立主要包含噪声源的计算和声源的传播两方面:首先建立FW-H的频域方程,并采用计算流体力学方法计算流场,通过流场数据计算气动噪声源;然后采用薄壁面边界元法计算固壁对声波的散射,并计算声波在固壁散射后的声场分布.数值计算结果和实验结果及经典的叶轮机管道风扇噪声理论进行了对比,结果表明,这种计算模型与理论计算结果及实验结果吻合较好,可以准确的预测机匣壁的散射效应对声源传播的影响.