非线性侵彻动力过程的再生核质点法

通过在再生核质点法中引入Johnson-Cook本构方程及损伤模型,并利用新型的滑移面算法及配 点法解决再生核质点法中的接触面和质点滑移问题,方便实现边界条件和计算过程中质点速度调整。通过侵 彻过程再生核质点法研究,实现了弹丸侵彻靶板过程的模拟分析,避免了有限元法中单元严重变形和破坏过 程的网格重构困难,提高了分析精度和计算速度,可方便模拟侵彻的大变形和高应变率现象。     

用冲击法测试桩静承载力的数值讨论

本文在总结桩静承载力的动测法和数值分析方法的基础上,用一维离散多质点体系来模拟桩-土相互作用,数值仿真用微小应变冲击法测试单桩静承载力的动测过程,并进行了数值讨论,指出了此法及其它简易动测法中所存在的问题提出了初步改进建议。     

304L/Q235B大面积金属板爆炸焊接物质点法模拟分析

大面积金属板材304L/Q235B的爆炸焊接过程涉及炸药爆轰、金属板材的高速碰撞和塑性变形等。采用有限元法计算模拟这个问题时,网格单元会发生扭曲畸变现象,导致计算精度下降,甚至出现单元负体积而使计算终止,并且炸药爆轰形成气体产物飞散过程也很难模拟。为了能模拟大面积金属板材的爆炸焊接整个过程并获得合理的技术工艺参数,采用物质点法进行三维数值模拟分析。物质点法作为一种无网格法,在模拟冲击动力学问题中主要采用显式积分算法。通过将拉格朗日质点单元与固定的欧拉背景网格相结合,可以实现爆炸焊接的复板与基板的高速碰撞、炸药滑移爆轰、金属板面的塑性变形过程的数值模拟,并给出爆炸复合板材的形变、有效塑性应变和复板与基板的碰撞速度的计算结果。采用物质点法模拟的复合板材变形与爆炸焊接实验结果基本一致。计算复板与基板的碰撞速度这个重要的物理参数时,物质点法与Richter理论公式的相对误差不超过13%。数值计算和实验结果表明,物质点法在数值精度和计算效率方面具有优势,物质点法是研究金属焊接爆炸问题的一种有效数值方法。     

聚能装药射流形成的自适应物质点法模拟

聚能装药可用来穿透装甲、岩石、混凝土等高强度日标,在国防工业以及石油工业有重要应用.质点类无网格法,如SPH和MPM,可以避免网格畸变,比基于网格的传统方法更适合聚能装药问题的模拟.该文针对物质点法中可能发生的数值断裂问题,提出了自适应分裂质点的方案.当质点在某一方向的累积应变达到一定阈值,即将质点一分为二,从而使物质点法可以更有效的表达射流形成过程中强烈的拉伸变形.采用C++语言编制了可自适应分裂质点的三维物质点法程序MPM3DPP,应用Johnson-Cook材料模型用来考虑应变率效应和热软化效应,Mie-Gruneisen状态方程用于金属在高压下的压力计算,Jones-Wilkins-Lee(JWL)状态方程用于描述爆炸产物等膨胀过程,并在压力项加入人工粘性用来处理冲击波.模拟并分析了爆炸飞片、聚能射流等问题,通过数值模拟,对射流形成过程中的变形情况以及温度、速度的分布进行分析.模拟结果和经验公式吻合.     

无网格MPM法三维爆炸焊接数值模拟

物质点法MPM(Material Point Method)是无网格方法之一.它是在质点网格法(PIC)基础上发展而来的一种新数值方法,它利用了欧拉法和拉格朗日法两者的优点,计算物质点在冲击载荷下的应力和应交;通过物质点来跟踪材料体的变形和破损,而在整个计算过程中背景网格始终固定不变,避免了重新划分网格.本文应用MPM法计算三维爆炸焊接问题,在爆轰载荷作用下的飞板和基板的金属动态变形过程进行了三维数值模拟,并且对飞板的碰撞点速度和爆轰压力变化进行了计算分析.     

再生核质点法研究进展

概述了无网格再生核质点法的近似方案和本质边界条件的处理； 综述了再生核质点法在结构动力学、大变形分析、计算流体力学、断 裂及损伤力学、微机电结构分析中的应用；从工程应用和改进再生核 质点法的角度提出了未来的若干研究方向.     

混合变换法在无网格伽辽金方法中的应用

移动最小二乘近似的非插值特征给无网格伽辽金方法的应用带来了一定的的困难，本文将再生核质点法中的混合变换法与无网格伽辽金方法相结合，通过对移动最小二乘近似进行局部修正，实现了无网格伽辽金方法中本质边界条件的精确施加。对权函数、影响半径、积分阶等对计算精度的影响进行了有益的探讨。数值计算结果表明了方法的可行性。     

模拟结构倒塌破坏的有限质点法

有限质点法是以向量式力学为基础的新兴结构分析方法,本文将其应用于冲击荷载作用下的网壳结构的倒塌破坏模拟中。以空间杆单元为例建立了有限质点法的基本方程,推导了求解几何和材料非线性问题的基本公式。为计算断裂问题,建立了空间杆单元的断裂准则和断裂模型,发展了有限质点法进行断裂分析的基本算法。通过对某双层网壳冲击荷载下破坏过程的模拟和分析,验证了该方法在结构倒塌破坏过程模拟中的有效性和适用性。     

层裂问题的交错网格物质点法研究

交错网格物质点法(Staggered Grid Material Point Method, SGMP)有效地消除了物质点法(Material Point Method, MPM)的跨网格数值误差,是模拟冲击爆炸等涉及大变形与材料破坏问题的一种有效数值分析方法.为了研究层裂问题,论文将质点失效模型引入交错网格物质点法中,对Hopkinson杆碰撞、飞片撞击靶板碰撞和混凝土受爆炸载荷冲击等层裂问题进行了数值模拟研究,结果表明SGMP可以很好地模拟层裂问题.     

模拟长杆弹侵彻混凝土靶的MCA方法

采用改进的移动元胞自动机法数值软件,对长杆弹侵彻混凝土靶进行了二维数值模拟,给出了弹靶的破坏变形过程,得到了侵彻深度与冲击速度的关系曲线。数值模拟结果与已有的实验现象吻合较好,说明该计算方法可以有效地计算和模拟高速侵彻问题。     

含裂纹体结构分析中的再造核质点法(RKPM)

应用再造核质点法(RKPM)进行了结构裂纹计算问题的研究。将不连续处理技术一可视准则和衍射方法应用于RKPM来模拟裂纹附近场函数，实现二维和三维裂纹体的分析。避免了有限元方法中裂纹附近复杂的网格剖分工作。应用面向对象技术在计算程序中实现了二维和三维裂纹体的应力场计算分析，并且将结构离散工作和裂缝网格构造工作分离，从而提高计算效率。简单的算例表明应用RKPM方法在二维和三维含裂纹结构计算是有效的。     

压电陶瓷非线性断裂的再生核点法分析

采用一个简单的包含有极化反转及电饱和影响的压电材料的本构模型,以局部J积分作为断裂准则,应用再生核点法这一无网格数值方法导出了作用电场与断裂载荷的关系曲线,该曲线的趋势与Park的实验观察现象一致。本文还介绍了再生方程、再生核点法形函数及本质边界条件处理的边界转换法,计算程序采用面向对象方法实现。     

形状设计灵敏度分析的改进的再生核质点法

基于物质导数概念和直接微分法，将再生核质点法应用于形状设计灵敏度分析（DSA）中。导出了基于无网格近似的灵敏度方程，特别强调了在考虑形状函数关于设计变量的物质导数时无网格方法与有限元法的不同。通过对RKPM形状函数及其物质导数进行矩式显式表述，提高了无网格方法的计算效率。对两个二维线弹性问题进行了位移灵敏度和应力灵敏度分析，计算结果与解析解吻合的很好；同时通过对通常的RKPM和改进的RKPM计算耗时的比较，显示了该方法不仅有效，而且可以显著地提高计算效率。     

RKPM形状函数的矩式显式表述及快速计算

给出了计算再生核质点法(RKPM)形状函数及其导数的矩式显式处理方法。其特点是在计算形状函数及其导数时不涉及矩阵的求逆或者线性方程组的求解，从而减少计算误差的产生并提高了计算速度。二维及三维形状函数计算算例表明该方法是提高RKPM计算效率的一种有效途径。     

基于Delaunay三角化的无网格法计算结果后处理

最近新发展起来的无网格方法由于不需要显式网格，节省了网格生成所需的大量时间，并且避免了网格畸变问题，所以在处理一些特殊问题如移动边界、大变形、高梯度等方面显示出特殊的优越性。但另一方面也使得计算结果的全域后处理遇到困难。提出了一种基于Delaunay三角形背景网格的实用无网格计算结果后处理方法，以无网格离散节点为顶点生成Delaunay三角形，将无网格法计算得到的节点应力值映射插值得到三角形内的应力场云图颜色。给出的二维线弹性应力分析算例表明方法可靠实用。     

Hermite梯度重构核近似配点法及其在功能梯度材料板的静力分析中的应用

由于直接配点法在求解边值问题时边界上的求解精度较低,本文提出了Hermite梯度重构核近似配点法（HGCM）来改进边界求解精度。重构核近似是无网格法中一种常用的近似函数,但是其在求解高阶导数时格式复杂且非常耗时。HGCM采用梯度重构核近似构建形函数的任意高阶导数,提高了计算效率;通过Hermite配点法构建离散方程,提高了边界求解精度。这种方法在求解对应变系数四阶偏微分方程的功能梯度材料板的静力问题时精度高,计算效率高,并可进一步推广应用于高阶偏微分方程描述的边值问题。     

Immersed finite element method for fluid-structure interactions

In this paper, we present a detailed derivation of the numerical method, Immersed Finite Element Method (IFEM), for the solution of fluid-structure interaction problems. This method is developed based on the Immersed Boundary (IB) method that was initiated by Peskin, with additional capabilities in handling nonuniform and independent meshes and applying arbitrary boundary conditions on both fluid and solid domains. A higher order interpolation function is adopted from one of the mesh-free methods, the Reproducing Kernel Particle Method (RKPM), which relieves the uniformity constraint of fluid meshes. Two 2-D example problems are presented to illustrate the capabilities of the algorithm. The accuracy in the numerical analysis demonstrates that the IFEM algorithm is a reliable and robust numerical approach to solve fluid and deformable solid interactions.     

Godunov型CSPM方法

CSPM方法是传统SPH方法的改进,它有效地解决了传统SPH方法在求解含边界问题时的困难。然而最近研究表明,CSPM方法在求解含间断算例时却存在计算不稳定的问题。本文基于Godunov间断分解思想和CSPM方法提出了Godunov型CSPM方法。该方法成功地解决了CSPM在求解含间断流体学问题中遇到的困难,且不用引入人工粘性。为了验证算法的有效性,本文采用一维激波管算例对不同方法进行了对比计算。计算结果表明,本文提出的方法比以往SPH方法有更高的间断捕获精度。     

Coupling of discrete-element method and smoothed particle hydrodynamics for liquid-solid flows

Particle based methods can be used for both the simulations of solid and fluid phases in multiphase medium, such as the discrete-element method for solid phase and the smoothed particle hydrodynamics for fluid phase. This paper presents a computational method combining these two methods for solid-liquid medium. The two phases are coupled by using an improved model from a reported Lagrangian-Eulerian method. The technique is verified by simulating liquid-solid flows in a two-dimensional lid-driven cavity.