二维轴对称耦合流动问题的解析解及应用

耦合流动问题与矿井开采中许多重要工程问题有密切联系:基于 Biot 三维固结理论导出了平面轴对称耦合流动与非耦合流动的场方程,得到了给定势问题的解析解.对耦合和非耦合两种情况进行了比较,并介绍了其在采矿工程中的应用.     

饱和多孔介质大变形分析的一种有限元-有限体积混合方法

建立了饱和多孔介质大变形分析的一种有限元-有限体积混合计算方法.将饱和多孔介质视为由固体骨架和孔隙水组成的两相体,其基本方程包括动力平衡方程和渗流连续方程.基于u-p假定和更新的Lagrange方法,饱和多孔介质的动力平衡方程在空间域内采用有限元方法进行离散,而渗流连续方程在空阃域内则采用有限体积法进行离散.通过两个数值算例,一维有限弹性固结和动力荷载作用下堤坝动力响应的计算,验证了该方法的有效性.     

不可压饱和粘弹性多孔介质固结问题的Gurtin型变分原理

基于多孔介质理论,在固相骨架和孔隙流体微观不可压,固相骨架小变形且满足线性粘弹性积分型本构关系的假定下,利用卷积积分的性质,本文首先建立了以固相骨架位移、孔隙流体相对速度和孔隙流体压力为宗量的流体饱和粘弹性多孔介质固结问题的一个Gurtin型变分原理.其次,利用Lagrange乘子法解除相关的变分约束条件,建立了流体饱和粘弹性多孔介质固结问题的若干广义Gurtin型变分原理,包括第三类的Hu-Washizu型变分原理.最后,简单讨论了等价初边值问题的相应变分原理.这些Gurtin型变分原理的建立不仅丰富了饱和粘弹性多孔介质的相关理论,而且为相关数值模拟方法,如有限元法、无网格法等的建立奠定了理论基础.     

二维磁流体力学ALE数值模拟

介绍采用ALE方法进行的电磁内爆二维磁流体（MHD）力学模拟。二维MHD力学模拟的ALE方法分成拉格朗日、网格重分、对流输运三步。拉格朗日步采用文献[4]的时间分裂法,分成辐射冷却、热扩散、磁扩散、Lagrangian流动四步求解,并对Lagrangian流动步的方法进行了改进,消除了其拉氏计算的质量损失等。编制了二维计算程序并通过验证,获得的二维电磁内爆不稳定性发展与文献[2,5,11]吻合。     

二维数值模拟爆轰中化学反应率的应用

续定常爆轰数值模拟中化学反应率与人为粘性的相关性,本文对体积起爆函数进行了一维、二维系统考查,并与Cochran反应率做了二维对比计算给出数值结果。数值模拟爆轰的复杂相互作用,应用体积起爆函数为好。     

肿瘤血管生成的二维数值模拟

血管生成（angiogenesis）,指从已存在的血管网络中成长出新的血管网络。肿瘤毛细血管生成在肿瘤的生长、转移等阶段发挥着重要的作用。在此过程中内皮细胞积极参与其中的各个阶段：首先是各种各样的肿瘤促血管生成因子的释放（tumor angiogenesis factors,TAF）,激活内皮细胞;新生的内皮细胞在一系列的内部和外部因素的调节下向着肿瘤迁移,最终新生成的毛细血管到达肿瘤并穿越它。目前对肿瘤内及其周围的毛细血管网络了解很少,这给临床上对肿瘤的研究和治疗带来一定困难。本文考虑内皮细胞与胞外间质的相互作用、对TAF的响应,根据肿瘤内外的生理和病理条件描述肿瘤促血管生成的特点,并根据肿瘤内的复杂特性建立二维离散数学模型,研究肿瘤内部的毛细血管网络的生成。数值模拟的结果显示该模型在一定程度上可以产生符合真实的肿瘤内外的毛细血管分层特点的网络,同时也给后续的研究提供了一定的依据。     

有限散射信号下二维缺陷形状识别的罚函数方法

研究在有限照射角度和频带宽度下二维缺陷的形状识别问题。首先,通过引进介质参数扰动函数,建立介质参数扰动函数和弹性波散射场之间的非线性关系,并将所关心的缺陷的形状识别问题转化为关于扰动函数的反演;然后,利用变分技术和优化方法求解,为了弥补散射数据的不足,在总的目标函数中,采用附加度量函数作为罚函数;最后,对后场散射远场测量时有限照射角度和频带宽度下几种典型缺陷进行了模拟识别,表明了;表明了罚函数法的有效性。     

河型发育过程的二维数值模拟研究

改进已有二维平面水沙模型,进一步考虑河床粗化、弯道二次流及河床结构对泥沙输运的影响;并针对河湾形态对崩岸的影响提出新的非粘性土崩岸模拟方法,使其能模拟边滩的形成。利用改进后模型分别对Yen弯道水槽泥沙冲淤试验及Friendkin室内弯曲小河塑造试验进行模拟;模拟结果与试验观测资料吻合较好,表明考虑弯道对泥沙输运及河岸崩塌影响的模型能够更准确反映天然河流演化过程,为研究河型演化机理及各控制因素变化规律提供新手段。     

缝洞型多孔介质中多相流的有限体积法数值模拟

本文研究的碳酸盐岩油藏储集体属于缝洞型多孔介质.这类缝洞型多孔介质由裂缝、溶蚀孔洞和低孔隙度低渗透率的基岩组成.裂缝是空隙流体流动的主要通道;溶蚀孔洞大小从几厘米到数米不等,渗透率和孔隙度都很高,是流体主要的储集空间.由于缝洞型多孔介质空隙空间的复杂性和强非均质性,数值计算中基本控制方程的空间离散应采用非结构化网格的计算模型.本文采用有限体积法模拟缝洞型多孔介质中多相流体的流动,并给出了相应的单元中心格式有限体积法的计算公式.裂缝介质和溶洞介质中单元间多相流体的流动考虑为高速非达西流,其质量通量采用Forchheimer定律计算.非线性方程的离散选取全隐式格式,并采用Newton-Raphson迭代进行求解.通过两个二维模型注水驱油的数值模拟,验证了本文方法的有效性.     

二维槽道湍流数值模拟与白组织特性

从流体力学基本方程出发,讨论了二维槽道湍流的衰减特性,通过对流场施加合适的体积力,采用拟谱方法对二维槽道强制湍流进行了数值模拟.研究了二维槽道衰减湍流的自组织与逆能量级串特性,再现了二维槽道衰减湍流中湍涡的自组织过程,以及不同波数湍流结构所携能量在自组织过程中的变化,并解释了二维槽道湍流平均速度曲线特征以及海洋环流所特有的自然现象.     

含液多孔介质力学问题的边界元方法

提出了一种含液多孔介质力学问题的边界元求解方法.首先将问题分解为一系列含单孔流体夹杂的子问题,然后针对每个子问题建立了流体孔体积变化率与流体压力之问的函数关系,进一步采用边界元方法建立了以各流体孔压力为基本未知量的线性代数方程组,最后根据所求出的各流体孔的压力计算含液多孔介质内各点的位移、变形和应力.为了说明方法的有效...     

非饱和多孔介质有限元分析的基本控制方程与变分原理

本文在对问题研究现状进行阐述的基础上较系统地给出了骨架可变形非饱和多孔介质的全耦合分析模型，模型中考虑了孔隙气体，水（油）流动对介质力学性能的影响，多孔介质的饱和度，渗透系数与毛吸压力的关系，由实验给出，所导出的控制方程以固体骨架的位移与孔隙流体压力为基本未知量，由于问题的非自共轭特征，文中构造了非饱和介质动力问题的参数变分形式，并在此基础上给出有限元离散方程。     

流体饱和多孔介质的动力学Gurtin型变分原理和有限元模拟

基于多孔介质理论,在两相不可压和小变形的假设下,建立了流体饱和弹性多孔介质的动力学Gurtin型变分原理,并导出了以此变分原理为基础的有限元离散公式.由于Gurtin型变分原理是卷积型的空间积分泛函,空间的有限元离散导致一个关于时间的对称微分-积分方程组.在一般条件下,该积分-微分方程组可转化为对称的微分方程组,这组方程有别于标准Galerkin有限元的非对称离散方程组.作为数值例子,分析了流体饱和弹性多孔介质中一维纵向波的传播和反射,其结果进一步揭示了饱和多孔介质中波的传播特性.     

GURTIN VARIATIONAL PRINCIPLE AND FINITE ELEMENT SIMULATION FOR DYNAMICAL PROBLEMS OF FLUID-SATURATED POROUS MEDIA

Based on the theory of porous media,a general Gurtin variational principle for theinitial boundary value problem of dynamical response of fluid-saturated elastic porous media isdeveloped by assuming infinitesimal deformation and incompressible constituents of the solid andfluid phase.The finite element formulation based on this variational principle is also derived.Asthe functional of the variational principle is a spatial integral of the convolution formulation,thegeneral finite element discretization in space results in symmetrical differential-integral equationsin the time domain.In some situations,the differential-integral equations can be reduced to sym-metrical differential equations and,as a numerical example,it is employed to analyze the reflectionof one-dimensional longitudinal wave in a fluid-saturated porous solid.The numerical results canprovide further understanding of the wave propagation in porous media.     

The transient two-dimensional flow through double porous media

This paper presents the analytical solutions in Laplace domain for two-dimensionalnonsteady flow of slightly compressible liquid in porous media with double porosity by usingthe methods of integral transforms and variables separation.The effects of the ratio ofstorativities ω,interporosity flow parameter λ,on the pressure behaviors for a verticallyfractured well with infinite conductivity are investigated by using the method of numericalinversion.The new log-log diagnosis graph of the pressures is given and analysed.     

流体饱和两相多孔介质拟静态问题的有限元解法

给出基于混合物理论的流体饱和两相多孔介质模型,该模型由一可变形固体 一流体相组成。采用Ｇａｌｅｒｋｉｎ加权残值法导出求解拟静态问题的有限元公式,并编制了二维有限元程序。用程序分析了一维和二维问题,得到合理的结果。     

大型机械式挖掘机铲斗设计技术研究

根据引进产品P＆H2300XP挖掘机的现场实测数据,对其铲斗进行了大量的数据分析研究。在分析过程中,合理确定铲斗边界约束及斗齿处计算载荷是铲斗计算分析的难点。文章运用力的线性叠加原理成功地解决了这一问题,分析了铲斗各部分的结构性能,并讨论了载荷对铲斗分析的影响。     

Saint-Venant Torsion of a Two-Phase Circumferentially Symmetric Compound Bar

This work is concerned with the Saint-Venant torsion problem of a two-phase circumferentially symmetric compound prismatic bar. By generalizing a method originally proposed by Packham and Shail [12], we demonstrate that for a particular two-phase configuration, simply or multiply connected, which is invariant with phase interchange, the solutions can be constructed from solutions of two analogous problems with constant material properties. An effective shear modulus is derived in analytic form, which is approximately the harmonic mean of the component shear moduli. We also show that the effective torsional shear modulus is homogeneous for arbitrary configurations. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.     

考虑耦合质量影响的饱和多孔介质动力响应分析的显式有限元法

根据Biot饱和多孔介质动力方程,采用解耦技术,提出了考虑耦合质量Pd影响的饱和多孔介质中动力响应分析的显式有限元法。文中建立并推导了显式有限元的公式,编制了相应的计算程序并进行了实例计算。计算结果与解析解进行了对比,两者符合很好,表明本文方法是处理饱和多孔介质动力问题的一种有效方法。文中还分析了耦合质量ρa对固相和液相动位移的影响。