饱和两相介质动力固结问题时域求解的精细时程积分方法

针对u-p形式的饱和两相介质波动方程,采用精细时程积分方法计算固相位移u,采用向后差分算法求解流体压力p,建立了饱和两相介质动力固结问题时域求解的精细时程积分方法。针对标准算例,对该方法的计算精度进行了校核。开展了该方法相关算法特性的研究,对采用不同数值积分方法计算非齐次波动方程特解项计算精度的差异进行了对比研究,并对采用不同积分点数目的高斯积分法计算特解项条件下计算精度的差异进行了对比研究。研究结果表明,(1)该方法具有良好的计算精度。(2)计算非齐次波动方程特解项的数值积分方法中,梯形积分法的计算精度最差,高斯积分法、辛普生积分法和科茨积分法都具有较好的计算精度。(3)增加高斯积分点数目对于提高计算精度的作用并不显著。     

数字图像相关分析法增量位移场测试技术

利用位移场的连续性,对亚像素位移场的算法进行了一些改进,设计了一套分步计算位移场、应变场的测量计算方法,较好地解决了数字图像相关分析法计算精度和效率.采用增量位移场叠加的方法计算大应变位移场,采用局部平面拟合的方法计算应变场.通过对高分子材料拉伸试验位移场的测量和结果标定,说明该方法具有较强的实用性和计算精度.同时,由于避免了对亚像素点的搜索,大大提高了计算效率.     

动力时程分析时间步优化方法的性能分析

针对本研究团队提出的时间步优化方法,在具备优化时间步长与外荷载同步变化特性的基础上,本文进一步分析了优化时间步长与计算精度的相关性。并且,基于收敛性、稳定性、计算精度和计算效率四个方面对时间步优化方法的优劣进行了评价,得出以下结论:采用时间步优化方法对原动力数值计算程序进行时间步优化后,可以在保证计算精度的同时,非常有效地提高计算效率;保证了计算的收敛性至少不低于原程序,而且在一定程度上提高了原程序的计算稳定性。     

基于预修正快速傅里叶变换高阶边界元方法的多体水动力分析

高阶边界元方法在求解波浪对海上建筑物作用问题中具有诸多优势,但由于它所形成的矩阵是一个满阵,计算量和存储量均为未知量的平方量级,很难满足如多体水动力分析等大尺度多未知量问题的计算需要。本文采用预修正快速傅里叶变换高阶边界元方法（pFFT-HOBEM）,将计算量和存储量均降低到未知量的线性量级。通过对不同未知量时该方法与传统边界元法的计算量与存储量的对比,以及该方法自身各步骤计算时间的对比,研究了不同pFFT网格方案对计算量和存储量的影响,并提出了基于计算时间最小化原则的pFFT网格优化方法。采用本文方法研究了四柱结构在不同频率波浪作用下的作用力及波面分布,并对近场干涉发生时的物理现象进行了分析和讨论。     

具有失真性变形与凹坑耦合损伤的海洋平台桩腿有限元分析

采用有限元分析方法,建立了有失真性变形与凹坑耦合损伤桩腿的等效梁和管单元刚度矩阵的计算方法。为检验方法的正确性,使用该方法对几种抽伤构件进行了强度计算,并与有限元细化网格计算结果和实验结果进行比较,结果表明,三种结果符合很好。最后,将等效单元计算程序接入大型有限元程序Super SAP,然后对受损后的平台整体结构进行了应力计算和强度分析。     

基于ANSYS ACP的复合材料螺旋桨流固耦合计算方法

针对复合材料螺旋桨的流固耦合水弹性行为,为形成双向耦合的集成平台,对复合材料螺旋桨进行了流固耦合计算方法的研究。在ANSYS Workbench平台中,采用ACP模块对复合材料螺旋桨的建模进行了分析,介绍了复合材料螺旋桨的建模流程、流体计算模型和固体计算模型。通过静态加载试验对复合材料螺旋桨建模方法的可靠性进行了验证,计算值与试验值的偏差在5.1%以内,且反映出材料的各向异性。通过空泡水洞模型试验对复合材料螺旋桨流固耦合敞水性能计算方法的精确度进行了验证,在转速为12.7r/s和25r/s两个工况下计算的推力和扭矩与试验值吻合较好。验证了基于ANSYS ACP的复合材料螺旋桨稳态流固耦合计算方法合理可行,为复合材料螺旋桨的流固耦合振动特性分析提供了参考。     

基于算法复杂度理论的拟力法计算效率评价

算法复杂度理论是一种算法效率定量评价方法,该方法通过度量算法的复杂度来客观反映其执行效率,避免了计算机系统性能等因素对效率评价的影响。拟力法是一种高效的结构非线性分析方法,以往研究工作只是在非线性分析过程和运行时间上对计算效率进行了探索,并没有从理论上量化分析。本文采用算法复杂度理论对拟力法和传统变刚度非线性求解方法进行分析,给出了两种方法的时间复杂度函数,并对比了其计算效率进行定量,从数学角度解释了拟力法计算效率高的根本原因。算例对两种方法的时间复杂度和计算时间进行对比分析,直观地说明了拟力法在计算效率方面的优越性。     

风致复杂结构随机振动分析的一种快速算法——谐波激励法

传统完全二次型组合(CQC)在计算复杂结构随机振动响应时存在计算量巨大的问题,尽管虚拟激励法(PEM)在确保计算精度和CQC方法相同的基础上提高了计算速度,使得复杂结构随机响应的进行分析成真正应用于工程实际,但PEM需要对激励的谱矩阵进行分解,对于处理多点随机激励问题依然比较烦琐。本文从周期图方法计算随机信号功率谱密度出发,提出了一种不需要进行谱矩阵分解即可进行结构随机振动分析的快速算法——谐波激励法,它在理论上和CQC方法同样具有相同精度,计算速度要快于已有的方法,并且由于不需要直接计算激振力的功率谱密度矩阵,因而降低了对内存的需求,算例表明本文方法的有效性。文中对不同方法的适应性也进行了讨论。     

基于算法复杂度理论的拟力法计算效率评价

算法复杂度理论是一种算法效率定量评价方法,该方法通过度量算法的复杂度来客观反映其执行效率,避免了计算机系统性能等因素对效率评价的影响。拟力法是一种高效的结构非线性分析方法,以往研究工作只是在非线性分析过程和运行时间上对计算效率进行了探索,并没有从理论上量化分析。本文采用算法复杂度理论对拟力法和传统变刚度非线性求解方法进行分析,给出了两种方法的时间复杂度函数,并对比了其计算效率进行定量,从数学角度解释了拟力法计算效率高的根本原因。算例对两种方法的时间复杂度和计算时间进行对比分析,直观地说明了拟力法在计算效率方面的优越性。     

直接边界元法计算J积分及应力强度因子

本文对边界元方法(BEM)中面力不连续性,集中力的处理等提出了改进方法,提高了计算效率和计算精度,在此基础上利用边界元直接法计算了二维弹性断裂问题的J积分和应力强度因子,计算结果表明,用BEM通过J积分计算应力强度因子比用有限元方法省时、高效,应用潜力很大。     

预处理方法在低速弹箭流场计算中的应用

基于Weiss-Smith预处理矩阵和全局截断预处理参数,采用有限体积方法对雷诺平均Navier-Stokes方程进行离散。对流项离散采用二阶线性重构和AUSM ＋-up格式,时间推进方法采用多重网格下的LU-SGS方法。结合M PI消息传递方法,建立了一套计算低速流动的并行数值方法。计算了低速椭球体的流场和气动力,压力系数和切应力系数计算结果与文献实验结果对比吻合度较好。生成了末敏弹的流场计算网格,对绕末敏弹流场进行了数值模拟。对多重网格下多进程的加速比和并行效率进行了测试,显示了程序良好的并行效率。计算的气动力结果与实验结果吻合。综合结果表明：本文的数值方法能够用于低速弹箭流场和气动力计算,为新型弹箭的设计和定型提供保证。     

非结构网格二阶有限体积法中黏性通量离散格式精度分析与改进

非结构网格二阶有限体积离散方法广泛应用于计算流体力学工程实践中,研究非结构网格二阶精度有限体积离散方法的计算精度具有现实意义.计算精度主要受到网格和计算方法的影响,本文从单元梯度重构方法、黏性通量中的界面梯度计算方法两个方面考察黏性流动模拟精度的影响因素.首先从理论上分析了黏性通量离散中的"奇偶失联"问题,并通过基于标量扩散方程的制造解方法验证了"奇偶失联"导致的精度下降现象,进一步通过引入差分修正项消除了"奇偶失联"并提高了扩散方程计算精度;其次,在不同类型、不同质量的网格上进行基于扩散方程的制造解精度测试,考察单元梯度重构方法、界面梯度计算方法对扩散方程计算精度的影响,结果显示,单元梯度重构精度和界面梯度计算方法均对扩散方程计算精度起重要作用;最后对三个黏性流动算例(二维层流平板、二维湍流平板和二维翼型近尾迹流动)进行网格收敛性研究,初步验证了本文的结论,得到了计算精度和网格收敛性均较好的黏性通量计算格式.     

DSPH方法的有效性验证及应用

讨论了不连续的光滑粒子流体动力学(discontinuoussmoothedparticlehydrodynamics,DSPH)方 法对粒子均匀性的敏感度,同时通过对DSPH 计算公式的详细推导,分析了该方法在界面处提高计算精度的 本质原因。通过简单的对碰模型,将DSPH 方法应用于实际问题中,研究了使用DSPH 方法计算密度、应变 率和能量时对模拟结果的影响,将多维的DSPH 方法推广到实际的物理计算中。     

非结构网格二阶有限体积法中黏性通量离散格式精度分析与改进

非结构网格二阶有限体积离散方法广泛应用于计算流体力学工程实践中,研究非结构网格二阶精度有限体积离散方法的计算精度具有现实意义. 计算精度主要受到网格和计算方法的影响,本文从单元梯度重构方法、黏性通量中的界面梯度计算方法两个方面考察黏性流动模拟精度的影响因素. 首先从理论上分析了黏性通量离散中的“奇偶失联”问题,并通过基于标量扩散方程的制造解方法验证了“奇偶失联”导致的精度下降现象,进一步通过引入差分修正项消除了“奇偶失联”并提高了扩散方程计算精度;其次,在不同类型、不同质量的网格上进行基于扩散方程的制造解精度测试,考察单元梯度重构方法、界面梯度计算方法对扩散方程计算精度的影响,结果显示,单元梯度重构精度和界面梯度计算方法均对扩散方程计算精度起重要作用;最后对三个黏性流动算例(二维层流平板、二维湍流平板和二维翼型近尾迹流动)进行网格收敛性研究,初步验证了本文的结论,得到了计算精度和网格收敛性均较好的黏性通量计算格式.      

喷水推进器推力的CFD计算方法研究

简要介绍获取喷水推进器推力的理论、试验及数值计算(CFD)方法,重点研究采用动量流量法和壁面积分法计算喷水推进器推力的CFD方法。采用多块网格技术,用六面体结构化网格和四面体非结构化网格相结合的混合网格离散计算区域,采用稳态多参考系方法求解RANS方程,对喷水推进器进水流道、叶轮、导叶体和喷口所组成的整个流场进行数值计算。计算中采用了k-ε湍流模型和标准壁面函数,对用动量流量法计算推力方法中所需的假想流管分界面和进口面的求取做了分析,将两种方法计算的推力与厂商提供的推力特性曲线进行了对比。结果表明,采用CFD计算和分析方法来研究喷水推进系统推力性能是可行、可信的。     

地表垂直爆破震动速度的数值计算

针对爆破震动速度计算中存在的问题,提出了分两步计算的方法,即先计算爆炸近区由炸药爆炸引起的冲击压力,再计算远端震动区的质点震动速度。并对动力学计算中的阻尼问题进行了初步讨论。利用本文提出的方法对岩粉、水和空气三种不同间隔装药结构下的不同质点处的震动速度进行了计算,计算结果与实测结果吻合较好。岩粉间隔装药条件下的计算地表垂直震动速度最大,水间隔装药次之,空气间隔装药最小。     

非规则区域中拉普拉斯方程的有限分析5点格式

建立了非规则区域的有限分析5点格式,增加了有限分析法对不规则边界的适应性。应用所提出的方法对水利工程中常见的有压和无压流动进行了计算,与实验和前人的计算结果相比较,本文的方法都能得到较为满意的结果。本文的计算格式也可以应用到其他非规则区域的计算中。     

求解结构动应力的振型函数差分法

本文利用常规有限元方法的计算结果，结合数值计算方法对振型函数进行［Ｌ］算子的微分计算，从而可方便迅速获得到复杂结构动应力响应，并对梁和板进行了计算，计算结果表明该方法具有较高的精度，较一般的动态有限元具有通用性强，计算简单等特点。     

动态存储方法在气相爆轰波数值模拟中的应用

为减少反应流计算花费的时间,采用动态存储建立热力学数据表（In situ adaptive tabulation, ISAT）的方法来取代反应流计算中化学反应的直接积分（Direct integral, DI）,并针对气相H2/O2爆轰波的传播过程进行了数值模拟。采用两种不同的ISAT误差放大判据对一维爆轰波的压力、温度及组分变化进行了计算,并和DI的结果进行了比较以考察其计算精度。此外,还探讨了ISAT方法的效率。计算结果表明,和DI方法相比,在爆轰波传播计算中ISAT方法计算误差小于3％,化学反应计算速度提高了8倍。     

基于传递矩阵法的U型管流固耦合特性研究

基于考虑剪切变形与转动惯量的Timoshenko梁理论,建立充液U型管流固耦合动力学模型。采用传递矩阵法求解U型管路固有频率与简谐激励下的稳态响应,并通过与FEM计算结果对比,验证了本文计算方法的正确性。采用该计算方法对管内流体的质量效应与弯曲半径对传递函数的影响进行了计算分析。本文提出的U型管路流固耦合计算方法可为换热器中U型管的减振降噪设计提供参考。