三维频域格林函数的高效率计算方法

将高斯积分引入频域格林函数及其导数的数值计算,计算结果与已有文献进行对比,证明该方法在满足足够精度的基础上,使计算过程简化,减少分区,提高计算效率.     

水下爆炸气泡融合动态特性研究

在自然界中,气泡融合是一种重要的物理现象．基于势流理论,采用边界积分法,对水下爆炸气泡融合进行数值模拟研究．依据已有的数值研究成果和实验数据,建立气泡融合三维动力学数值模型,数值模拟结果与实验值吻合良好．应用该文开发的三维计算程序,分析距离、水深等特征参数对气泡融合动态特性的影响,得到了一些规律性的曲线和结论,旨在为水下爆炸气泡融合机理和动态特性研究提供理论参考．     

自由场水中爆炸气泡的物理特性

将水中爆炸气泡运动阶段周围流场假设为无粘、无旋、不可压缩的理想流体,运用边界元法模拟自由场中气泡的运动,在气泡运动模拟过程中引入数值光顺技术及弹性网格技术,避免因网格扭曲而导致的数值发散,并开发计算程序。计算值与实验值吻合良好,误差小于10%。从自由场水中爆炸气泡的基本现象入手,基于本文中开发的程序系统地研究了自由场中气泡的动力学特性。对流场中不同方位的压力进行分析,得出气泡中心的迁移方向及射流的攻击方向压力载荷比其他方向均大,说明气泡射流的攻击方向压力载荷最大,对水中结构造成严重毁伤,表明了气泡载荷的不对称性。计算了流场中不同位置的速度变化曲线,结果表明随着距气泡中心距离的增大,气泡运动引起的滞后流的速度迅速减小,且随着气泡的膨胀和坍塌,滞后流的方向逆转,总结了滞后流的衰减及变化规律。     

Interaction of underwater explosion bubble with complex elastic-plastic structure

Considering the elastic-plasticity of the structure, the combination of boundary element method and finite element method （FEM） is employed to present the calculation method for solving the complex coupled dynamic problem of bubble, elastic-plastic structure and the free surface, and the complete three-dimensional calculation program is developed as well. The error between the calculated result and the experimental result is within 10%. Taking a surface ship for example, the three-dimensional calculation program is extended to engineering filed. By employing the program, the response of the ship under the bubble loading is analyzed. From the stress-time history curves of typical elements of the structure, it can be seen that the pressure reaches its maximum when the bubble collapses and this validates that the pressure generated by the bubble collapse and the jet can cause serious damage on the ship structure. From the dynamic process of the interaction between the three-dimensional bubble and the ship, the low order vertical mode of the ship is provoked and the ship presents whip-shaped motion. And the ship does elevation and subsidence movement with the expansion and shrinkage of the bubble. Some rules and conclusions which can be applied to the engineering problems are obtained from the analysis in this paper.     

浮动冲击平台横向冲击谱受外形结构的影响

基于ABAQUS软件中的声固耦合法，采用设备、平台一体化分析方法，展开对中型浮动冲击平台的研究，探讨平台外形结构形式对平台冲击环境的影响，并提出了提高平台横向冲击谱谱值的设计方案。首先对外形结构进行初步设计，分析其对平台冲击谱的影响，并找到决定影响程度的关键因素。然后针对结构进行优化，使其更大幅度的提高平台冲击谱谱值。计算表明:在平台外部下方加装挡板结构不会明显影响平台垂向冲击谱，但可以提高平台横向冲击谱；舷侧底端向下延伸加装竖直挡板由于受到冲击波绕射和阻力的影响，增加横向谱值的效果不是很明显；平台底部流线型挡板可以有效增加平台对爆炸载荷的接收效果，同时可以尽量减小阻力影响，从而明显提高平台横向冲击谱谱值。     

圆形月池流激振荡实验研究

采用基于经验模态分解(EMD)的本征模态函数(IMF)分析方法和对比研究的实验方 法,实验研究了圆形月池在均匀流条件下的流激振荡特性. 通过实验研究发现,尽管腔内的 流体在不同来流的条件下运动趋势有所不同,但归纳起来对于月池结构,其内部存在两类振 荡源,一类是腔内流体的固有振荡,该频率与腔体结构形式、尺寸、腔内流体深度有关,与 来流无关;另一类则是流体流经腔口时产生的流体动力振荡,该频率与来流特性、速度有关. 当二者频率相近时将会激起腔内流体的共振,即会有``活塞(piston)'现象产生. 实验中,还在腔体侧壁上布置了压力传感器,用来分析腔体侧壁受到的流体压力特性及 其变化趋势.     

小攻角下三维细长体定常空化形态研究

基于边界元方法, 使空泡表面和细长体表面分别满足Dirichlet 边界条件和Neumann边界条件, 数值迭代获得小攻角下三维细长体的定常空化形态. 采用线性三角形单元, 将控制点布置在网格节点上, 应用局部正交坐标系并采用迭代方法获得空泡表面的速度势, 进而通过边界积分方程确定空泡厚度的分布. 采用拉格朗日插值方法得到空泡末端的厚度, 避免了迭代过程中网格的重新划分. 数值结果与实验值符合良好, 验证了该方法的合理性. 系统研究了空化数、攻角以及锥角对于三维细长体空化形态的影响规律. 数值结果表明: 攻角使得细长体的空化形态呈现不对称性, 出现空泡向背流面“堆积”的现象; 而空化数越小或锥角越大, 空泡形态的不对称性将越严重. 关键词： 边界元方法 三维细长体 局部空化 攻角     

均匀流中剪切变形加筋层合板声与振动特性研究

基于一阶剪切变形理论, 建立了分析均匀流中周期加筋层合板声振特性的理论模型. 该模型应用对流波动方程及边界条件精确考虑了均匀流与层合板的耦合作用, 加强筋通过法向线力及扭矩与层合板相互作用, 利用傅里叶波数变换和稳相法, 得到了位移谱和辐射声压的解析表达式. 计算结果与已有公开数据符合良好, 验证了模型的有效性. 数值结果表明, 在高频段不能忽略剪切变形和加强筋扭转运动的影响; 增大均匀流速度可降低结构的辐射声压; 适当调整板厚和加强筋间距可有效避开结构的辐射声压波峰. 关键词： 均匀流 第一阶剪切变形理论 层合板 波数变换     

气泡群的动态物理特性研究

假设气泡周围流场为无黏、无旋、不可压缩的理想流体,建立气泡群相互作用的三维数值模型.将多极快速傅里叶变换方法(FFTM)与高阶边界元法(HOBEM)相结合求解气泡群的运动,在达到同样计算精度时显著加快了边界积分方程的求解速度,可以在合理的时间内模拟气泡群的动态物理特性.同时为维持气泡群模拟过程中的数值稳定性,引入了弹性网格技术(EMT),并用算例验证了数值模型及算法的有效性.基于建立的数值模型,研究了不同组合的气泡群之间的相互作用,模拟和解释了各类气泡运动的物理现象,讨论了影响气泡群膨胀、坍塌、迁移及射流 关键词： 气泡群 FFTM 射流 三维     

气泡与弹性膜的耦合效应数值模拟

本文在前人研究的基础上,计入浮力、表面张力、不同流体密度比等因素对弹性膜附近气泡运动的影响,结合不可压缩理想流体理论,建立气泡与弹性膜耦合动力学数值模型,采用边界元方法进行求解,计算值与Turangan等的实验结果符合良好.通过对弹性膜附近气泡运动的数值模拟,详细分析了弹性膜两侧为同种密度液体以及不同密度液体时气泡的运动,随后又分析气泡在弹性膜和浮力的共同作用下气泡的射流特性.旨在为相关气泡与弹性膜相互作用特性的研究提供参考. 关键词： 弹性膜 边界元法 气泡 浮力