冲击波和气泡作用下舰船结构动态响应的数值模拟

针对水下爆炸载荷、瞬态流固耦合效应在舰船水下爆炸数值模拟中的困难,在现有水下爆炸载荷计算模型(Geers and Hunter)的基础上,结合边界元法,修正水下爆炸气泡载荷计算方法.针对用二阶双渐近法(the second-order doubly-asymptotic approximation,DAA2)在处理低频...     

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     

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     

基于深度强化学习算法的颗粒材料应力?应变关系数据驱动模拟研究

颗粒材料的宏观力学行为受颗粒组分等材料参数, 孔隙率、配位数等状态参数的影响, 同时又具备复杂的加载路径和加载历史相关性, 建立包含多个内变量以及各变量间相互关联的颗粒材料本构模型是一个重要的科学难题. 不同于传统的基于屈服面、流动法则和硬化函数框架下的唯象本构模型, 本文基于颗粒物质力学的研究基础, 以颗粒材料平均孔隙率、细观组构参数和弹性刚度参数作为内变量, 结合深度学习方法建立以有向图表征的数据本构模型. 有向图中以不同的链接网络表示不同的内变量信息流动方向, 各个内变量间的映射关系采用循环神经网络来建立, 将各个神经网络相互组合, 形成包含不同内变量且具有不同预测能力的本构模型. 该本构模型的建立过程等价于在众多可能的内变量链接关系空间中寻找最能描述实际材料宏观应力应变行为的优化问题. 因此, 可将有向图本构模型的建立过程看作“马尔可夫决策过程”, 采用深度强化学习算法构建有向图的内变量链接组合优化过程, 具体采用AlphaGo Zero算法自动寻找最优的颗粒材料数据驱动本构模型建模路径. 研究结果表明, 采用有向图和深度强化学习算法可建立起完全依靠“数据驱动”的颗粒材料应力?应变关系. 此外, 本方法提供了一种将不同理论模型从数据角度统一起来, 且基于人工智能算法发展更优模型的研究思路, 可为相似问题的研究提供借鉴.      

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     

多层梯度点阵夹芯结构抗爆性能研究

基于CONWEP对多层梯度点阵夹芯板在爆炸载荷下的动态响应进行了模拟研究。在相同爆炸载荷下,对四种梯度点阵模型的后面板中心挠度峰值进行了对比分析,讨论了各模型每层芯子的总变形能随相对密度比的变化规律,并对多层点阵夹芯板各层的变形情况进行了比较。分析结果表明:对于三层金字塔点阵夹芯结构,强弱相间的点阵夹芯板充分利用了前两层芯子的变形吸能,从而对第三层芯子和后面板起到了很好的保护作用;且在350g TNT炸药和200mm爆距的爆炸载荷下,相对密度比为0.5的强弱相间点阵夹芯板的后面板中心挠度峰值最小,抗爆冲击性能最优。     

气泡与自由液面相互作用的实验研究

气泡在不同边界附近运动时,其运动特性与在自由场中相比会发生很大变化,特别是当气泡在近自由面附近运动时, 与自由面发生强烈的耦合作用而产生极其复杂的水面现象.为探究其规律,在前人研究的基础上, 采用电火花生成气泡,利用高速摄影系统对气泡与自由液面的相互作用进行了实验观察和研究. 通过对大量实验数据的分析和整理,总结了自由液面的存在对气泡最大半径、脉动周期、射流时间以及射流宽度的影响, 并初步拟合了放电电压与气泡最大半径的关系.对不同水冢现象的具体过程进行了分类和详细的描述, 得出了发生不同水冢现象的决定因素,同时统计得到相同初始条件下水柱最大高度随无量纲距离的变化规律, 为气泡与自由液面相互作用的研究提供了参考.     

梢涡流场中气泡轨迹及形态数值模拟

针对气泡在舰船尾迹涡流场运动特性,根据其是否为尾涡所捕获,将数值模拟过程分为两个阶段:准球状运动阶段和非球状运动阶段．分别应用单向耦合质点粒子追踪法（PTM）和边界元法（BEM）模拟这两个阶段,将第1阶段结束的物理量作为第2阶段的初始条件,从而完成整个数值模拟过程．在已有数值研究结果和实验数据基础上,探讨空化发生条件,追踪尾迹空泡运动轨迹,模拟尾迹气泡的运动、变形、溃灭等,以及被尾涡捕获后的撕裂等运动特性,旨在为优化设计尾流场提供参考．     

计入气穴的水下爆炸作用下结构流固耦合三维数值模拟

水下爆炸在结构物面附近产生的气穴现象,严重影响水下爆炸作用下的流固耦合动响应,是舰船水下爆炸领域的难点,传统的边界元方法、有限元方法(FEM)难以解决水下爆炸气穴现象这类强非线性问题．针对此问题,计及流体中的气穴现象,考虑流体的可压缩型,忽略流体粘性,建立水下爆炸瞬态强非线性流固耦合三维数值模型,采用流体谱单元方法(SEM)和结构有限元方法求解该模型．计算结果表明:相对有限元法,谱单元法具有更高的计算精度,且谱单元解与解析解、试验值吻合良好．在此基础上,结合ABAQUS软件,分别探讨三维球壳、船体板架在水下爆炸作用下的瞬态流固耦合机理,给出气穴区域及其对水中结构物动响应的影响特征,旨在为舰船水下爆炸瞬态流固耦合问题的相关研究提供参考．