近海热水在潮汐河流共同作用下对流扩散的三维数值方法

本文提出一种模拟近海热水在潮汐和河流共同作用下对流扩散的三维数值方法。这是一种将三次样条函数、边界拟合坐标差分法和有限元法结合起来的破开算子方法。用此方法,本文给出了矩形渠道温度场的计算结果。     

冻结壁稳定性分析的黏弹塑性模型

冻结壁稳定性是由其所承担的外荷载大小和变形量决定的,在考虑冻结壁的卸载过程及其与周围土体共同作用的同时,还考虑了冻结壁的蠕变变形,得出了与周围土体共同作用的冻结壁的黏弹塑性计算模型,并推导出冻结壁黏弹塑性区的应力、变形及其外荷载的解析式;并通过计算,得出的冻结壁位移与实测位移基本一致。     

基于Kriging代理模型的迭代更新高效反演方法

为提高混凝土坝等大体积结构参数反演效率和精度,减少由于应用有限元进行大量正分析而产生的计算机时,建立了一种结合Kriging代理模型和粒子群优化(PSO)算法的迭代更新反演方法。通过拉丁超立方抽样(LHS)方法确定初始样本点的空间分布,并使用有限元正分析获取对应的响应值,构建粗糙的初始代理模型,结合具有全局寻优能力的PSO算法,反演大体积结构的分区弹性模量,随之再代入有限元模型中,计算获取新的位移响应,并将其作为新样本加入到样本集中,通过迭代更新获得局部更高精度的代理模型。工程实际算例表明,该方法对混凝土坝等大体积结构参数反演精度较高和适用性好,且能大幅减少传统有限元模型反演方法所需消耗的正分析机时,提高反演效率。     

基于粒子群-AK-MCS法的结构可靠性分析

Kriging代理模型由于其良好的非线性拟合能力,在可靠性分析领域得到了广泛的应用。为提高Kriging模型的建模效率,本文提出一种混合粒子群算法的AK-MCS法,该方法在保证模型精度的前提下减少了构建代理模型时的迭代次数,且提高了模型的全局寻优能力。以一10杆桁架结构为研究对象,通过建立结构控制位移与杆件截面面积和集中荷载之间的代理模型,快速求解桁架结构的失效概率。研究表明,本文方法有效提高了Kriging模型建模效率和建模精度,在计算复杂工程结构时具有一定的可行性。     

结合有限元和机器学习优化镍金属纳米多孔结构的有效杨氏模量

纳米多孔材料相比于其宏观块材具有许多优异而独特的性能．纳米材料的这些性能来源于其特征尺寸及几何形状．因此,通过改变纳米多孔结构实现对其性能的有效调控可以促进它们的实际应用．本文基于表面本征应力模型和分子动力学模拟结果,构建纳米多孔结构的宏观模型,对镍金属纳米多孔结构的力学变形进行了有限元模拟,计算不同镍金属纳米多孔结构由于韧带表面应力产生的初始应变,并进一步计算其有效杨氏模量．为实现纳米多孔结构力学性能的优化,建立基于高斯过程的代理模型,该模型可以对构型的有效杨氏模量进行高精度预测,与有限元相比实现了7个数量级的加速计算．最后使用该模型对全设计域结构的有效杨氏模量进行预测,得到杨氏模量最大的构型并进行了有限元验证．本工作实现了纳米多孔结构的跨尺度模拟,并利用代理模型大幅提高了计算效率,为具有优异性能的纳米多孔材料的优化设计提供了方法框架．     

基于敏感性分析降维的多翼离心风机叶轮优化设计

针对多翼离心风机内部流动分离严重、流动损失大及叶轮几何参数多等特点，本文以风机叶轮为对象，开展了几何参数化建模及基于敏感性分析降维，并在此基础上，通过建立包含拉丁超立方抽样法、支持向量回归(SVR)代理模型、混合自适应采样方法和遗传算法的高维高效优化方法，分别开展了效率单目标优化与效率–全压多目标优化设计。研究结果表明：对于风机效率，几何参数影响程度由大到小依次为叶轮内径、叶片出口角、叶轮外径、中盘位置、叶片进口角、叶片数、叶轮宽度、叶片厚度。单目标优化后风机最高效率点效率提高2.29%；多目标优化后效率提高1.91%，全压提升30.95 Pa。研究工作对于认识多翼离心风机内流机理、发展先进优化设计方法具有较重要的学术意义及工程应用价值。