A general modal frequency-domain vortex lattice method for aeroelastic analyses

The generalized aerodynamic force (GAF) matrix is derived for the Unsteady Vortex Lattice Method (UVLM) without the assumption of out-of-plane dynamics. As a result, the approach naturally includes in-plane motion and forces unlike the doublet lattice method (DLM). The derived UVLM GAF is therefore applicable to industry-standard techniques for aeroelastic stability analyses, such as the p–k method. In this work, the fluid–structure interpolation is performed with radial basis functions for surface interpolation. The generalized aerodynamic forces computed with the UVLM are verified against the DLM from NASTRAN on a simple flat plate configuration. The ability of the UVLM to include steady loads is verified with a T-tail flutter case and the results confirm the importance of including steady loads for T-tail flutter analysis. The modal frequency domain VLM therefore provides the same level of efficiency and accuracy than the DLM, but without the restrictions and with the ability to handle complex geometries. It is therefore a viable replacement to the DLM.     

基于局部加密纯无网格法非线性Cahn-Hilliard方程的模拟

为数值求解描述不同物质间相位分离现象的高阶非线性Cahn-Hilliard(C-H)方程,发展了一种基于局部加密纯无网格有限点集法(local refinement finite pointset method,LR-FPM).其构造过程为:1)将C-H方程中四阶导数降阶为两个二阶导数,连续应用基于Taylor展开和加权最小二乘法的FPM离散空间导数;2)对区域进行局部加密和采用五次样条核函数以提高数值精度;3)局部线性方程组求解中准确施加含高阶导数Neumann边值条件.随后,运用LR-FPM求解有解析解的一维/二维C-H方程,分析粒子均匀分布/非均匀分布以及局部粒子加密情况的误差和收敛阶,展示了LR-FPM较网格类算法在非均匀布点情况下的优点.最后,采用LR-FPM对无解析解的一维/二维C-H方程进行了数值预测,并与有限差分结果相比较.数值结果表明,LR-FPM方法具有较高的数值精度和收敛阶,比有限差分法更易数值实现,能够准确展现不同类型材料间相位分离非线性扩散现象随时间的演化过程.     

平面波输入下海水-海床-结构动力相互作用分析

海洋工程结构的地震反应分析是保证海洋工程结构地震安全的重要环节.由于其所处的复杂环境, 该问题涉及到流固耦合和土-结相互作用.本文基于海水、饱和海床、基岩流固耦合统一计算框架,采用Davidenkov模型和修正的Masing准则考虑饱和海床的非线性,在脉冲SV波垂直入射下, 进行了海域场地和海洋工程结构的动力响应分析. 首先,对比分析了线性自由场和非线性自由场输入情形的海域场地非线性反应,结果表明线性自由场输入时反应不合理,自由场分析和场地分析应该采用相一致的本构模型. 然后,对比分析了海床分别为线性和非线性情形时,海域场地以及海水-海床-结构体系的反应特征. 与线性海床情形相比,非线性对海床反应的影响主要由如下两方面因素控制: 一方面,非线性导致饱和海床模量减小, 饱和海床与基岩间的波阻抗比减小,由基岩到饱和海床间的反射系数和透射系数增加, 导致反应增大; 另一方面,非线性导致阻尼加大, 使海床反应减小. 对于本文算例而言,阻尼对非线性海床结果的影响占主导作用.      

A Runge-Kutta–based WENO reconstruction on moving mesh for compressible fluids

In this paper, we construct a high-order moving mesh method based on total variation diminishing Runge-Kutta and weighted essential nonoscillatory reconstruction for compressible fluid system. Beginning with the integral form of fluid system, we get the semidiscrete system with an arbitrary mesh velocity. We use weighted essential nonoscillatory reconstruction to get the space accuracy on moving meshes, and the time accuracy is obtained by modified Runge-Kutta method; the mesh velocity is determined by moving mesh method. One- and two-dimensional numerical examples are presented to demonstrate the efficient and accurate performance of the scheme.     

A proper orthogonal decomposition variational multiscale meshless interpolating element-free Galerkin method for incompressible magnetohydrodynamics flow

In the recent decade, the meshless methods have been handled for solving most of PDEs due to easiness of the meshless methods. One of the popular meshless methods is the element-free Galerkin (EFG) method that was first proposed for solving some problems in the solid mechanics. The test and trial functions of the EFG are based on the special basis. Recently, some modifications have been developed to improve the EFG method. One of these improvements is the variational multiscale EFG procedure. In the current article, the shape functions of interpolation moving least squares approximation have been applied to the variational multiscale EFG technique for solving the incompressible magnetohydrodynamics flow. In order to reduce the elapsed CPU time of simulation, we employ a reduced-order model based on the proper orthogonal decomposition technique. The current combination can be referred to as the reduced-order variational multiscale EFG technique. To illustrate the reduction in CPU time used as well as the efficiency of the proposed method, we applied it for the two-dimensional cases.     

核电结构土-结相互作用分析分区混合计算方法

土-结构相互作用分析是核电结构进行抗震设计和安全评估的重要环节.在核电结构的土-结相互作用分析中,阻尼和非线性是影响结构反应的重要因素. 若采用频域分析,可以方便考虑阻尼,但需通过等效线性化来考虑非线性,不适合于强震作用下的土体非线性.若采用时域分析的逐步积分方法,适合于考虑非线性,但材料阻尼一般采用瑞利阻尼模型,除了紧靠指定阻尼比的少数几个振型外,其他振型的反应将受到瑞利阻尼模型所确定的大阻尼所抑制,造成地震反应与真实情形有较大差异.若采用时域分析的模态叠加法,可合理计入阻尼效应,但模态叠加法不能考虑非线性.因此,如何合理考虑阻尼和非线性是核电结构土-结相互作用分析需要关注的问题.基于此,本文提出一种模态叠加和时步积分结合的土-结相互作用分区算法.其中,出于安全性考虑,地震作用下核电主体结构一般不允许进入非线性,因此结构可采用模态叠加方法,以便合理考虑结构阻尼;土体和基础采用显式时步积分法,可考虑土体非线性;通过人工边界条件考虑无限域的影响 (辐射阻尼).通过简单算例对该方法进行了验证,并用于CAP1400核电结构的土-结相互作用分析中,对比分析了采用模态阻尼和瑞利阻尼时核电结构和场地反应的差异,结果表明结构阻尼模型对场地的反应影响不大,但对结构反应影响明显,在实际工程中应合理选取阻尼模型.      

飞行器角速度测量的三轴加速度计法

飞行器角速度的测量在航空航天领域是极为重要的问题,然而现在主流的利用陀螺仪测量角速度的方法有造价较高这一问题。本文提出了一种通过测量刚体上非共线三点的加速度得到刚体角速度的方法,可以利用极为廉价的高精度加速度计较为准确地测量高速稳态飞行器的角速度。本文应用刚体运动学中的基点法,得到由刚体上非共线三点的加速度和其距离表示的刚体角速度,并对其进行了误差分析。最终采用数值模拟的方法,分析了此方法在具有较高角速度的飞行器和具有较低角速度的稳态卫星上得到的角速度的适用性。模拟结果表明,此种方法适用于稳态高角速度的飞行器。     

野外砾石统计方法的应用与对比

砾石对于研究构造活动和气候变化具有重要意义，而砾石粒径是其中的重要参数，如何准确地获取粒径数据则是砾石统计分析中的基础性工作。为了能更全面地了解和使用砾石统计方法，对地表砾石统计和地层砾石统计这2种方法从操作流程、抽样过程、样本容量、误差分析和适用条件等方面进行了分析和总结。地表砾石统计，主要有沃尔曼法和面积样本法，前者强调抽样的随机性，多适用于对粒径>2 mm砾石的统计，常用于研究砾质河床的砾石粒径顺流变化趋势；后者适用的粒径范围更广，可达细砂级沉积物，多用于探索河床砾-砂转换带和生物栖息环境划分等领域。地层砾石统计，大多使用体积样本法，强调砾石的成层性，可根据研究目的确定相应的网格筛，粒径范围也可达细砂级别，多用于沉积地层粒度对气候与构造的响应、河床监测和泥沙运移等方面。砾石统计方法的选择很大程度上取决于研究目的及野外工作条件，可根据实际情况灵活选择。