围压状态下的混凝土本构模型

利用已有不同围压下的混凝土三向压缩试验, 分析研究不同围压条件对混凝土强度和应力-应变关系的影响。试验表明, 把混凝土简单视为脆性材料的观点并不符合实际情况, 塑性特征也是混凝土材料主要力学特征。由热力学定律出发, 本文提出了多次方形式的屈服函数和与围压状态相关联的损伤标准化函数, 提出了考虑围压状态的混凝土本构模型。试验结果与数值计算比较表明, 该本构关系可以很好地描述混凝土在不同围压状态下的力学损伤发展和脆-塑性转换力学特征, 也可以描述拉伸作用下的应力-应变关系, 具有一定的普遍意义。     

区间可靠性分析方法及在地下隧道结构计算中的应用

基于工程结构不确定性的区间分析方法,本文将区间分析方法与可靠性分析方法相结合,探讨了一种可以获得区问可靠指标的可靠性分析方法.依据结构失效准则确定的功能函数在一定区间内变化,进而得出了可靠指标的变化区间,在得到区间可靠指标的同时也得到了一种反映结构稳健性的稳健可靠指标.结合区间有限元的优化计算方法,对某地下隧道结构进行了区间可靠性分析,所得区间可靠性指标合乎规律.     

基于WENO-THINC/WLIC模型的水气二相流数值模拟

水气二相流与诸多领域的实际工程问题密切相关. 对二相流运动进行高精度的数值模拟是计算流体力学研究的难点和热点. 针对开敞水域的自由表面流运动问题, 将水和空气均视为不可压缩流体, 采用五阶加权基本无震荡(weighted essentially non-oscillatory, WENO)格式求解描述流体运动的纳维斯托克斯(Navier-Stokes, NS)方程, 利用以加权线性界面算法改进的多维双曲正切函数界面捕捉法(tangent of hyperbola for interface capturing with weighed line interface calculation, THINC/WLIC)追踪水气界面, 建立WENO-THINC/WLIC水气二相流运动数值模型. 模型采用分步计算法离散求解控制方程, 通过压力投影法求解压强场, 并利用三阶总变差递减(total variation diminishing, TVD)龙格库塔(Runge-Kutta, RK)法对时间项进行离散求解. 通过对环境速度场下Zalesak's disk和shearing vortex界面运动问题, 线性液舱晃荡问题以及溃坝问题的模拟结果与理论分析或试验结果的比较, 对所建立的水气二相流数值模型的适用性及模拟精度进行了验证. 结果表明, 本模型的模拟结果与物理模型或理论分析结果吻合良好, 能较为准确地再现不可压缩水气二相流运动现象. 鉴于WENO格式和THINC法本身在算法及应用等方面仍在不断改进, 本研究提出的WENO-THINC耦合模型为后续更高精度的二相流计算模型开发提供了一种研究思路.      

粘性流基于特征线的四阶Runge-Kutta有限元法

对于二维不可压缩粘性流，通过沿流线方向的坐标变换，推导了无对流项的二维N-S（Navier-Stokes）方程。采用四阶Runge-Kutta法对N-S方程进行时间离散，并沿流线进行Taylor展开，得到显式的时间离散格式，然后利用Galerkin法对其进行空间离散，得到了高精度的有限元算法。利用本文算法对方腔驱动流和圆柱绕流进行了数值计算，通过对时间步长、网格尺寸和流场区域的计算分析，进一步验证了本文算法相比经典CBS法在时间步长、收敛性、耗散性和计算精度方面更具有优势。     

基于S-A湍流模型的Runge-Kutta有限元算法

采用一方程S-A模型(Spalart-Allmaras模型)封闭雷诺时均N-S方程(RANS方程)进行湍流数值计算,可以减少方程求解数量,节约计算时间。本文对其进行了有限元数值算法研究,首先通过沿流线坐标变换,得到无对流项RANS方程,并引入三阶Runge-Kutta法对其进行时间离散;然后利用沿流线的Taylor展开解决坐标变换带来的网格更新的困难;最后采用Galerkin法进行空间离散,得到湍流模型的有限元算法。基于方柱绕流和覆冰输电线绕流模型,与试验结果进行对比,验证了该算法的有效性,与一阶数值算法相比,该算法在精度和收敛性方面更具优势。     

正六边形及其扩展形状港湾内的水波共振

港口的几何形状是影响港湾共振的重要因素。本文从理论上推导了正六边形封闭港湾内各共振参数的解析表达式,并采用Boussinesq模型模拟了正六边形及其扩展形状港湾内的水波共振现象,验证了提出的理论,并进一步研究了各共振模态的空间能量分布特征。结果表明,变正六边形的一边为曲线后,港内水波能量分布更加集中于有限的共振模态上,不利于改善其内水波共振。     

粘性流基于特征线的四阶Runge-Kutta有限元法

对于二维不可压缩粘性流,通过沿流线方向的坐标变换,推导了无对流项的二维N-S(Navier-Stokes)方程。采用四阶Runge-Kutta法对N-S方程进行时间离散,并沿流线进行Taylor展开,得到显式的时间离散格式,然后利用Galerkin法对其进行空间离散,得到了高精度的有限元算法。利用本文算法对方腔驱动流和圆柱绕流进行了数值计算,通过对时间步长、网格尺寸和流场区域的计算分析,进一步验证了本文算法相比经典CBS法在时间步长、收敛性、耗散性和计算精度方面更具有优势。     

矩形及其扩展形状港湾内的水波共振

从理论上给出了矩形封闭港湾的特征参数表达式,并采用Boussinesq模型模拟比较了矩形及其扩展形状港湾内的水波共振现象,研究了边界对港湾共振的影响。通过定义无量纲参数熵定量比较了不同港湾内各模态能量分布的集散度。结果表明,矩形港湾短边界曲率的微小增加,可以使得港内能量分布到更多的模态,有利于改善其内的水波共振。