基于SPH/FEM方法的浅水冲击喷溅及其抑制结构研究

物体浅水冲击会造成结构响应和自由液面的剧烈喷溅,以往的研究多集中在物体受水的冲击响应方面,而对浅水层受物体冲击引起的剧烈喷溅问题及其喷溅抑制结构的相关研究很少。本文基于SPH/FEM耦合方法对浅水冲击的液体喷溅特性开展研究。首先,计算了刚性长方体结构的冲击喷溅,与文献中准二维溅水试验结果进行了比较,将浅水喷溅分为初始喷溅、二次喷溅和底部射流三部分。分别研究了各部分喷溅的形成机理,指出二次喷溅由结构对水层的挤压和底部射流的能量传递共同引起,并分析了水深对二次喷溅的影响规律。其次,对喷溅抑制结构的机理做了数值研究,发现拱形翻边构型可以抑制初始喷溅,但不能有效降低二次喷溅。最后,提出了一种带凹槽和阻水边条的新型翻边构型,对二次喷溅具有更好的抑制效果。     

Unconditionally Superclose Analysis of a New Mixed Finite Element Method for Nonlinear Parabolic Equation

This paper develops a framework to deal with the unconditional superclose analysis of nonlinear parabolic equation. Taking the finite element pair $Q_{11}/Q_{01} × Q_{10}$ as an example, a new mixed finite element method (FEM) is established and the $τ$ -independent superclose results of the original variable $u$ in $H^1$-norm and the flux variable $\mathop{q} \limits ^{\rightarrow}= −a(u)∇u$ in $L^2$-norm are deduced ($τ$ is the temporal partition parameter). A key to our analysis is an error splitting technique, with which the time-discrete and the spatial-discrete systems are constructed, respectively. For the first system, the boundedness of the temporal errors is obtained. For the second system, the spatial superclose results are presented unconditionally, while the previous literature always only obtain the convergent estimates or require certain time step conditions. Finally, some numerical results are provided to confirm the theoretical analysis, and show the efficiency of the proposed method.     

NUMERICAL SIMULATION OF FIBROBLAST DUROTAXIS MIGRATION INDUCED BY STIFFNESS GRADIENT OF SUBSTRATE1)

建立了一种细胞趋硬性迁移的理论模型和有限元分析框架,为连续变刚度人工基质的试验设计提供理论依据。考虑了细胞体的黏弹性属性,以及细胞与基质间的配受体动态反应过程,并以配受体合成时间为时间步长,将细胞运动方程化为静力学形式进行求解。对有限元过程提出一种动约束,便于消除其结构矩阵的奇异性。结果表明,模型能够模拟黏着斑内部力的快速波动现象,细胞的运动速度与观测数据一致,可有效模拟20,h以上的长时程问题。     

铁路道床有砟-无砟过渡段动力特性的DEM-FEM耦合分析

针对铁路道床有砟-无砟过渡段的结构特点,采用离散元-有限元耦合模型分析散体道砟和无砟道床间过渡段的动力特性。散体道砟道床和无砟道床分别采用离散元方法 DEM和有限元方法 FEM模拟,而在过渡段将道砟颗粒嵌入无砟道床以增加道砟颗粒与无砟道床间的咬合力,并在离散元和有限元耦合区域实现了力学参数的传递。采用以上DEM-FEM耦合方法对有砟-无砟道床及其过渡段在列车荷载作用下的沉降过程进行了数值分析。计算结果表明,离散元方法中道砟颗粒间的力链呈现非对称梯形分布,其与有限元方法中的应力分布趋势一致;采用嵌入式道砟颗粒的方法可以增加有砟-无砟过渡段道砟间的咬合力,有效约束道砟颗粒的位移,减少有砟-无砟道床间的沉降差异。本文计算模型可以合理地分析有砟道床的力链分布以及无砟道床的应力分布,确定列车荷载下道床有砟-无砟过渡段的动力学行为。     

应用浮动冲击平台考核舰载设备响应分析

为研究安装甲板模拟器的浮动冲击平台系统考核舰载设备的机理，对整个系统建立有限元模型进行数值模拟并建立力学模型进行了理论分析。根据船体甲板结构产生的垂向低通滤波特性，提出甲板模拟器具有减缓高频冲击并满足设备安装频率要求的作用。将被试设备的浮动冲击平台考核系统简化为有阻尼的三自由度系统强迫振动模型，通过拉普拉斯变换方法求解了不同冲击环境下被试设备的响应。数值模拟与理论计算结果比较吻合，被试设备响应迅速达到峰值后逐渐衰减，振动频率由高频向低频过渡，在分析浮动冲击平台舰载设备考核系统长时间响应时需考虑阻尼的影响。     

A Low Order Nonconforming Mixed Finite Element Method for Non-Stationary Incompressible Magnetohydrodynamics System

A low order nonconforming mixed finite element method (FEM) is established for the fully coupled non-stationary incompressible magnetohydrodynamics (MHD) problem in a bounded domain in 3D. The lowest order finite elements on tetrahedra or hexahedra are chosen to approximate the pressure, the velocity field and the magnetic field, in which the hydrodynamic unknowns are approximated by inf-sup stable finite element pairs and the magnetic field by $H^1(\Omega)$-conforming finite elements, respectively. The existence and uniqueness of the approximate solutions are shown. Optimal order error estimates of $L^2(H^1)$-norm for the velocity field, $L^2(L^2)$-norm for the pressure and the broken $L^2(H^1)$-norm for the magnetic field are derived.     

有限元/边界元耦合方法在海洋生物目标强度特性研究的应用*

目标强度特性是海洋生物声学识别与资源量评估的重要依据,其中,基于近似几何体和声阻抗特性的理论模型法是研究海洋生物目标强度的重要手段。由于对几何形态近似处理以及数值求解方法的限制,传统理论模型对声波频率、入射方位以及目标声阻抗、形态尺寸等均有各自不同的适用范围,单一模型难以满足不同种类或同一种类但不同尺寸海洋生物的目标强度求解。本文尝试将逐渐见诸应用的有限元/边界元耦合方法用于海洋生物目标强度特性研究,分别以球形生物、纺锤形鱼类尾明角灯鱼(Ceratoscopelus warmingii)和细长形浮游动物南极大磷虾(Euphausia superba)为例进行仿真计算,并与相适应的经典理论模型进行对比分析。结果表明,对于球形生物,有限元/边界元耦合方法与解析模型的目标强度频响曲线完全吻合;对于纺锤形鱼类,有限元/边界元耦合方法可有效弥补基于模态级数解的形变圆柱体模型在中低频和两端入射时的准确性问题;对于细长形浮游动物,有限元/边界元耦合方法与畸变波玻恩近似模型高度吻合。综上,有限元/边界元耦合方法对多种海洋生物目标强度求解均具有较好的适用性,未来有待进一步结合实验测定进行验证。     

考虑膨胀力的非饱和介质热-水-应力耦合二维有限元分析

从建立应力平衡方程、水连续性方程、能量守恒方程和弹塑性矩阵入手,使用Galerk in方法,将各控制方程分别在空间域和时间域进行离散,开发出了一个可考虑膨胀力的用于分析非饱和介质中热-水-应力耦合弹塑性问题的二维有限元程序.通过对一个假定的核废料地下处置库的热-水-应力耦合问题的数值计算,比较了无、有膨胀力时的情况,在定性上验证了该程序的正确性.     

刚柔耦合建模理论的实验验证

传统的混合坐标建模理论是零次近似方法，对刚柔耦合问题的描述存在缺陷，研究以一个由中心刚体，柔性梁及末端质量组成的刚柔耦合系统对象，建立了精确的一次近似的刚柔耦合动力学方程，在该模型中计及了结构阻尼及风阻的影响，利用单轴气浮台动力学实验平台，通过与实验数据的比较，说明了传统零次近似方法在某些条件下已不能下确描述柔性的刚性正确性和可靠性。     

Dynamics of Multi-Body Rotors: Numerical and Experimental FEM Analysis of the Scientific Earth Experiment Galileo Galilei Ground

Some small scientific satellites can be regarded as free, multi-body, supercritical and statorless rotors. Classical rotordynamics does not cover the dynamic behaviour and the stability analysis of such rotating systems, being focused on fixed rotors. Attitude dynamics usually deals with single rigid spacecrafts, sometimes equipped with flexible appendices like solar arrays or antennas. The case of the Galileo Galilei Ground (GGG) test facility is herewith analyzed through a numerical and experimental investigation on the dynamic behaviour of a fixed multi-body fast-spinning rotor in order to validate the design approach proposed for Galileo Galilei (GG) spacecraft.