有限长正方形棱柱绕流的双稳态现象

运用大涡模拟(large eddy simulation, LES) 方法对有限长正方形棱柱绕流进行了研究. 棱柱高宽比为5,一端固定于平板上,另一端为自由端. 平板表面边界层厚度可忽略不计. 基于自由流速度和棱柱宽度的雷诺数为3 900. 由计算结果发现,有限长棱柱的尾流在自由端后下扫流的作用下具有显著的三维性. 尾流中会交替出现两种典型的流动状态:一种是柱体两侧所脱落的涡在尾流中形成类似卡门涡街的交错排列状态;另一种是柱体尾流中涡团对称分布且无明显的周期性. 两种典型流动状态的交替出现,对有限长棱柱气动力特性有直接的影响.     

有限条带法

解析法是求解偏微分方程最古老的方法,在电子计算机出现以前,它是解微分方程最主要的方法。电子计算机出现引起了数值计算方法——差分法和有限元法的发展。有限元法渐渐取代经典的解析法,形成了强有力的计算工具,弹性体的离散化代替了连续体。有限元法尽管有许许多多优点,但计算量及存储量都比解析法大得多,且随着问题规模的增大而迅速增大。因此,近十多年来,解析法经过一番改造之后,又在部分领域重新受到重视;例如在      

有限条带法

有限元法是一种强有力的计算方法,用它可以解决许多领域的计算问题.但在某些情况下,它仍然存在一定的缺点.董平教授指出:“假使我们要求解一个2000阶的方程组,那么对称矩阵大约有两百万个元素,为要得到解所需的运算次数约为10~(10)次,而在IBM370/155机上所需的计算机时间约为10~4秒.目前的计算机对于两百万个信息没有足够的内存,另外,10~4秒也是一个很可观的计算机时间”.三维空间问题所形成的大型方程组远远超过2000阶,我国大、中、小城市不可能都配备大型快速电子计算机,即使有,小问题用大型电子计算机解算也会造成巨大浪费.本文提出的有限条带法不仅克服了以上缺点,而且具有减少未知量、简化计算等优点.     

一种考虑界面不连续的改进的有限粒子法

有限粒子法(finite particle method,FPM)作为SPH(smoothed particle hydrodynamics)方法的重要改进,有效提高了边界区域粒子的近似精度,但是当FPM处理多物理场时,在不连续界面附近的计算精度会大大降低,并且FPM必须满足的矩阵非奇异性也提高了对界面处理的要求。本文中基于DSPH(discontinuous SPH)方法,提出了一种考虑界面不连续的改进FPM—DSFPM(discontinuous special FPM)法,旨在改善FPM在界面不连续处的计算精度,从而进一步提高其计算效率和稳定性。首先,分析了DSFPM的核近似精度。其次,根据不同的工程问题,给出DSFPM处理小变形和大变形问题的算法流程。利用DSFPM、DSPH和FPM等3种方法对弹性铝块小变形碰撞冲击算例进行了模拟,通过对比分析铝块的速度和应力以及计算时间验证了DSFPM算法在非连续界面处计算精度和计算效率的优势。最后,通过结合DSFPM和DFPM(discontinuous FPM)实现了对于大变形问题的模拟。     

夹层板的有限单元法

本文根据Hoff型夹层板弯曲理论,采用有限单元法导出了夹层板单元的刚度矩阵、质量矩阵、一致的载荷矢量和温度载荷矢量;用以计算一般夹层板的变形、应力或自由振动。其结果与理论解相比,具有较满意的精度。     

结构分析的有限条法

对于具有复杂边界和材料特性的连续体,采用有限单元法进行应力分析已得到广泛的应用.为解析法向离散法的发展,提供了一个强有力的工具;但由于,将连续体剖分为极多的离散的单元,相应要耗费大量人力与时间来进行输入数据的准备和输出数据的整理,而实际上往往只有少量数据是直接需要的;并且,由于未知数是非常之多,计算机的容量就往往无法实现,或者因计算时间太长以致不经济;而传统的解析方法则无需     

基于mbS模式的有限单元法

mbS模式及其有限元法是在固体和结构分析模型中引入薄膜、弯曲和剪切理论,且采用纯拉压、纯弯和纯剪单元进行分析的数值方法。在时空系中剖分物质单元和时间单元上构造以指数函数和贝塞尔函数为插入函数且按Lagrange插值条件的薄膜、弯曲和剪切等基本位移函数,由此得到更加完备和耦合的固体和结构实体单元的变形模式,根据能量泛函变分原理得到静动力有限元基本方程的一致格式。研究表明,mbS模式及其有限元法可用于梁柱和板壳等结构的静动力分析及屈曲分析。     

张拉整体三棱柱几何作图法找形与找力

力学和几何学是密不可分的,本文给出了一种几何作图法进行端面平行时张拉整体三棱柱的找形方法和作图确定自平衡内力大小的找力方法,并推导出找形后张拉整体三棱柱自平衡内力的力密度计算公式,通过算例验证了几何作图法找形与找力的正确性。几何作图法找形和找力方法操作简单,直观可控,可以在CAD软件中实现,甚至可以纸上手绘实现;自平衡力密度公式简单,表达直观,是力密度法的一种几何实现。     

有限厚条法及其应用

1.前言有限条法是减少单元与内存方面一种较好的数值计算方法,但有限条法应用于一些准三维结构(如中厚结构、组合结构、复合结构等)目前仍还是一个有待解决的问题.主要由于其逼近函数仍为一般梁函数,因而不能反映结构沿厚度方向的几何、材料与构造上的特征.     

板壳静力分析的有限点法

样条有限点法对板壳的分析是一个有效的工具。本文利用这个方法计算板壳的挠度和内力。文中对薄板、薄壳及考虑剪切变形的板进行了分析,并和有限元法及解析法的结果作过比较。这个方法不仅计算简便,而且精确度也比较高,容易在中小型电子计算机上实现。     

弹性力学问题的有限单元法简介

一、矩阵运算简介 近十多年中迅速发展起来的有限单元法,是一种获得广泛应用的较为有效的数值计算方法。它的基本思想虽在40年代就已经提出,但直到50年代中、后期,在实际需要的直接推动下,这种方法才得到发展,而高速数字电子计算机的出现更为它的广泛应用提供了重要的物质条件。 有限单元法是把连续体近似地看成由结点相联接的有限块单元的集合体,根据最小位能     

基于非线性梁理论的有限质点法

有限质点法是以向量式力学为基础,用有限数量的质点来模拟结构的变形行为,质点的运动由牛顿运动定律来计算。在有限质点法中,质点通过构件相连,构件约束着质点的运动,并且其内力由质点的运动变量来描述。基于向量式力学的基本思想和非线性梁理论,提出了一种新的有限质点法,该方法在共旋单元坐标系中描述梁的非线性变形。以空间梁系结构为例,推导了计算构件内力的非线性公式,并考虑了弯扭耦合变形。通过两个连续欧拉角的变换公式得到共旋坐标系的旋转矩阵。与传统的有限质点法相比,本文提出的方法避免了刚体虚转动分析。通过四个结构的数值求解,验证了本文方法在计算结构大变形响应时具有较高的精度。     

空间几何构造分析的有限单元法

提出空间杆系几何构造分析的有限单元法，构造了两种单元(链杆单元和准梁单元)的几何约束矩阵，集成为整体矩阵并引入承条件后，通过对其阶数与秩的比较分析确定体系的几何可变性及静定性．本法原理简单，便于计算机实施，结果完备：对于几何不变体系，可指出多余约束的数目；对于几何可变体系，可给出体系的自由度数及相应的运动模态，并确定自由度的常变瞬变性质．     

模拟结构倒塌破坏的有限质点法

有限质点法是以向量式力学为基础的新兴结构分析方法,本文将其应用于冲击荷载作用下的网壳结构的倒塌破坏模拟中。以空间杆单元为例建立了有限质点法的基本方程,推导了求解几何和材料非线性问题的基本公式。为计算断裂问题,建立了空间杆单元的断裂准则和断裂模型,发展了有限质点法进行断裂分析的基本算法。通过对某双层网壳冲击荷载下破坏过程的模拟和分析,验证了该方法在结构倒塌破坏过程模拟中的有效性和适用性。     

形状记忆合金椭圆孔口问题的有限单元法

基于Lagoudas形状记忆合金(SMA)三维本构模型,假设材料为各向同性,推导了SMA平面应力状态的增量型本构方程,继而编写了ABAQUS用户自定义材料(UMAT)子程序,研究了在双向拉伸情况下,外载荷、温度、椭圆孔口长短轴之比对超弹性SMA椭圆孔口板中应力诱发马氏体相变区的影响。数值结果表明:应力诱发马氏体相变首先发生在椭圆孔口长轴端点部位,在外加载荷作用下逐渐扩展到板内,并由内向外形成马氏体相区、相变混合区和奥氏体相区;SMA板内应力诱发马氏体完全相变区面积与施加外载荷成正相关,与温度成负相关;随着椭圆孔口长短轴之比增大,SMA板内应力诱发马氏体完全相变区面积呈现出先减小后增大的趋势;拉应力差值相同时,相较于拉应力沿椭圆孔口长轴方向较大的情况,当拉应力沿椭圆孔口短轴方向较大时,SMA板内完全相变区面积较大,椭圆孔口周边应力集中现象更明显。     

双材料界面裂纹的改进广义有限差分法

采用数值方法进行断裂力学分析时,裂纹尖端奇异区域处理的好坏直接关系到最终断裂力学参数的求解精度。与传统均匀介质不同,复合材料界面裂纹渐近位移和应力场表现出剧烈的振荡特性,许多用于表征经典的平方根和负平方根物理场渐近性的传统方法也因此失效。论文提出了一种改进的广义有限差分法,该方法基于多元函数泰勒级数展开和移动最小二乘法的思想,将节点变量的各阶导数由相邻点集函数的加权线性累加来近似,具有无网格、无数值积分、数据准备简单、稀疏矩阵快速求解等优点。为提高该方法求解断裂力学问题的计算精度和数值稳定性,论文引入了裂尖奇异区域局部点簇的自动创建技术和一种基于局部点簇几何尺寸的矩阵正则化算法。数值算例表明,所提算法稳定,效率高,在不增加计算量的前提下,显著提高了裂尖近场力学参量和断裂力学参数的求解精度和数值稳定性。     

箱梁静力分析的三维有限单元法

采用三维梁、板单元 ,解决了薄壁箱梁的静力计算问题。结合在偏心荷载作用下箱梁的具体算例 ,给出箱梁翼板和腹板的翘曲正应力和剪应力分布曲线 ,并讨论了用荷载等效分解法计算箱梁时存在的一些问题     

正弦级数与多项式的有限条法

本文用正弦级数与多项式做为有限条端部的基础函数.端部在简支、固定、自由(包括弹性支承、弹性转动支承)等条件下,都可构成三角级数的正交系.克服了Y.K.Cheung 除了两端简支条件外,其它端部条件均发生偶联.用本文方法扩大了有限条法的应用范围,而且使得总刚度矩阵呈带状.因此,本文为有限条法的重要进展.     

棱柱绕流流动的数值模拟

利用数值方法对长宽比为1／3, 1和3的棱柱绕流在雷诺数为100的非稳态流动特性进行了分析和研究。采用有限体积法对棱柱绕流的二维流动N-S方程进行离散求解,分析和研究了非稳态的棱柱绕流流场,升力系数,阻力系数和涡动特性,数值模拟的结果与相关文献的数据比较吻合。通过上述研究能够为了解棱柱绕流的非稳态流动特性提供有力的帮助。而对棱柱三维流动的模拟分析和对雷诺数的变化对棱柱流动特性的影响进行研究,将为掌握棱柱绕流的工程特性打下基础。