基于FEMLIP的全风化边坡失稳破坏全过程的数值模拟研究

边坡坡角和强度是影响边坡稳定性的重要因素,而边坡失稳往往伴随着大变形的发生,其变形从数十米至数千米不等.目前,传统有限元法在处理大变形问题时常常因网格畸变而导致计算终止.因此,为了实现边坡失稳破坏全过程的模拟,并研究边坡坡角和强度对边坡稳定性的影响,基于Lagrange(拉格朗日)积分点有限元法（FEMLIP）,采用C语言编写了能够模拟边坡失稳滑塌全过程的Ellipsis程序,并通过一个典型案例对该方法的正确性和可行性进行了验证.采用该方法分析了边坡在不同坡角和强度条件下的稳定性和滑坡过程.研究结果表明,Lagrange积分点有限元法可以较准确地模拟边坡的潜在滑移面,并且可以模拟边坡失稳后的滑坡发展过程,为边坡滑坡大变形分析提供了一种新的数值计算方法.     

对称破坏分歧点的分裂迭代方法

构造了求解对称破坏分歧点的扩充系统，采用分裂分块迭代方法逼近对称破坏分歧点，并对2.Box Brusselator反应模型进行了数值模拟．     

冰下流场动力学特性的数值模拟研究

在控制海冰运动的各项外力中,风、流的拖曳力起到了决定性作用;其中流拖曳力包括由于冰侧或冰脊压力梯度产生的形拖曳力和由于水流在冰底面的粘性作用产生的摩拖曳力.基于计算流体动力学软件FLUENT针对光滑冰底冰块进行二维数值模拟,分别得到5种不同入水深度、8种水流速度共40种工况下的冰下流场分布及冰块所受流体拖曳力.经对比发现,数值计算结果与物理模型实验结果吻合较好,从而验证了该数值模型在模拟冰下流场及拖曳力时的有效性.流场计算结果显示,冰下受影响流场区域随入水深度增加而扩大,尾流场近浮冰区域存在涡流,并且涡动中心随着入水深度的增加而逐渐远离浮冰尾部.拖曳力计算结果表明浮冰所受拖曳力与流速平方存在线性关系.     

水库冰断裂破坏准则及其应用研究

基于能量理论建立淡水冰断裂破坏准则,认为冰达到断裂破坏极限时其破坏力最大,并以之来推算最大冰压力.通过讨论其适用性和适用范围以及将其应用于工程实际中,得到了符合实际的计算结果,从而为抗冰害设计提供理论支持和依据.     

空化现象的模拟准则

本文在现有理论基础上导出空化现象的模拟准则.为模拟空化现象提供依据.     

半导体器件数值模拟的混合有限元方法

本文就半导体器件中载流子运动方程组的混合初边值问题提出了一种全离散的混合有限元逼近格式，考虑到混合边界条件下解的光滑性较差，我们在分数阶Ｓｏｂｏｌｅｖ空间中研究了逼近格式，得到了误差估计。     

声波方程高阶差分方法数值模拟结果研究

首先,给出了声波方程时空域高阶差分格式.证明了差分格式在时间上是二阶精度,在空间上最高可以达到2M精度.其次,对该高阶差分格式优缺点评价,新的差分格式是一种关于一个方向上所用到的临近网格节点数目一半的可变长度的差分算子,为不同精度需求提供了灵活可变的差分算子公式.另外一种意义上说,新的差分格式是依赖于频率的,同一种差分格式对于不同频率的震源,其频散的程度也不一样,因此只有采用了合适的差分形式才能够达到最好的效果.最后,给出了一系列数值模拟实例,验证了文中所得到的结论.     

不同水位下三峡水库神女溪青石滑坡破坏特性离散元模拟

对三峡水库神女溪青石滑坡,采用PFC2D软件中的接触粘结建立了离散元模型,并对其在145,155,165,175 m水位工况下的变形与破坏问题进行模拟研究.结果表明,滑坡在165 m水位下同等时间内坡中部分竖向位移最大,滑动速度最快,坡脚处水平方向应力以及水平方向应变速率均最先达到最大值;145 m水位下滑坡变形量微小,155,165,175 m水位下滑坡的破坏过程可分为弱化蠕变、前缘变形滑动、中部失稳滑动以及固化稳定4个阶段,且滑动过程中靠近滑带上部的岩土体强度会逐渐降低,起到一定促滑作用.模拟结果中,不同水位下滑坡稳定状态以及175 m水位下裂缝的产生和扩展情况皆与实际情况相近,离散元方法能够较好地模拟神女溪青石滑坡的变形与破坏特性.     

微下拉法YAG晶体生长数值模拟

对微下拉法生长YAG晶体进行包括感应加热在内的全局数值模拟,其耦合了感应加热、气体与熔体对流以及固液气三相的热输运,熔体对流同时考虑浮力与表面张力作用.为统一使用有限体积法离散控制方程,采用复函数法求解电磁场,与流函数法对比验证程序正确性.分析整个生长炉内的温度和流场(包括气体和熔体)分布,并针对固液交界面区域温度梯度较小的情况,改进后热器材料,为微下拉法晶体生长炉结构设计提供参考.     

Phase-Field Modeling and Numerical Simulation for Ice Melting

In this paper, we propose a mathematical model and present numerical simulations for ice melting phenomena. The model is based on the phase-field modeling for the crystal growth. To model ice melting, we ignore anisotropy in the crystal growth model and introduce a new melting term. The numerical solution algorithm is a hybrid method which uses both the analytic and numerical solutions. We perform various computational experiments. The computational results confirm the accuracy and efficiency of the proposed method for ice melting.     

多模式广义失效概率计算的数值模拟法及其工程应用

提出了安全与失效状态含有模糊信息时,广义失效概率计算的数值模拟,及相应的方差估算,并提出了对应的数值积分方法．当状态变量服从正态分布,且其对模糊安全域的隶属函数为正态型时,单个模式的广义失效概率具有精确解．首先利用这种特殊情况检验了所提数值模拟的精度,结果表明对于数值模拟法,随抽样次数的增加,估计值逐渐收敛于真实值．然后利用扩展原理和概率定理,提出两个及两个以上失效模式数广义失效概率的数值模拟计算方法以及相应的数值积分方法．对于工程结构问题,一般在删除次要失效模式之后,主要失效模式的数目不会太多,因此用该数值模拟与数值积分法可以得到精度较高的解．工程算例结果证明了此结论．另外还对所提的两种方法的适用范围做了讨论．     

昆虫振翅飞行的数值模拟

在非惯性参考系下对昆虫振翅扰动的二维非定常流场进行了数值模拟,避免了计算中的移动边界困难,从而缩短了计算时间,模型具有3个自由度,可以模拟任意已知的翅的平面运动．通过模拟相对复杂的自然界昆虫的振翅运动,研究昆虫是如何控制飞行．计算结果表明,有2个参数可能被昆虫用来控制飞行:翅平动和转动间的相位差以及垂直于平均振翅平面方向的横向振幅．     

电容感应式冰厚监测系统在南极海冰监测中的应用

为了实现对南极的实时自动化监测,设计并研制了电容式冰厚监测系统,系统于2012年3月至8月对南极中山站附近的近岸海冰进行了连续6个月的厚度自动化监测,通过对监测数据的对比分析,得到了监测系统的准确度与相对偏差.结果证明系统用于高精度定点监测海冰厚度是可行的,并对系统监测南极海冰的不足与今后改进研究的内容进行了讨论.     

对称复合材料层合板弯曲的三维数值分析

本文采用三维各向异性有限单元模拟纯弯曲载荷下的复合材料层合板，给出了应力、应变沿厚度方向的变化规律。分析结果表明，在斜交对称铺层层合板的中心区域（远离加载端和自由边的区域），板的层间粘接界面附近，有根强的应力集中现象，可称之为层间效应。层间界面处力学性质的突变导致了层间应力的产生，并使层合板处于三向应力状态。三维数值模型给出的应变分布不同于基于Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ－Ｌｏｖｅ直法线假设的经典层合板理论给出的应变分布。     

矩形铁磁板的磁弹性弯曲与稳定性

本文对于在外加磁场中的矩形软铁磁弹性板的磁弹性弯曲现象进行了定量模拟;建立了能反映磁弹性相互耦合作用的数值计算程序;揭示了铁磁板弯曲变形与磁(场)力的非线性特征关系,并据此讨论了磁弹性失稳临界磁场随倾斜角变化的规律.     

种间作用的二维非线性动力系统模型及其数值模拟试验研究

系统探讨了种间制约作用的二维非线性动力系统的机理与过程,从生物力学角度扩展了Lotka-Volterra模型,建立了包含种间作用与反作用的二维非线性自治、非自治动力系统新模型,分析了该动力系统平衡点的稳定性、周期解的存在性与稳定性,并对其动力学过程进行了数值模拟试验研究.结果表明两生物种群间作用效率的大小、作用系数与反作用系数变化的同向与异向性和作用力时变等对动力系统稳定性都有一定影响,种间作用效率变大或变小,以及作用系数与反作用系数的异向变化都导致动力系统的不稳定,致使两种生物难以生存,而相互作用力时变则对系统的稳定起促进作用.     

覆冰输电线路脱冰跳跃高度理论算法

建立连续档线路脱冰理论分析简化模型,基于导线脱冰跳跃过程中的能量关系、应力弧垂关系、变形关系和平衡关系,给出求解导线最大脱冰跳跃高度的理论计算方法.利用算例与数值模拟方法和Morgan理论算法进行比较,验证了方法的正确性.进而针对典型输电线路的脱冰跳跃问题,利用获得的理论算法、数值模拟方法与现行输电线路设计规程中的脱冰跳跃高度计算公式的计算结果进行比较分析,讨论了该理论算法的实用性.采用所获得的冰跳高度理论算法,可在冰区输电线路的设计中快速确定导线冰跳时的绝缘间隙.     

基于3G网络的河道冰凌图像遥测系统设计与冰凌密度分析

设计了一种适用于野外无供电条件下的河道冰凌图像远程遥测系统,介绍了系统的整体结构、运行模式和关键电路的构成以及图像处理模块的选型.设计系统可以通过3G无线网络将上位微机图像监测控制命令传送到河道现场,可以实时控制现场控制摄像头的旋转角度、方向及焦距,实现对被监测河道区域冰凌图像的多视角实时在线监测;系统上位微机管理软件对接收到的冰凌图像信号经过动态阈值分割算法处理,可获得观测区域河道水面冰凌密度数值.