林火飞过程的模拟计算

从理论上分析了森林火灾中飞火的形成过程,依据能量守恒建立了飞火形成及传播过程的理论模型,通过对飞火距离的计算分析,研究了各种因素的飞火过程的影响。     

带环形密闭气囊弹体入水冲击过程的数值分析

针对带环形密闭气囊弹体入水冲击问题,基于LS-DYNA,运用控制体积法模拟环形密闭气囊,结合流固耦合算法,模拟了某弹体及附带环形密闭气囊入水过程。将入水过程分为弹体砰水、气囊着水、入水减速、水中悬停、缓慢上浮、上浮出水、水面漂浮7个主要阶段,对比分析了垂直与倾斜入水过程中不同阶段弹体和气囊的姿态变化、减速特性及入水深度等特征的异同。从气囊内压变化、流体对气囊的作用合力、气囊内压与入水速度的关系等方面研究了流体与气囊的相互作用,发现入水过程中气囊内压的变化主要受入水深度、运动速度、连接绳拉力等因素影响。通过计算不同初始内压条件下弹体的入水深度、减速时间及连接绳的拉力峰值,发现囊压越高,入水深度越小,减速时间越短,但是相应连接绳对弹体外壳的拉力峰值越大。因此,在进行入水回收气囊参数设计时,需要综合考虑缓冲效果、减速效果及气囊安全性等因素。

     

复杂结构高层建筑火灾坍塌过程研究

为了探究具有多核心筒和中空结构的复杂高层建筑受火灾后的坍塌特征,采用颗粒流方法对建筑进行建模并实施火灾模拟。建筑为中空-四核心筒-框架结构,根据其特点设置了单侧火场和双侧火场两种方案,模拟温度为1000℃,1200℃,1400℃和1600℃。模拟上述情况下该建筑的坍塌过程,分析其坍塌特点和时间。总结坍塌现象发现,该类建筑在一侧受火灾作用坍塌情况下,较结构简单的高层建筑更易出现坐塌破坏,有利于坍塌范围控制;主要坐塌位置为两处,31m高变阶位置和火区上部;前期坍塌是由于火灾,后期是由于底部结构破坏而失稳坐塌;双侧火区与单侧相比,坍塌明显较快,因火灾坍塌的阶段时间较短,后期失稳坐塌时间较长。     

航空油料在舱室内燃爆危害的数值分析

不同舱室结构内航空油料的燃爆参数存在差异,为了解和掌握不同结构舱室内航空油料的燃爆危害性,运用计算流体动力学（computational fluid dynamics,CFD）方法对不同结构航空油料舱室内的航空油料蒸汽燃爆问题进行了数值模拟。结果表明：密闭航空油料舱中的航空油料蒸汽预混燃爆时,油舱各处压力分布较均匀,无隔板密闭舱室和含不完全分割隔板密闭舱室内航空油料的最大燃爆压力分别为0.76、0.74 MPa,即舱室内的不完全分割隔板对航空油料燃爆时所产生的最大压力无显著影响;隔板等特殊结构的存在使舱室内部产生了气流漩涡,增大了燃料消耗的速率,导致火焰面传播速度及压力上升速率增大,舱室内各处燃料的质量分数由火焰面决定。

     

船舶横向重力下水过程动力学分析

本文对现代船舶制造中的新工艺——船舶横向重力下水的动力学过程,作了详尽的理论分析与计算.编制了计算机软件,可供实际应用.     

舱室内爆下舰船结构损伤的一种计算方法

为了评估舱室内爆多载荷耦合作用下舰船结构的损伤范围,设计了大尺度舱段模型,并开展了舱室内爆毁伤试验,试验后测量了舱室结构的破坏范围及破坏模式,分析了舱室内爆多载荷耦合作用下舰船结构的损伤机理,据此建立了舱室内爆下舰船结构损伤的计算方法。结果表明：(1)舱室内爆下形成的强冲击波载荷和准静态压力载荷可对舰船结构造成大范围的损伤,形成多种破坏模式;(2)舱室内爆下准静态压力载荷是舱室结构损伤破坏的主要毁伤元;(3)建立的舱室内爆载荷下结构损伤变形计算方法可同时考虑强冲击载荷和准静态压力载荷对结构的损伤破坏,理论计算结果与试验结果吻合较好。     

舱内爆炸载荷及舱室板架结构的失效模式分析

通过对典型半穿甲导弹打靶实验中舰艇结构破坏模式的观察,结合数值模拟,分析了舱内爆炸载荷的特征以及舱内爆炸下舱室板架结构的失效模式。结果表明,舱内爆炸下,舱室板架结构承受的冲击载荷及失效模式与敞开环境爆炸下加筋板结构承受的冲击载荷及失效模式有较大区别,其动态响应难以用敞开环境爆炸下加筋板结构的动态响应描述;舱内爆炸载荷主要有壁面反射冲击波、角隅汇聚冲击波以及准静态气体压力,其中两壁面和三壁面角隅汇聚冲击波的强度分别为相同部位壁面反射冲击波强度的5倍和12倍以上;舱室板架结构主要有4种失效模式,其中模式Ⅲ、Ⅳ较常发生;舱室板架结构加强筋布置在迎爆面将使板架中部的局部破坏程度增加,但有利于削弱角隅汇聚冲击波强度,减小板架沿角隅部位的撕裂破坏。     

密闭空间内爆炸温度场数值计算及其特性研究

采用三阶WENO有限差分格式,耦合求解爆轰产物质量分数输运方程与可压缩欧拉方程,并通过建立内能与热容之间的关系求得瞬态温度,自主开发密闭空间内炸药爆炸温度场三维数值计算程序。基于所开发的程序开展密闭空间内炸药爆炸温度场数值计算,初步探讨内爆炸温度场演化过程及其分布规律。研究表明:密闭空间内爆炸温度载荷在爆炸初期呈现出多峰值特征,在爆炸后期,逐渐趋近于准静态平稳值,且内爆炸温度场分布具有空间上的不均匀性;数值计算准静态温度与理论计算吻合较好,相对误差控制在1%以内,初步验证了所开发程序的可靠性和正确性。本文的研究可为进一步探讨考虑后燃烧效应爆炸温度场数值计算及毁伤评估提供一定的参考和指导。     

表面裂纹准静态扩展的有限元模拟计算

由于现有断裂准则未能考虑表面裂纹前沿各点实际断裂阻力的变化，所作的表面裂纹准静态扩展模拟计算不能很好地预测几何形貌的真实变化规律。本文提出了一个考虑应力状态不同对实际断裂阻力影响的变阻力断裂准则；并以该准则作为表面裂纹前沿局部断裂扩展的判据，通过三维有限元法进行了表面裂纹准静态扩展的模拟计算；还将模拟预测值与用多试件法测得的实验值进行比较，验证了变阻力断裂准则作为裂纹稳态扩展判据的有效性     

破片撞击充液密闭油箱的实验研究及数值仿真

针对两种不同充液密闭柴油箱,一种油箱为普通柴油箱,另一种为在油箱内层附带橡胶层的柴油箱,在一定速度范围内开展了钨合金燃烧破片撞击、引燃油箱的实验研究。试验采用高速录像拍摄破片撞击油箱的过程。研究发现,带有橡胶的油箱具有自闭合功能,在735m／s～1320m／s的速度范围内不能被引燃,而不带有橡胶的油箱可被引燃。为了揭示这种带有橡胶材料油箱的自闭合现象,利用LS—DYNA软件,选定橡胶材料为超弹性材料,对破片撞击带有橡胶结构的油箱进行了数值仿真。仿真结果表明带橡胶油箱具有自闭合力学机理。     

Blended-fuel based EDC combustion model and its application in heptane-ethanol fire simulation

The blended-fuel based eddy-dissipation-concept combustion model was newly developed in the FireFOAM framework, and applied to simulate 30 cm×30 cm heptane-ethanol pool fire. Comparison was made of fire height, centerline temperature against experimental measurements, which shows that they match very well with each other. However, further studies are needed to examine the validation of this model in fire simulations with various scales.     

船舶碰撞动力学过程的数值仿真研究

在分析显式非线性有限元基本理论和关键技术的基础上 ,探讨了船舶动力学过程的数值仿真方法 ,并对碰撞过程中船体的力学性能进行了分析 ,获得并讨论了碰撞力、能量吸收和损伤变形的时序结果 ,所得结论具有一般性。碰撞仿真分析中 ,被撞船的舷侧受撞区域和撞击船的首部区域作为可变形结构处理 ,而其余区域则视为刚体。被撞船周围的水划分成Euler有限体积网格 ,船体结构则划分成Lagrange有限元网格 ,并采用耦合技术将它们联系在一起。撞击船周围的水的影响采用附连水质量进行处理。     

混凝土中化学-热-湿-力耦合过程的数值方法

提出了一个火灾下混凝土中化学-热-湿-力耦合过程分析的两级数学模型. 混凝 土模型化为充满两种非混溶孔隙流体的非饱和变形多孔多相介质. 数学模型基于控制干空 气、湿份及基质溶解物的质量守恒、混凝土介质混合体的动量守恒和焓(能量)守恒的耦合 偏微分方程组. 模型中特别考虑到了高温下的脱盐过程. 构造了一个用于数值模拟 化学-热-湿-力耦合行为的有限元求解过程的混合弱形式. 并且针对其中具有非自伴随算子特性的 双曲线控制方程的空间离散进行了特殊考虑. 数值结果例题显示所发展的数学模型和数值方 法在重现火灾条件下的混凝土中化学-热-湿-力耦合行为的有效性.     

A NON－INCREMENTAL TIME－SPACE ALGORITHM FOR NUMERICAL SIMULATION OF FORMING PROCESS

ＡＮＯＮ－ＩＮＣＲＥＭＥＮＴＡＬＴＩＭＥ－ＳＰＡＣＥＡＬＧＯＲＩＴＨＭＦＯＲＮＵＭＥＲＩＣＡＬＳＩＭＵＬＡＴＩＯＮＯＦＦＯＲＭＩＮＧＰＲＯＣＥＳＳＬｉｕＢａｏｓｈｅｎｇ（柳葆生）ＣｈｅｎＤａｐｅｎｇ（陈大鹏）ＬｉｕＹｕ（刘渝）（ＲｅｃｅｉｖｅｄＡｐｒ...     

泥水平衡盾构机掘进并行数值模拟方法研究

以某大型越江隧道工程为背景,建立该工程场地土层的大规模三维非线性数值模型。同时基于共享内存式并行计算平台(SMP),利用刚度迁移法,完成了泥水平衡盾构机逐步掘进百米长距离,并穿越大堤这一复杂力学过程的大规模数值模拟。为模拟泥水平衡盾构机掘进各施工阶段,不同施工因素之间的复杂力学作用关系,提出了对各施工因素模拟的简化方法。具体包括:开挖面泥水压力对前方土体的作用、盾构机机头的超挖、盾构机机身对土体的作用、盾尾注浆材料的时空变化特性、盾构机后方百米长拖车对已铺成隧道的作用等施工因素。通过对计算结果与工程试验段实测数据对比验证的基础上,预测了地表沉降在盾构机掘进过程中的变化规律。通过对SMP并行计算平台下盾构法施工数值模型之并行计算效率的对比研究,给出了各并行算法的加速比、计算效率以及接触模型对并行计算效率的影响关系。     

岩石弹塑性破裂过程的数值模拟研究

分析了对于非均质、非连续且材料参数分布具有分散性和随机性的岩体介质,采用传统有限元法解决其工程问题的局限性．阐述了用岩石力学性质的分布特性来描述岩石材料不均匀性,并用蒙特卡洛模拟方法,将符合Weibull分布规律的材料参数赋予岩体结构中的各个单元体,进而用计算机进行数值模拟的研究方法．应用了在Windows95环境下利用FORTRAN Power Station4．0平台开发的具有可视性的“岩石弹塑性破裂过程分析”软件——REPFPA软件,对典型的岩石试样和巷道模型的弹塑性破裂过程进行数值模拟研究,得到了有价值的实验结果．证明把材料参数随机赋值方法引入到岩土类材料的弹塑性破裂过程分析中去,并用计算机进行数值模拟是研究岩石弹塑性破裂过程的一种有效方法。     

成形过程数值模拟的张量时空求解策略

成形过程的数值模拟和分析涉及几何、材料、接触摩擦等高度非线性的耦合作用，采用传统的增量算法会导致巨大计算量。本文建议采用张量时间函数的非增量时空算法，在整个时间和空间域上迭代求解。由于采用新的分离变量构思，以张量表达时间函数，可提高问题求解的速度和精度。但对问题的列式和数值求解方法提出了更高的要求。文中讨论其方法与数值实施。     

一维溃坝洪水波的高精度数值模拟

将ENO(Essentially Non-Oscillatory)格式和Runge-Kutta时间离散的思想应用于一维Saint-Venant方程组的求解,数值模拟溃坝洪水,得出了水位和流速的沿程分布。经与理论解比较可见,数值解在间断波附近没有出现数值振荡,水位和流速大小均符合较好,表明ENO格式是一类新的高精度无振荡差分格式,采用ENO格式所建立的高分辨率模型能够很好地模拟溃坝波的演进过程。     

混凝土破裂过程的三维数值模型

利用混合同余法产生了随机变量,将混凝土中的骨料简化为球体,采用循环比较法将随机变量赋给球心坐标(X,Y,Z),实现了混凝土骨料的空间随机分布,最终建立了三维混凝土数值模型。对模型整体进行单元剖分,将骨料、砂浆、界面层分别投影到该有限元网格中,采用多次网格划分技术完成模型网格划分。通过对算例进行有限元计算,结果表明该模型基本上反映了混凝土骨料分布的实际情况,较好地模拟了混凝土的不均匀性与各向异性,验证了建立该模型的方法是可行的。     

Study of numerical errors in direct numerical simulation and large eddy simulation

By comparing the energy spectrum and total kinetic energy, the effects of numerical errors (which arise from aliasing and discretization errors), subgrid-scale (SGS) models, and their interactions on direct numerical simulation (DNS) and large eddy simulation (LES) are investigated. The decaying isotropic turbulence is chosen as the test case. To simulate complex geometries, both the spectral method and Pade compact difference schemes are studied. The truncated Navier-Stokes (TNS) equation model with Pade discrete filter is adopted as the SGS model. It is found that the discretization error plays a key role in DNS. Low order difference schemes may be unsuitable. However, for LES, it is found that the SGS model can represent the effect of small scales to large scales and dump the numerical errors. Therefore, reasonable results can also be obtained with a low order discretization scheme.