基于Hilbert-Huang变换理论的结构振动主动变刚度频率控制

在主动变刚度(AVS)控制策略的基础上,提出一种新的结构振动控制主动变刚度频率控制算法。首先利用Hilbert-Huang变换理论将地震信号分解为有限数量的固有模态函数(IMF),再对这些IMF求解瞬时频率,进而获得信号的时频谱。由地震信号的瞬时频率与结构固有频率构造AVS控制切换准则,当两者频率接近时,AVS装置改变结构的刚度以抑制地震激励下的结构响应。选取两个建筑结构的Benchmark模型作为算例给出仿真分析,结果表明该方法能有效地控制受控结构的地震响应。     

一种确定均匀动脉壁面切应力的非线性方法

从Ling和Atabek提出的``局部流'理论出发,提出一种利用测量血液黏度、管轴上的血流速度、压力和管径波形计算均匀动脉管壁切应力的非线性方法. 将这种方法与柳兆荣等提出的利用测量血液黏度、管轴上的血流速度和平均管径计算切应力的线性方法比较,结果表明,当管壁脉动幅度较小时,两种方法计算的压力梯度、流速剖面和管壁切应力差别较小;而当管壁脉动幅度增大时,两种方法计算的压力梯度、流速剖面和管壁切应力差别增大.对于小幅脉动均匀动脉,用线性方法计算管壁切应力有较高的精度;而对于大变形均匀动脉,则需要考虑非线性因素对管壁切应力的影响. 由于作为输入量的血液黏度、轴心血流速度、压力波形和管径波形可在活体上通过无损伤或微损伤的检测方法得到,所提出的计算切应力的方法为在体或离体研究切应力与动脉重建的关系提供了方法学基础.     

基于Hilbert-Huang变换的极端气温时间序列的尺度分析

极端气温时间序列作为非常复杂的非线性非平稳信号由多个不同频率的信号组成,本身频谱中包含多个不同尺度特征波.本文应用Hilbert-Huang变换方法分析了2005年-2014年上海市奉贤区10年间最高气温时间序列和最低气温时间序列.通过该分析展示了Hilbert-Huang变换对非线性非稳定信号具有良好的自适应性;通过分析极端气温的时间序列原始数据来判断极端事件频率和强度变化特征;结果表明,最高气温和最低气温都有不同程度的升高.通过周期性分析,模态数和平均周期之间存在着一定的关系,各模态的平均周期变化呈现渐近的质数增长;结果还显示,最高最低气温时间序列所表现出来的平均周期性和模态能量分布大体相同.通过多尺度观察极端气温的时间序列探寻了其内在的发展规律及时空变化关系,得到了原始信号中时-频-能之间的联系.     

人工粗糙壁面的水跃特性研究

根据已有文献对密排加糙壁面水跃共轭水深、水跃旋滚长度、水跃长度的试验结果,分析了密排加糙壁面水跃的共轭水深、水跃旋滚长度、水跃长度、壁面平均切应力随弗劳德数、跃前和跃后断面水深、壁面粗糙度的变化规律;给出了人工粗糙壁面水跃共轭水深、水跃旋滚长度、水跃长度、壁面阻力系数、壁面平均切应力的计算公式;通过已有文献的试验结果对公式进行了验证,得到了水跃共轭水深的平均误差为4.06%,水跃旋滚长度和水跃长度的平均误差分别为4.25%和7.16%。研究表明：人工粗糙壁面水跃的共轭水深和水跃长度随着跃前断面弗劳德数的增大而增大,随着壁面粗糙度的增大而减小;壁面平均切应力随着壁面粗糙度和跃前断面弗劳德数的增大而增大,随着共轭水深比的增大而减小。     

用电化学方法测试动脉模型壁面剪应力

应用电化学方法,对动脉模型T形分叉部位流场壁面剪应力进行测试研究.测试了对于现有理论分析和数值计算都比较困难的高雷诺数(RE＝1000-2000)流动流场的壁面剪应力,并且对若干不同雷诺数及不同支管分流情况进行了系列测试.通过实验发现,此部位同时存在高剪应力区和低剪应力区,确定了它们的位置和剪应力的大小.系列测试还显示:随着雷诺数的变化,无量纲剪应力有一定的变化;而当支管分流变化时,无量纲剪应力的变化很明显.     

壁面湍流流动中高分子减阻等效粘度模型的验证

近来在壁面湍流高分子减阻研究中,一种拉伸的高分子产生自相一致的等效粘度的理论提了出来,这个等效粘度随离开壁面的距离而增长。本文将此线性分布等效粘度置入Navier-Stokes方程,运用雷诺应力模型计算在壁面湍流中的减阻情况,检验这种等效粘度的可行性。可以发现,此模型可以得到湍流减阻的效果,所得到的减阻率随着等效粘度线...     

局部狭窄血管中血液振荡流的速度和切应力

本文建立一种分析局部缓慢狭窄血管中血液振荡流的数学模型,给出了血液的轴向流速、径向流速和切应力的包含压力梯度项的解析表达式,并讨论了血管内由局部狭窄引起的压力梯度沿轴向变化的规律.文章以局部余弦狭窄为例进行数值计算,详细讨论上游均匀管段压力梯度的定常部分和不同次谐波对狭窄管段内流速和切应力的影响.数值结果表明,与均匀管情况相比,在狭窄段内,血液振荡流轴向流速无论平均值还是脉动幅值均明显增大,且径向流速不再为零.但径向流速仍远小于轴向流速.同时,切应力也不再仅由轴向流速梯度提供,径向流速梯度也将产生切应力,但是在计算管壁切向上的切应力时,径向流速梯度的贡献仍相当小.与均匀管管壁切应力沿流动方向保持恒定不同.狭窄管管壁切应力(平均值和脉动值)将随着狭窄高度的增大而增大,在狭窄最大高度处达到最大,因而沿流动方向产生了较大的切应力梯度.     

动脉分岔血管内膜增生过程的数值模拟

内膜增生从发生到阻塞血管是一个复杂的变化过程,在这个过程中,内膜的增生、血管腔体形状的改变和血流动力学之间是相互影响的.为了研究这些变化,本文提出一种单元填充方法数值模拟了三维颈动脉分岔血管在低切应力作用下血管内膜增生的过程.该方法既可以克服节点移动方法所不可避免的内膜增生的不连续性,也可以避免网格重划分的困难.结果发现,如果单纯以切应力阈值作为内膜增生的判据,低切应力的作用将无法导致血管完全阻塞,但内膜增生和血流动力学之间的相互影响是可以通过数值方法进行模拟的.在本数值模拟中,内膜增生的过程分为\"增厚\"(先)和\"扩展\"(后)两个阶段,最大狭窄率为34.4%,发生在距血管分岔5mm处动脉窦的外侧壁面.其发生位置和形状与临床观察吻合.     

基于模态振型和平稳小波变换的悬臂梁微小缺陷识别研究

结构损伤识别方法有很多种,通常结构振动模态振型对缺陷的损伤识别较为敏感,振型体现结构的固有属性及结构局部的特征,可以用于检测缺陷的存在及其位置.但是缺陷比较微小时,仅仅通过振型难以进行损伤识别.因此本文通过对振型进行平稳小波变换处理来检测悬臂梁的微小缺陷.通过有限元模态分析获得含不同缺陷深度、不同缺陷宽度、不同缺陷位置的悬臂梁模型的振型并利用平稳小波变换进行分析处理.结果表明:该方法可以准确判断缺陷的存在及其位置,并且平稳小波细节系数突变峰值随着缺陷深度增大而增大,随着缺陷宽度增大而增大;另外,该方法受振型节点影响,在工程实际应用时应综合前几阶次振型进行缺陷识别.     

Laplace变换法及其在粘弹性波中传播的应用

针对波传播分析理论的发展历程进行了简要的综述,详细介绍了几种处理粘弹性波传播问题的分析方法,重点讲解Laplace变换法以及Laplace变换在粘弹性波中的应用,对比分析几种方法在各自应用上的优劣,由于Laplace变换法能准确地描述应力波在任意时刻、任意点的波动情况,在处理大尺寸混凝土类构件中应力波传播问题时具有其独特的优势。     

定常流下动脉狭窄局部流场的有限元分析

本文利用有限元数值模拟对定常流下动脉狭窄的局部流场进行了系统研究。在数值模拟中求解非线性轴对称Navier-Stokes方程,并对不同狭窄率、不同雷诺数、不同狭窄形状下的流场速度分布、压力降分布和壁面剪应力分布进行了全面细致的分析和讨论。     

Performance modeling and analysis of blood flow in elastic arteries

Nomenclature　　τ　　wallshearstressγshearrateτy yieldstressηc Cassonviscosityktheconsistencyindexnnon_Newtonianindexτp shearstressofthepthelementωangularvelocityRvessel’sradiusCwavespeedM　　magneticparameter (Hartmannnumber)u,w　velocitycomponentinther_andz_directions,respectivelyP　　pressureα　　unsteadinessparameter k , R meanparametersTp relaxationtimeofthepthelementρ densityIntroductionTheimportancetoatherogenesisofarterialflowphenomenasuchasflowseparation ,recirculationands…     

Numerical simulation of the haemodynamics in end‐to‐side anastomoses

In this paper, the commercial CFD package Ansys workbench 11 was used to analyse the three‐dimensional haemodynamics of a typical stenotic Coronary Artery Bypass Grafting (CABG). Two end‐to‐side CABG configurations with anastomosis angle of 20^° and 40^° and graft–artery diameter ratios of 1/0.6, 1/1 and 1/1.6 were examined. The flow measurements from in vitro Doppler guide wire technique acquired in left interior mammary artery (LIMA) and grafted to the left anterior descending artery (LAD) were used to impose the physiologically flow conditions at proximal and distal CABG inlet and outlet, respectively. The blood flow was considered to be incompressible, pulsatile, Newtonian, and laminar rheology. The main objective was to determine the effect of anastomosis angle and graft–artery diameter ratio on the flow patterns and the long‐term functionality of the graft. In analysing the results, the distributions of temporal and spatial wall shear stress (WSS) gradient and oscillating shear index (OSI) in the critical regions of CABG such as heel, toe and the centre of the junction were presented and the vortex motions and the occurrence of recirculation zones were examined. The findings showed asymmetrically disturbed flows in the localized regions of the proximal and distal host artery for all models considered and the movement of the recirculation zones from heel to toe was found to depend on the time at the cardiac cycle. These regions are known as susceptible sites to thrombosis and re‐stenosis due to their association with low values of WSS. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

动脉局部狭窄时脉动流的有限元分析

本文利用有限元方法研究动脉局部狭窄下的脉动流流场,重点考查在50％与80％面积狭窄下的速度分布、压力分布、壁面剪应力分布及流动分离情况。几何形状及边界条件均模拟相应的脉动流实验模型。采用测得的随时间变化的速度分布作为入口端条件,并利用罚函数和逆风格式等计算技巧得出了光滑的与实验基本相符的速度、压力波形。本文讨论了不同狭窄下速度、压力、壁面剪应力的分布形态,给出了脉动流中狭窄处局部流动分离的间歇性变化规律,并结合实验与临床应用进行了讨论。     

Numerical studies of blood flow in healthy,stenosed, and stented carotid arteries

Numerical analysis of pulsatile blood flow in healthy, stenosed, and stented carotid arteries is performed with the aim of identifying hemodynamic factors in the initiation, growth, and the potential of leading to severe occlusions of a diseased artery. The Immersed Finite Element Method is adopted for this study to conveniently incorporate various geometrical shapes of arteries without remeshing. Our computational results provide detailed quantitative analysis on the blood flow pattern, wall shear stress, particle residence time, and oscillatory shear index. The analysis of these parameters leads to a better understanding of blood clot formation and its localization in a stenosed and a stented carotid artery. A healthy artery is also studied to establish a baseline comparison. This analysis will assist in developing treatments for diseased arteries and novel stent designs to reduce restenosis. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

动脉瘤内流场以及瘤体尺寸的影响的数值研究

采用计算流体动力学(CFD)数值模拟的方法,在周期性脉动速度入流条件下,建立刚性动脉瘤模型并研究了动脉瘤模型中流场的特征(速度、压力、壁面剪切应力)。得到了脉动入流一个周期内流场特征的变化规律,发现动脉瘤的后端有相当高的压力和壁面剪切应力,而且高压力和壁面剪切应力分布的位置几乎是固定的。探讨了不同动脉瘤尺寸对内部流场的影响,动脉瘤的直径与瘤体长度之比越大,瘤壁承受的剪切应力就越大,动脉瘤破裂的危险性就越高。     

Near wall characterization of the flow over a two-dimensional steep smooth hill

Near-wall data for the strongly perturbed flow in a neutrally stable boundary layer encountering a steep, smooth, two-dimensional hill are presented. Observations were made on the centerplane of a water channel at thirteen stations relative to the hill by laser Doppler anemometry. The large reverse flow region that is formed on the lee of the hill was particularly scrutinized through seven measuring stations. Results are presented for the mean and turbulent properties of the flow. Wall shear stress was evaluated through fitting procedures that resorted to the near wall behavior of the velocity profile. Logarithmic fits as well as predictions through the Reynolds stress profiles are also presented.     

滑滚表面间的流体膜壁面滑移和流体动力学

经典雷诺润滑理论建立在无壁面滑移的假设基础之上。近年来许多试验报告了发生在流体膜流动的壁面滑移证据。本文研究了两固体表面间的流体膜流动特性和流体动力学,发现壁面滑移显著影响膜的流体动力学问题,流体动压力不仅受黏度和几何间隙的影响,而且还由壁面滑移和表面运动强力控制,通过控制表面的吸附性质,甚至可以得到零摩擦表面。另一方面,如果两个表面具有相同的滑移特性,存在一个临界滑动速度使得流体动压效应完全消失;但是在纯滚动条件下,即使界面极限剪应力很小,仍然有相当可观的流体动压效应。