改进的泰勒公式及其数值验证

将光滑粒子法（smoothed particle hydrodynamics method, SPH）应用于金属平板爆轰驱动过程的数值模拟,得到了炸药与金属相互作用的清晰的图像和平板抛射角的变化。根据抛射角方程对泰勒公式进行了修正,得到了改进的泰勒公式。利用数值模拟得到的结果比较了平板驱动几种不同的抛射角公式,改进的泰勒公式准确反映出了抛射角下降并趋于终态的规律,其对平板抛射角的描述更为准确。     

数学模拟和计算实验

物理学中的理论研究总是建立在数学的基础上,建立在所研究现象的主要数量特性的计算上。同时,采用的数学工具的复杂程度,通常由所研究物理对象的复杂程度以及获得研究结果时所要求的精确度来决定。而精确度又取决于研究的应用特性,取决于研究的实践目的。随着科学的发展,对理论物理研究的精确度的要求不断地增长,这是因为在设计和建造现      

螺旋桨特性数值预报及其验证

本文就中国船舶科学研究中心螺旋桨软件系统中关于其敞水特性、调距桨畸变、转叶力矩、非设计工况下性能预报以及螺旋桨在非均匀流场中非定常力预报与相应的模型试验作了校核对比,或与国际组织的比较计算作了对比。目的是验证这些软件对工程的适用性。     

梯形重力坝的应力函数解及其有限元验证

弹性力学教材中通过取三次多项式应力函数给出三角形横截面的重力坝应力场,但工程中重力坝的横截面几乎均为梯形,其坝顶并非三角形尖顶。将应力函数的半逆解法与锲形体的应力函数相结合,寻找出适用于梯形重力坝的应力函数,根据梯形重力坝力的边界条件,并利用圣维南原理,给出了梯形重力坝的应力场解析式。用有限元计算给出了梯形重力坝应力场的数值仿真结果。应力场解析式与有限元仿真结果非常吻合,说明了梯形重力坝应力场解析式的正确性。梯形重力坝应力场解析式对水利工程中重力坝的结构强度及设计具有重要的理论指导意义和应用价值。

     

腰区脑脊液压预估颅内压的数学模拟

颅内压（Intracranial Pressure，ICP）的实时监测临床上有着十分重要的意义。临床测量颅内压的方法是通过穿刺小脑延髓池或侧脑室用压力管测量，然而此方法存在一定的风险。由于正常成人的颅腔和脊髓腔是一个连通的容器，因此腰区脑脊液压（1umbarcerebrospinal fluid pressure，LCP）和颅内压存在一定联系，检测腰区脑脊液压来预估颅内压成为临床的需要。本研究在动物（犬）实验结果的基础上，建立了反映颅内压变化的集中参数模型，模型中整合了腰区脑脊液压与颅内压和脑血流的相互作用，数值模拟了颅内压。结果显示，数值模拟得到的ICP曲线与动物实验检测的ICP曲线经秩和检验无显著性差异，模型参数的变化和动物实验状况的变化相吻合，可以为临床颅内压监测及诊疗提供一定的参考。     

人体膝关节有限元模型建立及其有效性验证

建立了人体膝关节三维数字化模型,为膝关节损伤的数字化研究奠定基础;并基于有限元理论探讨、研究了膝关节损伤发生的力学机制。利用膝关节的核磁共振图像,采用专业的医学建模软件,基于3D插补法,重建膝关节三维数字化模型。建立的完整的人体膝关节三维有限元模型包括骨骼、韧带、软骨等14个主要力学承载部件,结构完整、形态逼真。本文所建的模型高度模拟了膝关节的结构与材料特性,具有空间结构测量准确性高、单元划分精细等特点。通过应力和应变测试验证了模型的有效性,模型可以重复使用,可以用此模型来研究膝关节损伤的力学机制。     

热轧产品微观组织和力学性能的数学模拟

热轧产品的微观组织和力学性能的计算机预报涉及到塑性变形力学、传热学、金属学、冶金学、实验技术等多个学科,是近年来迅速发展的具有广泛应用前景的应用技术. 本文综述了作为该技术基础的力学、传热学数值分析方法和微观组织、力学性能的预报模型.     

损伤力学中的能量等效假设及其实验验证

大多数损伤模型在构造受损材料本构方程时所采用的应变或应力等效假设在一般情况下并不能满足热力学理论的基本规则.本文提出的能量等效假设,在弹性、塑性和蠕变损伤等普遍情形均证明了其有效性.同时,能量等效假设配合以应变能密度准则,可以很好地描述穿孔铜薄板试件的破断行为.     

考虑接触应力非线性分布的接触力元模式及其验证分析

在作者提出的非连续变形计算力学模型中,采用接触力元模型描述多体接触界面上的接触特性.由于这种模型中假定接触应力沿接触界面为线性分布,从而得到的接触界面应力分布往往出现跳跃等非光滑性特征,该文对此进行了改进,采用具有高阶光滑性的非线性函数建立了能够考虑界面上接触应力非线性分布的接触力元模式,以期合理地揭示多体系统中界面的接触特性.对某一典型算例进行了数值计算,通过与大型通用非线性有限元结构分析软件ABASQUS的计算结果对比,验证了所建议计算模型的合理性与有效性.两种方法计算得到的界面接触对上的接触力基本相同;而由于采用的应力分布模式的假定不同,接触应力有所差别,由于在该文计算模型中接触对上的接触应力是按照未知量直接求得的,因此按照所建议的非线性接触力元模式所得到的接触应力更为合理.     

浅水渠道突扩湍浮力回流数学模拟

本文用有浮力源项修正的k-ε模型及有应力代数式的扩展的k-ε模型,针对浅水渠道水平热水出流问题的突扩湍浮力回流特点,写出其数学模拟表达式,并利用修正的k-ε模型进行了计算,得到了与实验数据大致相符合的结果,同时也表明有尚待改进之处。     

动力时程分析时间步预判方法及其有效性验证

在计算量大的工程数值计算中,为了使计算精度保持一致,尽可能的节省计算成本,提高计算效率,在动力时程分析过程中,针对由时域离散产生的误差,本文建立了相对误差与时间步长之间的关系式,通过自动调整时间步长,实现了时间步长的预判。本文方法不同于后验式时间自适应方法,是在先验式时间自适应研究领域方面的一次大胆尝试,丰富了时间自适应理论研究。同时,选取具有解析解的算例验证了该方法在提高计算效率方面的有效性,与传统时域离散方法Newmark-β法相比较,在保证两者计算精度一致的前提下,该方法十分显著地节省了计算时间,有效地提高了计算效率,这在工程数值计算中具有重要意义。     

内时弹塑性分析的一种新算法及其实验验证

本文提出了一种内时塑性理论的弹塑性本构矩阵,发展了内时切线刚度有限元算法。与文[1]相比,该法所需迭代次数显著减少,且无需采用加速因子。作为验证与应用的例子,分析了35CrNi3MoV钢自增强厚壁圆筒(内径22mm,外径55mm)在单调或脉动循环载荷下的弹塑性应变场和残余应力场。与实验的比较是在自增强压力分别为7245,7055,6789个大气压力下进行的。比较结果表明计算得到的残余应力值与文[2]中用Sachs镗孔法测得的残余应力值、计算得到的内压-外壁应变关系与实验结果等都吻合的较好。计算预言了脉动循环载荷下自增强残余应力的松弛现象。本文发展的非线性问题的算法具有数值稳定性好,收敛性好等优点,在实际中可能具有较大的应用价值。     

基于CFD仿真的跳台滑雪空中飞行姿态优化及其验证研究

跳台滑雪的空中飞行阶段姿态及稳定性决定了飞行的距离.本文作者以跳台滑雪的人/板系统为研究对象,探究其在空中飞行阶段所受到的空气阻力以及保持平衡所需要克服的力矩问题.结合空中飞行过程中人/板系统姿态的主要参数,即雪板间相对倾角、身体与雪板夹角以及V型夹角进行仿真分析,采用正交试验方法,获取不同因素角度下的总升阻比、滑雪板升阻比、身体力矩以及滑雪板力矩.仿真结果表明主要参数的耦合关系对人/板系统的总升阻比、滑雪板升阻比、身体力矩以及滑雪板力矩均会产生影响,并能间接的影响到运动员空中飞行过程中的气动特性以及姿态稳定性.通过分析得到人/板系统的最优组合为雪板间相对倾角为120°,身体与雪板夹角为26°,V型夹角为32°.最后利用视频解析法验证了本研究结果的可靠性.     

水平旋转空腔环流的壁面应力

通过对典型的水平旋转内消能泄洪洞空腔环流的试验观测，研究了其壁面应力的变化规律。空腔环流的壁面压强在水平洞的起始段壁面压强急剧减小然后回升，具有过渡段的性质，沿程波状减小，符合对数变化规律，但不同的流态，对数律的参数的变化是不同的：内界面相对压强Po/Pwz。在淹沿流流态时，随(H-h)/h的变化率显著不同，在吸允流流态时却基本相同；壁面切应力沿z的变化规律为先急剧减小，随后缓慢减小至零，主要与环流特性有密切的关系。     

实现环流速度场的推流器布置

湖泊蓝藻控制的岸上实验,需要形成类似湖泊的风生流流场。本文通过方案比较,提出了经济可行的物理模拟方法,并利用Fluent对推流器形成的流场进行了三维数值模拟。数值结果表明：标准k-ε双方程湍流模型的计算结果与实验测试结果相符;通过比较多种布置方式下推流器形成速度场的数值结果,选用较为合理的三维推流器方案;通过加设导流板和调节推流器倾角,对该方案进行优化,得到了较为理想的上下环流速度场。     

爆轰波强间断问题的伪弧长算法及其人为解验证

针对该问题开展了伪弧长数值算法研究,通过引入弧长参数,使网格按照一定的形式自适应移动,达到在强间断区域自动加密的效果,从而提高网格分辨率。基于伪弧长算法编写了二维程序,并对程序进行人为解方法验证。将伪弧长算法和直接有限体积法的数值结果进行对比,通过误差分析,显示出伪弧长算法能有效提高计算精度。最后将伪弧长算法应用于气相爆轰波在二维管道中的传播问题,研究了波阵面的捕捉效果和爆轰波胞格结构的形成过程。     

基于DDA的弹性力学全高阶多项式位移逼近方法及其实例验证

基于维尔斯特拉斯多项式函数的逼近定理,通过DDA高阶全多项式位移函数条件下的弹性力学推导,提出了一个逼近弹性力学连续位移函数真解的全多项式位移函数逼近方法。该方法采用完整的高阶多项式位移函数,以不同阶次条件下的多项式系数为未知数,以单纯形积分为解析积分方法,通过建立和求解平衡方程,逐步逼近弹性体真解。在对单纯形积分计算过程研究的基础上,给出了三维空间单纯形计算图解法,该图解法诠释了三维空间单纯形积分公式中各变量间的逻辑关系及计算过程的图形表达。基于上述方法,编写了相应计算程序,并以一个三维简支梁受均布荷载及一个四周固定的弹性薄板受集中力作用两算例为实例,验证了所提方法的可行性。实例计算结果表明,随着逼近函数阶次的提高,数值方法获得的多项式函数计算值均单调地逐步逼近解析解。在文中所用的6阶多项式函数逼近中,简支梁实例位移计算误差小于0.2%,弹性薄板实例位移误差小于0.91%,并且,两算例与解析解位移差值都在微m级。     

屈服准则验证实验

<正> 在材料力学实验中,根据金属材料屈服极限和条件屈服极限的物理意义,能够很直观也比较容易地测定出金属材料的屈服极限σ_s、条件屈服应力σ_(0.2)和剪切屈服极限τ_s,根据多数零部件工作时不允许有过量塑性变形的要求,把工作应力控制在上述参数以下是很容易被人接受的.但是在复合受力状况下究竟用什么参数做为限度,尽管材料力学中第三和第四强度理     

我国管板“设计规定"与TEMA标准的对比及其试验验证

本文概述了我国压力容器设计规定管板公式的理论依据,并和美国列管式换热器制造者协会(TEMA)标准进行了比较,其结论是我国“设计规定”管板计算公式比TEMA公式更合理。