淤泥质海床上波浪衰减研究

本文是国内外关于波浪在淤泥海床上的衰减研究的综述.介绍了各种模型,包括:粘性流体模型、粘弹性流体模型、多孔弹性体模型、非线性的宾汉流体模型及边带阻尼理论.与实验及野外观察结果进行了比较.评论了各种模型的现状、优缺点及发展趋势.     

基于细观力学的混凝土数值模型研究

详细分析了界面单元模型、接触面单元模型、CT图像三维重建模型三种细观混凝土数值模型的优缺点,并将数值计算结果与物理试验结果进行了对比.结果表明:混凝土接触面模型克服了界面单元模型中的界面层太厚、计算单元多、计算速度慢的弊端,且解决了原模型裂纹空洞区大的问题;而CT图像三维重建模型与实际物理模型能够一一对应,可以弥补传统随机混凝土骨料模型的不足.不仅可以使混凝土数值模型更接近于实际物理模型,而且可以较好地反映出了混凝土材料内部的力学特性.CT三维重建模型可为最终能够深入研究混凝土材料的细观破损机理开辟新的途径.     

基于人工神经网络的湍流大涡模拟方法

大涡模拟方法(LES)是研究复杂湍流问题的重要工具,在航空航天、湍流燃烧、气动声学、大气边界层等众多工程领域中具有广泛的应用前景.大涡模拟方法采用粗网格计算大尺度上的湍流结构,并用亚格子(SGS)模型近似表达滤波尺度以下的流动结构对大尺度流场的作用.传统的亚格子模型由于只利用了单点流场信息和简单的函数关系,在先验验证中相对误差较大, 在后验验证中耗散过强. 近几年来,机器学习方法在湍流建模问题中得到了越来越多的应用.本文介绍了基于人工神经网络(ANN)的湍流亚格子模型的最新进展.详细地讨论了人工神经网络混合模型、空间人工神经网络模型和反卷积人工神经网络模型的构造方法.借助于人工神经网络强大的数据插值能力,新的亚格子模型的先验精度和后验精度均有显著提升. 在先验验证中,新模型所预测的亚格子应力的相关系数超过了0.99,在预测精度上远高于传统的大涡模拟模型. 在后验验证中,新模型对各类湍流统计量和瞬态流动结构的预测都优于隐式大涡模拟方法、动态Smagorinsky模型、动态混合模型等传统模型.因此, 人工神经网络方法在发展复杂湍流的先进大涡模拟模型中具有很大的潜力.      

考虑模型性不确定性的应力-强度干涉模型

传统干涉模型未考虑设计变量的模型性不确定性影响. 通过讨论模型性不确定性的来源,以概率应力-强度干涉模型为基础引入描述模型性不确定性的随机变量H.分析了H的分布形式,并分别给出了大、小样本容量时H分布参数的计算方法,从而建立了考虑模型性不确定性的应力-强度干涉模型,同时给出了可靠性指标\beta的算法. 分析结果表明该文提出的干涉模型可以很好地描述模型性不确定性.      

纤维增强树脂基复合材料的疲劳剩余刚度研究进展

回顾了过去二十年来公开发表的复合材料刚度退化的主要模型,对这些模型做了分类和讨论.按照模型的理论基础及研究方法将它们分为了理论模型、半经验模型和经验模型三类.理论模型是指那些完全依赖于力学分析而得到的模型,这类模型建立了材料的微观损伤机理与宏观刚度退化之间的关系.经验模型通常不需要过多的力学分析,仅对大量实验数据进行经验性拟合,一般具有简单易用的形式.半经验模型是理论与经验模型的结合------在力学分析基础上的经验处理.      

基于r个最大次序统计量模型的极值风压估算

提出一种基于r个最大次序统计量(r largest order statistics,r-LOS)模型的极值风压估算方法,该模型包括广义极值(generalized extreme value distribution,GEV)联合分布形式及Gumbel联合分布形式.提出了独立风压峰值r-LOS序列构造方法、最优r值确定方法、r-LOS GEV模型和r-LOS Gumbel模型的优选方法.将r-LOS模型方法应用于某低矮工业建筑刚性模型测压试验的极值风压估算.当采用多段风压时程估算极值风压时,r-LOS Gumbel模型优于r-LOS GEV模型和经典Gumbel模型.当采用单段风压时程时,与基于改进Hermite模型的峰值因子法、Sadek-Simiu法相比,r-LOS Gumbel模型方法能更加精确地估算极值风压,适用于非高斯风压的极值估算,可以给出极值风压分位点的解析解.分析表明,r-LOSGumbel模型方法是一种多段时程和单段时程条件下均适用的极值风压估算方法.     

Extreme wind pressure estimation based on the r largest order statistics mode

提出一种基于r个最大次序统计量(r largest order statistics, r-LOS)模型的极 值风压估算方法, 该模型包括广义极值(generalized extreme value distribution, GEV)联合分布形式及Gumbel联合分布形式. 提出了独立风压峰值 r-LOS序列构造方法、最优r值确定方法、r-LOS GEV模型和r-LOS Gumbel模型的优选方法. 将r-LOS模型方法应用于某低矮工业建筑刚性模型测压试验的极 值风压估算. 当采用多段风压时程估算极值风压时, r-LOS Gumbel模型优于r-LOS GEV模型和经典Gumbel模型. 当采用单段风压时程时, 与基于改进Hermite模型的峰值因子 法、Sadek-Simiu法相比, r-LOS Gumbel模型方法能更加精确地估算极值风压, 适用于非高斯风压的极值估算, 可以给出极值风压分位点的解析解. 分析表明, r-LOS Gumbel模型方法是一种多段时程和单段时程条件下均适用的极值风压估算方法.     

含大量随机分布细小纤维的单向纤维增强复合材料横向弹性性能参数计算的内嵌区域模型法

利用有限元方法求取单向纤维增强复合材料的横向弹性性能参数的计算模型包括三维模型、两维平面应变模型、单胞模型等等.由于单胞模型仅仅适用于纤维规则排列情况.在纤维随机分布且纤维大小亦为随机时,单向纤维增强复合材料横向弹性性能参数必须通过对于复合材料块体的计算才能获得.同时在随机分布纤维的数量增大时,三维模型和二维平面应变模型的计算量急剧增加,模型的处理能力不强.该文提出一种利用内嵌区域模型来计算含大量随机大小、随机分布细小纤维的单向纤维增强复合材料块体的横向弹性性能参数的方法,有效降低了计算量.在较低的计算费用下,能够快速获得单向纤维增强复合材料的横向弹性性能参数.     

基于直接数值模拟的可压缩湍流模型评估和改进

对来流Mach数2.25和6的平板边界层湍流进行了直接数值模拟, 并通过与理论、实验及他人计算结果的对比对数值结果进行了验证. 基于直接数值模拟得到的湍流数据库, 对常用的湍流模型进行了先验评估. 评估的湍流模型有k-εvarepsilon模型(包括标准k-εvarepsilon 模型、可实现的k-εvarepsilon模型及低Reynolds数k-εvarepsilon模型)、SA模型及BL模型. 结果显示, 对于Mach2.25的平板边界层, 可实现的k-εvarepsilon 模型及低Reynolds 数k-εvarepsilon模型具有较好的预测能力, 而标准k-εvarepsilon模型预测的湍流黏性系数偏高; SA模型在边界层内层预测准确度较高, 而在外层预测值偏高. 而对于Mach6的平板边界层, k-εvarepsilon模型及SA模型预测的湍流黏性系数均偏高, 尤其是标准k-εvarepsilon模型. 对于Mach6的平板边界层, BL模型低估了内-外层交界位置, 造成湍流黏性系数预测值严重偏低. 作者通过修改模型系数及内-外层交界位置对BL模型进行了修改, 修改后模型预测的湍流黏性系数与DNS给出的值吻合较好.     

基于k_w-θ_w关系的非饱和土水力梯度模型

水力梯度计算是研究渗流问题的重要一环,对于非饱和土而言,含水率的变化使得渗透系数不再是常数,水力梯度计算更加困难.本文基于一维稳态流下连续性方程,结合具体的kw-θw关系,分别获得了基于Gardner模型、Davidson模型和Compbell模型的水力梯度模型.最后通过算例对不同的水力梯度模型进行对比分析.研究结果表明:基于Gardner模型的水力梯度模型为具有双拟合参数的幂函数,基于Davidson模型的水力梯度模型为具有单拟合参数的指数函数,基于Compbell模型的水力梯度模型为具有单拟合参数的幂函数.通过对Lakeland细砂水力梯度与含水量关系模拟计算表明,基于Gardner模型的水力梯度模型在计算细砂水力梯度上效果最佳,基于Davidson模型和Compbell模型的水力梯度模型由于均引入了饱和渗透系数和饱和体积含水率而具有更明确的物理意义.     

双材料界面断裂力学模型与实验方法

纤维增强聚合物(FRP)质轻、高强, 可提高结构的刚度、强度、抗震性能和耐久性, 近年来在结构加固及工程改造中得到广泛应用. FRP与传统复合材料之间形成双材料黏结界面, 界面断裂特性是决定双材料结构性能的关键因素. 对双材料界面裂纹尖端应力场理论、界面裂纹模型、黏结界面I型、II型及混合型断裂试验及理论研究现状进行综合评述和分析. 界面模型主要有经典梁/板理论和刚性节点模型、考虑剪切变形的双亚层理论和半刚性节点模型、基于双亚层理论的柔性节点模型、考虑剪切变形的多层亚层理论和多亚层柔性节点模型、弹性地基梁模型以及黏聚模型. 还介绍了双材料界面断裂力学在FRP-混凝土研究中的应用.      

CFD模拟方法的发展成就与展望

本文综述了计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD),尤其是计算空气动力学的发展概况.从计算方法、网格技术、湍流模型、大涡模拟等方面分别总结了CFD所取得的成就,分析了当前存在的问题、困惑,展望了其发展趋势.在CFD计算方法中,主要介绍了中心格式、迎风格式、TVD格式、WENO格式、紧致格式以及间断Galerkin有限元方法,对不同方法的原理和特性进行了系统阐述.网格技术包括结构网格、非结构网格、混合网格以及重叠网格,重点讨论了重叠网格的若干关键技术.在湍流模型中,对目前的模型进行分类介绍,包括线性涡黏性模型、二阶矩模型、非线性模型等,还介绍了转捩模型、DES方法以及SAS方法等.在大涡模拟方法中,就其中若干相关的研究方向进行了探讨,包括滤波方法、亚格子模型、收敛标准、数值格式等. 文中还包含了作者在相关领域的若干研究成果.     

转轴上裂纹开闭模型的研究

本文提出了一种新的描述转轴裂纹开闭状态的数学模型,此模型描述了裂纹开、闭及过渡状态的持续过程,它将开裂纹、方波和余弦模型统一于同一模型中,它的使用不受动、静挠度关系的限制.用这个模型算得的裂纹轴刚度变化曲线与实验结果吻合程度比余弦和方波模型好.文中还以Jeffcott裂纹转子为例,对各模型进行了理论探讨.结果表明:当研究非同步运动时,本文模型与方波和余弦模型所得的解差别较大,且轴心位移矢量的方向角在静平衡位置处的波动,影响到所得响应的特性.而对同步运动,这种差别及影响都很小.     

岩体结构面非线性弹性-塑性软化本构模型研究

在总结评述现有岩体结构面本构模型的基础上,将非线性弹性模型和弹塑性模型结合起来,并采用起伏角磨损演化方程来定量描述结构面的磨损软化,建立了岩体结构面非线性弹性-塑性软化本构模型.利用新建立的模型对岩体结构面直剪试验进行了预测,模型预测结果与试验结果吻合良好,验证了模型的有效性和模拟能力.该模型概念清晰,参数易于确定,能够合理描述岩体结构面的非线性变形、塑性软化、弹塑性耦合、剪胀和磨损等主要力学特性.     

基于人工神经网络的亚格子应力建模

亚格子(SGS)应力建模在湍流大涡模拟(LES)中有着极为重要的作用. 传统亚格子应力模型存在相对误差较大、耗散过强等问题. 近年来, 计算机技术的发展使得人工神经网络(ANN)等机器学习方法逐渐成为亚格子应力建模型的新研究范式. 本文着重考虑滤波宽度及雷诺数影响, 在不可压缩槽道湍流中建立了亚格子应力的ANN模型. 该模型以滤波后的直接数值模拟(fDNS)流场物理量及滤波尺度为输入信息, 相应滤波尺度下的亚格子应力为输出量. 通过对不同滤波尺度及不同雷诺数数据的训练, ANN模型能够给出与直接数值模拟(DNS)高度吻合的亚格子应力. 此外, 模型在亚格子耗散等非ANN建模量上也有着优异的预测性能, 与基于DNS获得的对应物理量的相关系数大都在0.9以上, 较梯度模型及Smagorinsky模型有明显提升. 在后验测试中, ANN模型对流向平均速度剖面的预测同样优于梯度模型、Smagorinsky模型及隐式大涡模拟(ILES)等传统LES模型. 在脉动速度均方根预测方面, 除了某些法向位置外ANN模型的性能整体上相对其他3个模型有所提升. 然而, 随着网格尺度的增大ANN模型预测的结果与fDNS结果的偏差逐渐增大. 总之, ANN方法在发展高精度亚格子应力模型上具有很大的潜力.      

混凝土黏聚开裂模型若干进展

黏聚模型是用来描述混凝土断裂行为的基本模型, 首先介绍了混凝土的黏聚开裂模型的基本概念,总结了确定黏聚区的本构方程的各种方法,即直接单轴拉伸测试、J积分方法、R曲线法、柔度法和逆推法.然后介绍了黏聚模型在I型和复合型裂纹问题、疲劳断裂问题中的应用以及黏聚模型与混凝土尺寸效应的关系.最后对黏聚开裂模型与桥联模型、带状裂缝模型进行了比较和总结, 指出了该模型存在的问题, 并对其以后的发展方向提出了建议.      

海岸波浪场模型研究进展

从建模原理、波浪在近岸区域传播的众多机制、模型的类别、优势、局限性以及模型在未来的发展趋势等方面,综述了在海岸工程实践中广泛运用的以下两大类海岸波浪场预测模型的最新研究进展:(1)能量平衡模型.它一般用来预测海洋深水波候,已发展到相当完善的阶段,例如,最为著名的WAM3G模型.这种模型在海岸工程中的作用就在于可以模拟施加在波浪上的随时间变化的风场效应.(2)质量、动量守恒模型.它在海岸工程中应用最为普遍,并且内容丰富,数值技巧多样.目前包含了以下代表性的模型:缓坡方程、抛物型方程、非线性浅水方程、高阶Boussinesq型方程、Green-Naghdi理论.      

非定常微分型黏弹性本构模型

在应力作用下, 材料的力学参数随着微观结构的变化而变化, 需要考虑参数的时间效应. 利用黏滞系数随时间变化的黏性元件, 构造出非定常Maxwell模型、非定常Kelvin模型和非定常Zener模型. 求解非定常模型的微分型本构方程得到它们的松弛模量、蠕变柔量和卸载方程. 结果表明, 可以把常见的经验松弛函数和经验蠕变函数视为非定常微分型本构模型.      

运动车辆横向振动半车模型分析

通过半车模型, 数值研究平滑路面上运动车辆车体的前两阶横向振动频率. 将车体模型化为两端自由的Euler-Bernoulli梁, 半车模型的车轮模型化为两个弹性不等的弹簧. 建立半车模型的数学模型描述车体的横向振动. 以两端自由的静态梁的模态为试函数和权函数, 通过高阶Galerkin截断计算车体横向振动的频率, 并研究车辆运行速度、车体刚度、弹簧刚度等参数对车体振动频率的影响.     

骨骼肌收缩的本构模型:I被动行为

骨骼肌是人体运动器系的重要组成部分,是人体主动运动的唯一原动力,约占到人体体重的40%.详细阐述了目前骨骼肌被动行为研究的前沿成果,包括线弹性模型、超弹性模型以及黏弹性模型.这些模型从不同的侧面、以不同的理论来描述骨骼肌的被动行为,对骨骼肌在被动状态下的力学响应作出了较为精准的表达.本文对各种模型的缺陷和适用性也作了一些总结和讨论.