水波泵研制的流体力学理论与设计计算

介绍了作者正在研制的水波泵目前所涉及到的流体力学理论。水波泵是一种巧妙地综合气波增压器和水锤泵功能的全新的水泵,它通过合理利用水波动力的特殊性质,将来流中的总体能量进行重新分配,使一部分来流水提高到所需的高压力,而其余部分水则降到较低的压力,即完成一个大多数能量向部分来流水转移的过程。该泵的研制对于充分开发和利用自然水力资源或工业与民用水循环系统的废弃能量,具有良好的经济价值及社会效益。文中在介绍水锤泵工作原理的基础上,分析了水击动力现象的产生和利用方法,再通过流体力学理论研究与计算,得出了水波泵一系列有用的设计参数,设计计算表明,水波泵的设计研究在流体动力学理论研究和运用具有突破性的意义,并达到预期的效果。     

基于非结构网格的TTGC有限元格式的实现及在超声速流动中的应用

基于非结构网格系统,实现了时空三阶精度的TTGC有限元格式,并在三阶TTGC格式上发展了基于人工粘性的激波捕捉技术。在非结构网格下,采用这种方法对若干典型的超声速流动问题(SOD激波管、马赫数为3的前台阶流动以及马赫数为8的高超声速圆柱流动)进行了验证计算。结果表明,TTGC格式分辨率高,在粗糙网格下能够准确的模拟超声速流场中的激波、接触间断等复杂流动现象,并且能有效的控制间断附近的数值色散现象。与传统的有限体积方法相比,本文实现的TTGC有限元格式在模拟超声速流动问题方面具有格式精度高、数值耗散小等优点。     

两种捷联惯导系统自对准方法的比较研究

在用调平方法实现水平姿态角的对准过程中，通过不同的参数设计可实现不同阶段的对准功能。方位对准采用可平滑噪声的方位误差估算法，通过计算机仿真和实际系统实验表明此方法有较高的对准精度，对准时间为十几分钟。若在精对准时采用卡尔曼滤波方法，可在相对较短的时间内完成初始对准，仿真结果验证了这种方法的有效性。     

Lagrange分析方法及其新进展

Lagrange分析是Fowles等人于70年代初首先提出的,在动态实验数据处理中有重要应用,但是实践表明有时所得的结果不可信。近年来,Lagrange分析方法得到迅速的发展,提出了不少新的思想、方法和改进,如冲量时间积分函数、曲面拟合,反解法和自治性检验等。尤其在与Lagrange分析密切相关的非简单波特性的研究方面取得了相当大的进展。本文主要评述Lagrange分析的最新进展,对它的历史和今后发展趋势也作了扼要说明。      

时间域有限元法

叙述时间域有限元法在国内外的进展，其中包括协调的、不协调的时间有限元法和时空有限元法，对其中的典型研究成果给出了简要介绍，从而指出这一领域深入研究的必要性．最后简要展望了时间域有限元法的发展前景．     

ALE迎风有限元法研究进展

综述了ALE描述方法及ALE描述下的运动学关系, 介绍了流体力学中运动边界的ALE追踪方法; 对在解决带自由液面复杂流动问题中与ALE技术密切相关的网格生成和自动更新技术给出了简要概述并讨论了3种不同的网格生成与自动更新方法, 讨论了用经典的有限元方法模拟带自由液面液体流动问题时非物理振荡产生的原因并分析了两种消除非物理振荡的途径, 重点讨论了迎风格式并详述了迎风有限元的发展, 评述了几种将ALE描述和迎风格式相结合的ALE迎风有限元法的最新进展, 并展望了该领域进一步研究的方向.      

非线性有限元的若干基本问题

本文介绍了非线性有限元中的若干基本问题。其中包括有关应变、应力和非线性平衡方程的一些基本概念,基于不同非线性广义变分原理的位移模式、杂交模式和拟协调模式几何非线性有限元及其在壳体屈曲问题中的应用等。      

能量有限元预示复合材料结构动响应研究进展

复合材料结构高频动响应预示是飞行器等结构设计中的重要研究内容之一.为了探讨精确预示复合材料结构高频动响应方法,分析比较了目前较为通用的3种动力学响应预示方法,指出能量有限元法最适合求解具有各向异性特征的复合材料结构高频动响应问题.紧接着概述了国内外关于能量有限元方法和该方法在复合材料结构高频动响应预示方面的研究进展.在此基础上分析了能量有限元法在预示复合材料结构高频动响应问题中尚待深入研究的问题.     

二维高亚音速Laval喷管流场的有限元计算

本文使用了八节点曲四边形等参元，通过变分有限元法，对二维高亚音速Ｌａｖａｌ喷管位势流场进行了计算，结果是满意的，并和一维结果进行了对比。文中还使用了有限元法特有的局部线化理论，取单元中心点密度去处理迭代过程中单元系数阵的计算，其结果与通常的有限元法计算相一致，但计算时间却大大减少了。     

FINITE ELEMENT SIMULATION OF GUST LOADING

In the structural design of civil aircraft the critical loads are often those encountered in a gust or atmospheric turbulence. The traditional ‘indicial’ solution is restricted to a simple plate. In this paper a finite element formulation is proposed for an aerofoil or arbitrary shape entering a uniform sharp-edged or sinusoidal gust. The thin rotational gust front and wake in an irrotational flow field are successfully modelled by a novel superposition technique. The finite element solutions are compared with the Kussner function and results by other numerical methods. The agreement is good.     

基面力概念在几何非线性余能有限元中的应用

以基面力为基本未知量描述一个弹性系统的应力状态并表征单元的余能,将大变形的余能分解为变形余能部分和转动余能部分,采用Lagrange乘子法放松单元的平衡方程,利用已有的弹性大变形余能原理建立了一种几何非线性显式有限元模型,编制了相应的几何非线性余能原理有限元程序. 数值算例表明:该方法具有较好的收敛性和计算精度,可进行大载荷步的大位移、大转动计算.      

挤出胀大流动的有限元方法研究

本文对Luo-Tanner提出的流线有限元作了重要的改进,提出了沿通过单元高斯点的流线积分本构方程的方法,迴避了速度梯度在单元边界上间断和出口处应力奇点的困难,同时减少了计算量,对比计算表明,采用压力不连续单元来加强不可压缩性限制能使计算质量和收敛性都得到显著的提高,对Maxwell流体的轴对称挤出胀大流动在Weissenberg数1.2下获得了合理的收敛解。     

间断Galerkin有限元和有限体积混合计算方法研究

通过局部坐标变换而建立的非正交单元间断Galerkin(DG)有限元计算方法计算精度高， 但计算量大、内存需求大；而非结构网格有限体积方法虽然准确计算热流的问题目 前还没有完全解决，但其具有计算速度快和内存需求小的优点. 该研究是将有 限元和有限体积方法的优点结合，发展有限元和有限体积的混合方法. 在物面 附近黏性占主导作用的区域内采用有限元方法进行计算，在远离物面的区域采用快速的有限 体积方法进行计算，在有限元和有限体积方法结合处要保证通量守恒. 通过算例说明有 限元和有限体积混合方法既能保证黏性区域的热流计算精度和流场结构的分辨率，又能 降低内存需求和提高计算效率，使有限元方法应用于复杂外形(实际工程问题)的计 算成为可能.     

AN EULERIAN FINITE ELEMENT METHOD FOR TIME-DEPENDENT FREE SURFACE PROBLEMS IN HYDRODYNAMICS

A numerical method based on the finite element method is presented for simulating the two-dimensional transient motion of a viscous liquid with free surfaces. For ease of numerical treatment of the free surface expressed by a multiple-valued function, the marker particle method is employed. Numerous virtual particles are spread over all regions occupied by liquid. They move about on a fixed finite element mesh with the liquid velocity at their positions. These particles contribute nothing to the dynamics of the liquid and only serve as markers of liquid regions. The velocity field within liquid regions is calculated by solving the Navier– Stokes equations and the equation of continuity by the finite element method based on quadrilateral elements. A detailed discussion is given of the methodological problems arising in the implementation of the marker particle method on an unstructured finite element mesh and of the solutions to these problems. The proposed method is demonstrated on three sample problems: the broken dam problem, the impact of a falling liquid drop on a still liquid and the entry of a rigid block into water. Good agreement has been obtained in the comparison of the present numerical results with available experimental data.