域外奇点法在弹性力学中的应用

本文将域外奇点法推广应用于弹性力学问题,求解了扭转问题,平面弹性问题和平面弯曲问题.计算表明,这种方法简单,计算时间短,精度高。     

域外奇点法在弹性问题及其物性值反问题中的应用

本文采用域外奇点法中的位移法和应力法求解弹性问题，并对弹性物性值进行反分析，由有限个观测点的位移值。同时反算出材料的纵向弹性模量Ｅ和泊桑比Ｖ。本文方法属于边界型解法，可有效地避免解的奇异性，不需要数值积分，具有输入数据少，精度高，计算时间短和程序编制容易等优点。     

真实虚拟流方法在多介质可压缩流动模拟中的应用

为了克服原始虚拟流方法(ghost fluid method,GFM)在处理激波与大密度比流体-流体（气-水）界面相互作用时遇到的困难,采用真实虚拟流法(real ghost fluid method,RGFM)处理流体界面附近的虚拟点,结合HLLC(Harten-Lax-Van Leer with contact discontinuities)格式求解Euler方程,采用五阶WENO(weighted essentially nonoscillatory)格式求解level set输运方程。通过一维和二维算例的物质界面捕捉研究,证明RGFM在处理小密度比界面问题时优于GFM,同时RGFM还可用于求解激波与大密度比物质界面相互作用问题。计算表明,将RGFM引入到本文算法中,可精确捕捉到激波与界面（气-气、气-水界面）相互作用的变化细节,包括大密度比界面的剧烈变形和破碎,并具有较高的计算分辨率。     

基于非结构任意多边形网格的滑移面计算技术

基于任意多边形网格管理体系,针对流体多介质问题的数值模拟,发展了拉氏方法滑移面计算技术.文章给出了滑移线设置的数据结构,滑移线上主从点速度与位置的计算格式,及节点滑移后引起界面上点、相关网格邻域关系变化的算法.该滑移计算技术避免了传统算法中由于以模拟法(重叠或分离网格)代替直接法(拼接网格)而造成几何守恒律被破坏的缺陷.数值例子验证了该算法的可行性,体现了算法无缝连接的特点.     

配置点谱方法-人工压缩法(SCM-ACM)求解不可压缩流体流动

开发了配置点谱方法SCM（spectral collocation method）与人工压缩法ACM（artificial compressibility method）相结合的方法SCM-ACM,用于求解不可压缩粘性流动问题。选取典型的方腔顶盖驱动流为研究测试对象,首先建立人工压缩格式的控制方程,其次采用SCM离散控制方程的空间偏微分项,推导出矩阵形式的代数方程,最后测试了SCM-ACM代码的有效性。结果显示,SCM-ACM能够有效求解不可压缩流动问题,并继承了谱方法的指数收敛特性,且具有ACM求解过程简单及易于实施的特点。     

不可压缩机翼绕流的有限谱法计算

结合有限谱QUICK格式求解不可压缩粘性流问题。这一格式用于模拟不同攻角下的NACA1200机翼绕流问题。利用体积力,提出了将流场速度从0加速到来流速度的方法。区别于传统的压力梯度为零的边界条件,推导出一个更精确的压力边界条件。为使速度散度保持为零,在泊松方程中给速度散度一个特殊的处理。这一成果说明了有限谱法不但具有很高的精度,而且能灵活地和其他格式一起构造出新的格式,从而成功地应用到复杂流场不可压缩流动的数值计算中。     

响应面法在结构参数灵敏度及可靠性分析中的应用

采用Box-Behnken 矩阵设计方法进行试验设计,并根据设计点的响应,利用最小二乘回归法建立响应面函数. 将响应面函数中参数的梯度信息与其分散程度结合,得到各参数的灵敏度系数,再归一化灵敏度系数得到概率灵敏度;将响应面模型与一次二阶矩法相结合计算结构的可靠度. 针对一个具体算例,分别采用基于响应面法与基于ANSYS 的Monte Carlo 法计算了结构的灵敏度及可靠度值,结果的一致性验证了该方法的有效性.     

交错网格上应用有限谱QUICK法计算方腔流动

王健平教授提出的有限谱方法是一种局域化谱方法，具有精度高、无相位差、应用灵活等特点，在以往的实践中取得了很大成功。本文在交错网格上对二维驱动方腔流问题进行计算，求解了二维不可压缩流动的涡流流函数方程。其中微分部分采用有限谱法进行处理，对流项的处理则应用了QUICK格式。本文计算了雷诺数为1000、5000、10000、20000等多种情况，将所得的结果进行分析，并将中线上的速度分别同已有的文献数据进行对比，从而，验证有限谱微分的正确性和其在实际应用中的可行性。     

EARSM和DRSM在亚音速旋涡流动中的应用

基于非结构网格,采用带曲率修正的显式代数应力非缌出漠型（EARSM）和微分雷诺应力模型（DRSM）,建立了用于模拟大攻角旋涡流动的计算方法。分别以尖前缘和钝前缘的65°三角翼为例,验证了EARSM模型和DRSM模型在两种典型亚音速计算状态下对复杂涡系干扰的模拟能力和旋涡的产生、发展、破裂过程。分别利用SA、BSL两种线性湍流模型对相关问题进行了计算;通过对多种计算的流场与气动力详细结果的比较分析,就几种湍流模型对大攻角复杂旋涡流动的预测能力和敏感性等进行了评估。结果表明：EARSM和DRSM能较好地预测旋涡流动的发展破裂,强于经典线性湍流模型;对边界层发展状况预测较差,导致旋涡启动位置较早。基于算例计算,对两种先进湍流模型的改进提出了适当的建议。所得结论将可为进一步开展大攻角旋涡流动模拟方法的研究提供参考。     

叶栅可压缩流场的数值分析

将一维ＡＵＳＭ＾＋格式与三阶精度ＭＵＳＣＬ格式融合,给出了其在任意风线坐标下的二维形式,采用有限体积法,将ＡＵＳＭ＾＋格式与Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ格式结合,对叶栅可压缩流场进行了数值模拟,典型算例的计算结果与有关献结果相符很好,表明ＲＫ－ＡＵＳＭ＾＋混合格式对叶栅可压缩流场进行数值模拟是可行的。     

框架结构分析的奇异函数方法

通过奇异函数得到多层呆柱的力与变形关系，结合梁的转角位移方程推出了框架结构的分析的一组新的求解方程。     

UNIFIED COMPUTATION OF FLOW WITH COMPRESSIBLE AND INCOMPRESSIBLE FLUID BASED ON ROE''''S SCHEME

A unified numerical scheme for the solutions of the compressible and incompressible Navier-Stokes equations is investigated based on a time-derivative preconditioning algorithm. The primitive variables are pressure, velocities and temperature. The time integration scheme is used in conjunction with a finite volume discretization. The preconditioning is coupled with a high order implicit upwind scheme based on the definition of a Roe's type matrix. Computational capabilities are demonstrated through computations of high Mach number, middle Mach number, very low Mach number, and incompressible flow. It has also been demonstrated that the discontinuous surface in flow field can be captured for the implementation Roe's scheme.     

奇性校正特解场法计算任意点应力和位移

本文将边界应力积分方程中的强奇性边界积分化为Ｃａｕｃｈｙ主值积分，证明了该主值积分的存在性，并给出它在变量替换中的比尺附加项显式；运用刚体位移法和单位应力场法将强奇性主子块和应力奇性系数矩阵表为同行副子块的线性组合，再配用极坐标变换和适当的数值求积计算各副子块。本法无论对平面问题还是空间问题，是光滑边界点、侧棱点还是角点，有限域或无限域，受载还是变温，都一概适用，而且可以扩展用来计算近边界点，公式统一，程序通用，数值效果良好。     

柳杨沟泥石流特征及其工程影响分析

2001年7月11日晚11点至12日凌晨,位于小天都水电站下闸址以下约600 m的柳杨沟爆发泥石流,造成数十万元的经济损失,对小天都电站下闸址造成了一定影响。通过现场调查和室内计算,研究了柳杨沟泥石流的发育特征和运动特征,并分析在各种设计概率下发生泥石流对水电工程可能造成的影响。     

亚音速气流中复合材料悬臂板的非线性振动响应研究

随着材料科学的发展,越来越多的新型材料应用到了工程实践中.在气流激励的作用下,对于以航空航天工程为背景、采用复合材料的板壳结构的非线性动力学问题仍是动力学领域的研究热点.本文研究了复合材料悬臂板在亚音速气流条件下的非线性振动和响应.根据理想不可压缩流体的流动条件和 Kutta--Joukowski升力定理,基于升力面理论,利用涡格法计算了三维有限长平板机翼上的亚音速气动升力.将亚音速气动力施加到复合材料悬臂板上,利用Hamilton原理,考虑Reddy三阶剪切变形理论并引入冯$\cdot$卡门非线性应变位移关系,建立了有限长平板的非线性动力学微分方程.利用有限元方法考察了不同几何参数下层合板悬臂板的固有特性,通过比较不同材料和几何参数的线性系统的固有频率,得到不同比例的内共振关系.利用Galerkin方法将偏微分方程截断为两自由度非线性常微分方程,在这里考虑了1:2的内部共振关系并利用多尺度法进行了摄动分析.对应多个选取参数,得到了频率响应曲线.结果展示了硬化弹簧型行为和跳跃现象.      

用Level Set方法求解具有自由面的流动问题

为采用Ｌｅｖｅｌ Ｓｅｔ方法来计算有自由的流动问题提出了一种方案,把自由水面视为水和空气的交界面,两种介质用统一的Ｎ－Ｓ方法求解,在自由面两侧分别采用各自的密度和粘性,并在自由面上给以适当的光滑;采用边界元法求解双调和方程来确定距离函数;Ｎ－Ｓ方程用投影法求解,文中给出了二维水池水面振荡和瞬时溃坝问题的算例,可以看出用ＬｅｖｅｌＳｅｔ方法求解有自由面流动问题是有效的。     

有效集法在数学规划加权残值法中的应用

本文研究有效集法在数学规划加权残值法求解微分方程问题中的应用。从理论上和实际应用方面 阐明，对于数学规划加权残值法和线性规划问题，有效集法比常用的单纯形法更简便、易程序化、计算速度更快，因此更适用于数学规划加权残值法求解微分方程问题。     

GMRES方法在含动边界流场中的应用

以基于格心的有限体积法为基础，空间二阶精度，采用4阶Runge—Kutta，GMRES隐式方法求解基于ALE形式的Euler方程，网格单元边界处守恒量通量的计算采用了Hanel方法，对NACA0012翼型绕流及运动圆球绕流等问题进行数值模拟，取得了较好的结果．GMRES方法克服了以往隐式方法大量耗费内存的弱点，达到了计算耗时短和占用内存少的统一．     

重力和接触角对表面张力贮箱内液体流动的影响

采用流体体积函数方法数值模拟板式表面张力贮箱内液体的流动过程. 主要考虑了不同重力加速度和接触角等因素的影响. 发现在接触角等于10° 的前提下, 重力加速度小于10-2g₀, 液体沿着外侧导流叶片爬升至贮箱顶部; 当重力加速度小于10-3g₀ 时, 重力加速度的减小对液体爬升速度的影响较小. 在爬升过程中, 导流叶片附近液体的速度呈逐渐减小的趋势, 且重力加速度越小, 初始速度越大. 接触角对液体的爬升高度也会产生影响,接触角越小, 液体爬升至顶部的时间越短; 当接触角大于45° 时, 外侧导流叶片附近的液面不能爬升至顶端. 另外, 接触角越大, 液面高度的斜率越小,导流叶片附近液体的初始速度也越小.