三维非牛顿熔体前沿界面的Level Set/Ghost/SIMPLEC模拟

建立了三维粘性不可压非牛顿流体流动的控制方程,采用Level Set/Ghost/SIMPLEC方法模拟了注塑成型充模阶段的三维流动过程;追踪到了不同时刻的熔体前沿界面,预测并分析了流动过程中不同时刻的压力、速度等重要的流动特征参数,并与牛顿流体相应的流动特征参数做了对比.研究结果表明:Lovol Set/Ghost/SIMPLEC方法可以准确追踪非牛顿熔体前沿界面:幂律熔体在流动过程中的压差明显大于牛顿熔体的压差,沿横截面的速度分布也有明显的差别.     

用Level Set方法追踪运动界面

首先介绍了近年来发展起来的界面追踪技术Level Set方法,然后采用五阶WENO格式和积分平均型TVD格式计算Level Set方程,用修正的Godunov方法求解重新初始化的Level Set方程,数值求解了同心圆在常数流场,圆和矩形界面在剪切流场,缺口圆在旋转流场中的界面变形和还原效果,比较了时间导数离散精度和Level Set函数有无重新初始化对界面追踪效果的影响．最后,通过和其它界面处理方法的比较可以看出,Level Set方法不仅能够比较准确地追踪运动界面,而且无须进行复杂繁琐的界面重构技术,容易编程,具有较大的通用性．     

基于Level Set方法对油水和气水两相界面的数值模拟

为研究两相界面迁移特性,基于LevelSet方法,建立了求解非定常不可压缩两相界面流动的数值方法。计算中使用结构化网格采用LevelSet函数捕捉两相界面。通过对经典算例的模拟,验证了数值方法对界面捕捉的有效性和精确性。模拟了油滴在水中上升、变形,与油层融合的过程,研究了气泡在产生、发展、脱离阶段的变形机理,和表面张力系数对气泡形状的影响。计算结果发现,表面张力系数越大,气泡在发展阶段持续的时间就越长,膨胀的程度也越大,并在脱离时刻,气泡的体积也越大,为进一步研究两相界面迁移特性提供了新的途径。     

Level Set方法和多介质可压缩流

多介质可压缩流问题计算的关键是如何精确的捕获不同时刻物质界面的位置,从而将多介质问题分解成多个单介质问题去处理.Level Set方法的优点是不用显示的追踪物质界面,而用距离函数就能精确定位界面.同时,用Level Set方法追踪界面运动易于处理界面拓扑结构的变化、易于处理大变形问题.本文成功地将Level Set方法应用在二维多介质可压缩流计算.     

Level Set方法在地面效应数值模拟中的应用

利用Level Set方法隐式捕捉界面并能处理复杂的物质界面及其拓扑结构变化（如合并、交叉、破碎等）情况的优势,基于可压缩N-S方程的预处理技术,采用基于界面两侧介质黎曼关系的修正虚拟流体方法对介质边界进行处理;将只能应用于可压缩流动界面模拟的修正虚拟流体方法推广应用于不可压缩流动问题的模拟,数值模拟了气-水运动界面与近水面飞行器的相互影响规律。通过与将水面视为对称面的简化模型对比发现：利用自由运动界面模型计算的NACA6409翼型升力较小,能更准确地反映飞行器流场对水面形状的影响,其结果更为符合实际;文中还对比了翼型距水面不同高度时的结果,得到了翼型受水面影响的强弱与翼型距水面的高度成反比的结论。     

基于Level Set方法的气-液-固三相流动模型与模拟

采用基于Level Set方法与离散颗粒模型相结合的方法,建立了一个用于描述气液固三相流动的新模型.模型耦合了颗粒与气泡、颗粒与液相以及气泡与液相之间的相互作用.应用该模型对液固悬浮液中的典型现象--气泡的单孔及多孔形成过程以及颗粒夹带现象进行了三维模拟,检验了其可行性.并进一步研究了颗粒的存在对气泡的形成与上升过程的影响以及气泡诱导的液相流动对颗粒行为的影响.研究结果表明,所提出的模型能够真实地预测三相流中气泡与颗粒分散相的特征,为研究多尺度的三相流动提供了一种新途径.     

多流体界面不稳定性的守恒和非守恒高精度数值模拟方法

对多流体界面问题守恒和非守恒格式(M)WENO重构方法进行探讨,采用虚拟流动方法并用Level-Set函数捕捉界面的运动变化。数值模拟结果表明本文的数值方法具有较高的分辨率,并能有效地抑制界面附近的非物理振荡。     

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。     

基于半隐式格式的水平集法连续体结构形状和拓扑优化方法

提出一种改进的基于水平集方法的结构拓扑优化方法.将半隐式的加性算子分裂方法(AOS)引入传统的水平集方程求解,使得原来的Hamilton-Jacobi偏微分方程摆脱了差分法中CFL条件对时间步长的严格限制,差分格式变得高效且稳定.在求解水平集方程过程中不用再对高维的水平集函数进行耗时的周期性的初始化,这样解决了传统水平集方法在优化过程中不能生成新孔的问题.通过典型算例验证了该文算法的有效性.     

一种改进的结构拓扑优化水平集方法

针对有限的结构设计区域,界面力的大小和作用的位置以及部分给定位移的结构边界始终保持不变的要求,为了解决基于水平集方法的结构边界演化停滞等问题,导出了基于水平集演化的结构拓扑优化所需的法向速度场.研究了由该法向速度场导出的序列解的收敛特性,并建立了一套新的结构柔顺度为目标函数,体积为约束条件的水平集演化算法,给出的算例验证了该方法的正确性和有效性.     

一种基于几何重构的Youngs-VOF耦合水平集追踪方法

针对界面追踪方法中拉格朗日方法和欧拉--拉格朗日方法计算效率低、不适用大变形、不能应用于三维数值计算模型等问题,研究了一种效率高、界面清晰、适用于三维模型的计算气液两相界面迁移特性的欧拉运动界面追踪方法,该方法将"米"状相邻单元Youngs方法用于运动界面重构,将Youngs-VOF和水平集通过几何方法耦合,提高运动界面精度,克服了VOF和水平集方法存在的缺陷,避免了利用高阶导数本身的稳定性去求解水平集对流方程和距离函数方程."米"状相邻单元Youngs方法避免了数值耗散、数值色散性以及非线性效应引起的捕捉界面模糊的情况.Youngs-VOF耦合水平集方法既保证了计算界面时的稳定性,与拉格朗日方法相比又提高了计算效率.利用Youngs-VOF耦合水平集方法与VOF方法对单个气泡在水中上升过程数值计算与实验对比并对经典剪切流场中圆形运动界面模型的数值计算,验证了Youngs-VOF耦合水平集方法的有效性并比VOF方法捕捉界面更清晰、锐利;通过对溃坝--自由表面流动过程数值计算并与实验进行对比,验证了Youngs-VOF耦合水平集方法的稳定性以及对三维数值模型的适用性.      

基于结构拓扑随机变异的水平集优化方法

基于结构拓扑导数的水平集优化方法,利用结构拓扑导数信息和通过不断减少结构体积的方式来确定需开孔的结构位置,需选用最大设计区域结构作为初始优化结构.该方法不适合求解结构体积等式约束的优化问题.为了解决上述问题和克服水平集方法不能在结构内产生新孔洞的困难,提出了一种基于结构拓扑随机变异的水平集优化方法.引进了以小概率随机方式进行结构拓扑变异的结构优化方案.设计了变异算子,讨论了提出方法的收敛性情况.最后,结合考虑结构最大设计区域限制的结构拓扑优化的水平集方法,建立了一套新的涉及结构柔顺度作为目标函数,体积作约束条件的水平集演化算法.给出的算例验证了该方法的正确性和有效性.     

求解气动方程的混合反扩散方法

本文综述了反扩散格式的发展,指出利用混合反扩散方法,理论上既可导出Beam—Warming以及Jameson等发展的含参数的格式,又可导出不含参数的TVD格式.研究了含参数的混合反扩散格式和不含参数的反扩散格式,并介绍了格式的应用情况.      

用大质量法计算东风EQ140汽车前面罩的强迫运动响应

本文用大质量法进行强迫运动分析的理论结构分析程序ＭＳＣ／ＮＡＳＴＲＡＮ进行了东风ＥＱ１４０汽车前面罩的强迫响应计算,并分析了计算结果．根据计算结果提出的改进方案已被设计部门采用．     

卷积型加权残值法求解梁的动力学问题

利用卷积型加权残值法推导出Gurtin变分原理, 并应用卷积型加权残值法计算了简支梁的振动、冲击问题, 算例表明此方法是成功的.     

卷积型加权残值法求解薄壳的动力学问题

板壳等弹性体,受到动荷载作用时,其动力分析问题是比较重要且难于解决的．利用卷积型加权残值法,推导出Gurtin变分原理,并应用卷积型加权残值法计算了薄壳的动力学问题,为计算薄壳的结构动力学问题提供了一种有效的方法．