驱动长方形腔内流动非稳定性的数值模拟

本文对长宽比为２的驱动腔内流动进行了数值模拟．采用非均匀交错网格上的修正隐式Ｔｅｍａｍ格式，以及压力修正投影法，分别计算了Ｒｅ数为１００、４００、１０００、２０００、３０００、３５００、５０００、１００００的驱动长方形腔内流场。当Ｒｅ≤３０００时，流场收敛到定常状态；而Ｒｅ≥３５００时，只能得到渐近周期结果；其中应用了谱分析等方法说明数值是周期性变化，可见，Ｈｏｐｆ分叉点出现在Ｒｅ数３０００与３５００之间．     

连续方波电场作用下液晶引流驱动效果数值分析

为拓宽液晶相材料的应用范围,首次提出了液晶引流驱动的微驱动方式;以Leslie-Ericksen理论为基础,构建了平板运动与液晶引流相联系的一维计算模型,深入研究了液晶盒内部配向场与引流场的耦合机理。对连续方波电场作用下,上板自由、下板固定的液晶盒进行了连续驱动,结果发现其驱动后的移动状态与盒内是否发生回弹效应有关:两板距离为50μm时,盒内未发生回弹效应,盒中心处分子倾斜角的变化范围为60°～90°,所形成的速度剖面图为S型;两板距离为110μm时,盒内发生了回弹效应,盒中心处分子变化范围为90°～100°,所形成的速度剖面图为双S型。通过观察上板的移动状态对两板距离为110μm的液晶盒进行了验证实验,实验结果与计算结果在移动姿态上十分吻合;定量上,由于配向精度的影响在连续电场的第三周期出现了较大误差,但整体上证明了理论推导模型的正确性。     

微喷管流动粒子仿真与Navier-Stokes数值模拟比较研究

运用DSMC（Direct Simulation Monte—Carlo）方法从分子运动论层次对大膨胀比、喉部转角为尖角的微喷管流动现象进行模拟,考察来流总压对喷管性能的影响,并与Navier—Stokes方程运算结果、实验结果进行比较。研究表明：在模拟微型喷管的流动现象时,DSMC方法比N—S方程更加适用。     

虚拟时变微下击暴流的数值仿真方法

为了生成虚拟飞行仿真中的微下击暴流风场,本文提出了一种基于涡环原理的工程化非对称时变微下击暴流模型。考虑了空气粘性的作用,建立了有限粘性涡核模型,解决了诱导速度在涡核内分布不连续的问题。采用湍流自由射流理论求解涡环中心轴处诱导速度,避免了奇异值的产生。考虑造成涡环运动的因素,建立了随时间变化的非定常涡环模型。仿真结果表明:与解析法相比,本文采用的数值方法所耗机时短(仅需0.3871s),所得结果与解析法结果完全一致,计算结果精确;且得出的微下击暴流风场的分布与真实情况类似,可满足实时飞行仿真的需要。本文结果可为虚拟飞行实验提供一定的理论参考。     

不同界面计算方法对液滴在电场作用下变形数值模拟精度的影响

液滴在电场作用下的变形是电流体动力学的基础课题之一,表面张力的计算精度对液滴变形量的模拟结果有重要影响。本文以开源计算流体动力学平台OpenFOAM的VOF模型为框架,研究了MULES和isoAdvector两类界面更新算法与相分数梯度和RDF函数两类曲率算法对电场作用下液滴变形模拟精度的影响。研究表明,isoAdvector算法相比MULES算法对网格密度的要求更低,但其耦合相分数梯度算法计算表面张力的误差较高。isoAdvector算法耦合RDF函数算法计算误差较低,并且在使用轴对称网格时,只有该算法能够同时处理液滴平行于电场和垂直于电场方向的变形,得到的数值结果与解析解吻合较好。     

不同起爆方式下炸药驱动柱壳膨胀断裂的数值模拟

采用数值模拟方法,研究不同起爆方式下内部炸药对金属柱壳的加载历程差别。计算结果表明,不同起爆方式下柱壳内表所经受的压力载荷、做功历史显著不同,分析了引起差异的原因。提出一种半解耦数值方法,使柱壳网格划分得更细,可以模拟不同起爆方式下柱壳的膨胀破坏过程,通过理论分析说明了这种方法的合理性。

     

不同围压作用下非均匀岩石水压致裂过程的数值模拟

从岩石细观非均匀性的特点出发,提出一个描述非均匀材料渗流和破裂相互作用的数值模型。在这个数值模型中,单元的力学、水力学性质根据统计分布而变化,以体现材料的随机不均质性,材料在开裂破坏过程中流体压力传递通过单元渗流,损伤耦合迭代来实现。算例表明,该模型能较好地模拟出岩石类材料在水力压裂作用下,微结构非均匀分布和不同围压比对破裂模式、失稳压力的影响,非均匀性导致试件的开裂压力、失稳压力明显不同,裂纹扩展路径不规则发展,模拟结果和实验结果较为一致。     

63Sn-37Pb钎料合金在非比例循环加载下的非弹性流动特性研究

基于63Sn-37Pb钎料舍金在多种非比例应变循环加载下的实验结果,通过考察材料的非弹性应变率与偏应力之间的夹角随累积非弹性应变的变化规律,对63Sn-37Pb钎料合金的非弹性流动特性进行了定量分析。分析结果显示：在相同的非比例加载路径下,当加载等效应变幅值相同时,等效应变率越高,非弹性应变率与偏应力之间夹角平均水平越低,当等效应变率相同时,等效应变幅值越大,相应的夹角平均水平越低;在保持时间范围内,非弹性应变率方向与偏应力方向趋于一致;当非比例路径形状不同时,其非弹性应变率与偏应力之间的夹角随累积非弹性应变的变化趋势明显不同。研究表明,材料的非弹性流动特性强烈依赖于等效应变幅值、等效应变率、保持时间、非比例路径形状。     

铝合金在不同应力状态下微损伤演化的声发射研究

利用声发射技术对不同应力状态下铝合金的微损伤演化规律进行试验研究。首先,对铝合金在正断和切断两种断面取向的试样进行单轴拉伸试验,并同时采集微损伤声发射信号;其次,基于所采集的微损伤声发射信号构建了一个能够表征微损伤能量尺度特征和时间序列特征的随机损伤变量,进而通过对该随机变量的分析来研究铝合金在不同应力状态下的微损伤演化特征;最后,通过计算随机损伤变量在不同外载荷水平下的概率熵给出描述材料微损伤演化过程的一种表征。通过试验并辅以对断面的扫描电镜观测获得的结果是,同一种铝合金材料在两种不同应力状态下获得的微损伤概率熵曲线具有显著差异性,而在相同应力状态下分别针对铝合金材料1060和6063的微损伤概率熵曲线又具有一致性。上述研究结果可为探索铝合金在不同应力状态下的微损伤演化规律提供参考。     

高导无氧铜在大变形、不同温度和不同应变率下的流动应力和本构模型

为了理解高导无氧铜(OFHC Cu)的塑性流动行为,采用Instron液压试验机和分离式Hopkinson压杆,系统地对OFHC Cu进行了温度为77 ~1 000 K,应变率为0.001 ~7 000 s-1,以及真实应变超过80%的单轴压缩试验。结果表明：在0.001 s-1应变率下, OFHC Cu在约500 K呈现动态应变时效现象。随应变率增高,动态应变时效温度区域向更高温度移动,甚至动态应变时效现象消失。在高应变变形区域,相对温度来说,OFHC Cu塑性流动应力对应变率依赖更强。基于位错运动学和动力学概念,考虑位错在高温和高应变率的粘-曳阻力现象,结合试验结果,导出一个基于物理概念的本构模型。此模型可预测从低到高不同应变率不同温度下OFHC Cu的塑性流动应力。通过比较表明,本构模型预测结果与试验结果吻合较好。     

轴对称坐标系下含曲率的水平集方程在非结构网格上的数值方法

为了在三角形和四边形网格上采用水平集方法模拟轴对称爆轰波阵面与曲率相关的运动,假设爆轰波阵面的法向速度是曲率的线性函数,通过坐标变换得到了轴对称坐标系下的水平集方程。水平集方程的曲率无关项采用正格式离散,曲率项采用伽辽金等参有限元方法空间离散,时间离散采用半隐格式。算例表明,在轴对称三角形网格和四边形网格上,含曲率的水平集方程的离散格式为强一阶精度。给出了三角形和四边形混合网格上不光滑界面以曲率收缩的运动过程,收缩过程未出现不稳定现象。多个爆轰波阵面相互作用的算例说明本文的格式可有效地模拟曲率相关的爆轰波的相互作用问题     

在两层不同爆速炸药滑移爆轰作用下飞板运动的数值计算研究

本文研究用低爆速炸药复盖高爆速炸药在定滑移爆轰作用下飞板运动的计算方法,并对惯性复盖与炸药复盖的结果作出相互比较。