斜波压缩实验数据的正向Lagrange处理方法研究

提出了一种联合使用Lagrange方法和转换函数方法来处理斜波压缩实验数据的新途径，和传统的数据处理方法相比，该方法更适合处理材料的复杂力学响应并具有较好的精度，同时该方法使用过程中对样品材料参数的初猜值精度要求更低。分析了转换函数方法的可靠性和健壮性，讨论了转换函数和Lagrange方法联合在斜波压缩强度实验数据处理中的应用，获得了可靠的结果。     

材料动态强度直接测量的磁压剪实验技术及应用

提出一种用于直接测量动载荷下材料强度的新方法,即磁驱动压剪联合加载实验技术。从理论和数值计算上分析了压/剪联合作用下材料的应力偏量与屈服强度关系,计算斜波加载下压/剪联合作用时应力偏量与屈服强度的时空演化特性,给出材料强度数值的计算方法。并基于自行研制的强脉冲电流装置和10 T准静态磁场发生器,利用多点双光源外差位移干涉仪(dual laser heterodyne velocimetry, DLHV),开展磁压剪实验对2种铝样品的动态强度进行测量,得到不同加载压力下铝样品的强度。结果表明:磁驱动压/剪联合加载技术为材料的高压强度直接测量提供了一种新途径,是可靠的实验技术。     

横观各向同性体应力波传播问题的特征分析

本文根据广义特征理论,对横观各向同性体轴对称弹性波传播问题进行了理论分析。提出了一个简化特征分析的方法,这种方法将成为应用特征线法求解各类各向异性应力波问题的一个突破口。     

磁驱动平面飞片的一维磁流体力学计算

建立了电磁驱动平面飞片的一维磁流体力学模型,考虑了焦耳加热的影响,并对Sandia实验室Z装置上开展的一个实验进行了模拟计算,与实验结果的比较表明,计算给出的样品自由面速度历史曲线与实验VISAR测量的结果基本一致。还分析了焦耳加热对飞片的烧蚀情况,并分析了磁场穿透深度,给出了不同厚度飞片自由面的速度历史曲线。     

基于传质现象的高速铁路隧道入口压缩波数值分析

基于一维可压缩非定常不等熵流动理论,认为隧道内空气流通截面是流动时间和流动距离的二元函数,考虑了空气与隧道壁和列车壁之间的摩擦和传热效应,采用广义黎曼特征线法,对高速列车进入存在传质现象的等截面缓冲罩隧道引起的入口压缩波进行了数值计算。另外进行了不同缓冲罩参数的计算,并且对计算结果进行了定性与定量分析,结果说明了相关的空气动力学效应。     

基于动态混合网格的不可压非定常流计算方法

鱼类、昆虫等运动速度较低,对它们的数值模拟需要解决不可压问题.虚拟压缩方法通过在连续性方程中加入压强对虚拟时间的偏导数,从而把压力场和速度场耦合起来,解决了不可压缩流的计算问题.基于动态混合网格技术,利用双时间步方法耦合虚拟压缩方法来解决非定常不可压缩流的计算问题.为了加快每一虚拟时间步内的收敛速度,子迭代采用了高效的块LU-SGS方法,并且耦合了基于混合网格的多重网格方法.利用该方法数值模拟了不同雷诺数下的静止圆柱、振荡圆柱的绕流,得到了与实验和他人计算一致的结果.     

非均匀性对自由面粒子速度信号的影响

在平板撞击实验中,通常利用应力计或VISAR来获得样品中应力历史或自由面粒子速度信号来研究材料的动态力学性能.本文采用含预制缺陷的K9玻璃作为研究对象,利用口径为37mm火炮加载装置,在靶样品的自由面上2 mm线长度范围内,利用16路激光多普勒探针测量系统(DPS),对样品自由面不同位置的自由粒子速度同时进行测量,此方法不同于传统的单点VISAR测量样品自由面速度,其空间分辨率为127μm,可分辨材料内部非均匀性(尺寸大于127μm的夹杂、缺陷等)对自由面速度信号的影响.本文的实验方法可为从细观尺度研究材料动态力学性能提供一种研究思路.     

计算气动声学的问题、方法与进展

本文简要介绍了气动声学理论的发展和现状,探讨了用数值方法处理气动声学问题的必要性和必然性,指出此方面研究急待解决的问题是建立准确模拟波运动特征的差分方程和无反射边界条件处理,最后讨论了在有限条件下可作先行研究的数值方法和理论问题．     

计算液体晃动ALE网格速度的高精度方法

利用自由液面曲率参量,在传统求解方法基础上对相应结点网格速度引入修正,以提高计算精度.域内网格速度计算,由传统线性关系改用分段函数表达,以保证网格剖分的质量. 将二维矩形贮箱内流体晃动问题作为算例,求解激励响应结果并与已有物理实验进行对比,二者符合较好.     

上浮气泡与自由表面相互作用的ISPH-FVM耦合方法模拟

上浮气泡与自由表面相互作用的过程涉及复杂的界面拓扑演化,该过程一直是气泡流研究领域广为关注的问题之一.为探究上浮气泡与自由表面相互作用动力学行为,将不可压缩光滑粒子流体动力学(incompressible smooth particle hydrodynamics, ISPH)方法与有限体积法(finite volume method, FVM)相结合提出了一种ISPH-FVM耦合方法.在ISPH-FVM耦合方法中,粒子和网格之间的信息交互是通过核近似插值技术实现,并将连续表面应力模型(continuous surface stress, CSS)引入当前耦合框架中以评估相界面处表面张力效应.此外, CSS模型通过FVM网格上定义的体积分数进行离散和计算,并且网格上的体积分数是通过网格支持域内ISPH粒子的核近似插值获得的.随后,利用ISPH-FVM耦合方法模拟了平衡状态下圆形气泡振荡以及单气泡上升,并将模拟结果与其他数值方法结果进行比较,验证了当前耦合方法中表面张力模型的收敛性以及界面追踪的准确性.为测试ISPH-FVM耦合方法模拟涉及复杂拓扑变化气泡流的性能,对上浮气泡与自由表面相...     

无单元法在有自由面渗流计算中的应用

针对有自由面渗流分析中的有限元固定网各法存在的不足，利用无单元法中积分网格和结点相互独立的优点，提出了有自由面渗流的无单元法。计算结果表明，无单元法可以方便地解决迭代计算中的自由面变化问题，实现了真正意义上的网格固定。     

粒子法中自由表面粒子识别

针对移动粒子半隐式法MPS（Moving Particle Semi-implicit Method）基于粒子数密度来判断自由表面会出现将内部粒子误判为自由表面粒子的问题,提出了一种结合几何法和体积法的自由表面粒子判定方法。通过对溃坝问题进行数值模拟,结果表明,全新的自由表面粒子判定方法对流体平稳运动以及剧烈运动两种工况,都能准确地判断出自由表面粒子,解决了基于粒子数密度判断方法因粒子分布稀疏产生误判的问题。[JP2]这种全新的自由表面粒子判定方法对今后采用MPS方法计算两相流问题时,两种介质在界面处的传热传质计算有重要意义。     

SPH方法Delaunay三角刨分与自由液面重构

光滑粒子法(SPH)作为一种拉格朗日型无网格方法,兼具欧拉网格方法和拉格朗日网格方法的优势,已经成功应用于科学和工程的众多领域。SPH方法后处理一般基于无规则分布的粒子,不如网格类方法后处理简便、直接。另外,SPH方法模拟自由液面流动等问题时,通过粒子位置难以重构自由液面的准确位置。发展一种基于Delaunay三角刨分的SPH后处理方法,即先基于SPH粒子位置利用Delaunay三角刨分建立三角网格,然后将粒子信息转化成网格单元/节点信息,从而可以在三角网格上进行后处理,实现基于网格方法的后处理功能,并可以在三角网格上直接提取或重构自由液面。将本文的方法应用到液滴碰撞和溃坝流SPH模拟结果的后处理中,得到了非常好的结果,表明本文的方法有效可靠。     

Modified incompressible SPH method for simulating free surface problems

An incompressible smoothed particle hydrodynamics (I-SPH) formulation is presented to simulate free surface incompressible fluid problems. The governing equations are mass and momentum conservation that are solved in a Lagrangian form using a two-step fractional method. In the first step, velocity field is computed without enforcing incompressibility. In the second step, a Poisson equation of pressure is used to satisfy incompressibility condition. The source term in the Poisson equation for the pressure is approximated, based on the SPH continuity equation, by an interpolation summation involving the relative velocities between a reference particle and its neighboring particles. A new form of source term for the Poisson equation is proposed and also a modified Poisson equation of pressure is used to satisfy incompressibility condition of free surface particles. By employing these corrections, the stability and accuracy of SPH method are improved. In order to show the ability of SPH method to simulate fluid mechanical problems, this method is used to simulate four test problems such as 2-D dam-break and wave propagation.     

Some improvements on free surface simulation by the particle finite element method

The Lagrangian method has become increasingly popular in numerical simulation of free surface problems. In this paper, after a brief review of a recent Lagrangian method, namely the particle finite element method, some issues are discussed and some improvements are made. The least‐square finite element method is adopted to simplify the solving of the Navier–Stokes equations. An adaptive time method is derived to obtain suitable time steps. A mass correction procedure is imported to improve the mass conservation in long time calculations and time discretization scheme is adopted to decrease the pressure oscillations during the calculations. Finally, the method is used to simulate a series of examples and the results are compared with the commercial FLOW3D code. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

MPS-FEM数值分析带自由面的流固耦合问题

随着计算科学的发展,研究人员为探索流固耦合问题的物理机理而提出了众多的数值方法。其中,耦合的移动粒子半隐式方法 MPS(Moving Particle Semi-Implicit method)和有限单元法FEM(Finite Element method)为流固耦合问题的数值仿真工作提供了新的途径。本文所有流场的数值模拟工作均采用课题组自主开发的无网格法求解器MLParticle-SJTU来完成。该求解器在原始的MPS法基础上,对核函数、压力梯度模型、压力泊松方程的求解和自由面判断方式等方面进行了改进。此外,在该求解器框架内,基于FEM法拓展了针对结构场进行求解的功能。首先,对MPS和FEM方法的理论模型及其耦合策略进行了介绍。然后,采用该自研MPS-FEM耦合求解器,数值模拟了溃坝流动对弹性结构的冲击及其相互作用的标准问题。通过将结构变形及自由面波型变化等结果与已发表结果进行对比,验证了该求解器在处理带自由面剧烈变化的粘性流体和柔性变形结构的耦合作用问题上的可行性。     

SHPB数据处理中的二波法与三波法

分析了传统的分离式霍普金森压杆测试数据处理方法(二波法)及其他被提出的改进方法的误差及优缺点,给出了传统二波处理方法在不同被测材料情况下所带来的误差。分析结果表明,基于绝对时间下的试件应力及应变计算的三波处理法具有最好的可信度且能最大程度地避免数据处理过程中的人为因素。传统二波法在不同测试情况下均不是优选的方法。对于三波测试无法进行的情况,也提出了一种简化三波处理方法。     

A volume-of-fluid method for incompressible free surface flows

This paper proposes a hybrid volume-of-fluid (VOF) level-set method for simulating incompressible two-phase flows. Motion of the free surface is represented by a VOF algorithm that uses high resolution differencing schemes to algebraically preserve both the sharpness of interface and the boundedness of volume fraction. The VOF method is specifically based on a simple order high resolution scheme lower than that of a comparable method, but still leading to a nearly equivalent order of accuracy. Retaining the mass conservation property, the hybrid algorithm couples the proposed VOF method with a level-set distancing algorithm in an implicit manner when the normal and the curvature of the interface need to be accurate for consideration of surface tension. For practical purposes, it is developed to be efficiently and easily extensible to three-dimensional applications with a minor implementation complexity. The accuracy and convergence properties of the method are verified through a wide range of tests: advection of rigid interfaces of different shapes, a three-dimensional air bubble's rising in viscous liquids, a two-dimensional dam-break, and a three-dimensional dam-break over an obstacle mounted on the bottom of a tank. The standard advection tests show that the volume advection algorithm is comparable in accuracy with geometric interface reconstruction algorithms of higher accuracy than other interface capturing-based methods found in the literature. The numerical results for the remainder of tests show a good agreement with other numerical solutions or available experimental data. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.