近床面水平圆柱局部冲刷二维数值模拟

为研究近床面水平圆柱的局部冲刷问题,基于N-S方程和有限体积法,在FLUENT中通过二次开发建立了局部冲刷二维数值模型。模型采用标准κ-ε紊流模型来计算水平圆柱周围的流场,同时借助FLUENT软件中的自定义函数功能提取床面剪应力参数来计算该时刻的推移质输沙率及床面节点位移变化值,然后运用动网格技术来模拟床面地形的变化,通过物理模型试验来进行模型验证。结果表明,计算结果与试验结果基本一致,从而证实了冲刷模型的准确性。     

电活性聚合物圆柱壳静态与动态电压下的响应及稳定性

摘要：在电活性聚合物圆柱壳内外表面施加电压,圆柱壳会变薄并且伸长,因此相同的电压会在圆柱壳内产生更大的电场。这个正反馈可能使圆柱壳厚度不断变薄,最终导致其失稳破坏。本文研究了电活性聚合物圆柱壳在静态和周期电压作用下的响应及稳定性问题。采用neo-Hookean材料模型得到描述圆柱壳表面运动的非线性常微分方程。给出了圆柱壳在不同厚度和边界条件下外加电压随圆柱壳变形的变化曲线,结果表明存在一个临界电压,当外加电压大于这一临界值时,圆柱壳将被破坏。同时,也讨论了厚度和边界条件对临界电压的影响。圆柱壳在正弦周期电压作用下,其运动随时间的变化是周期性的或拟周期性的非线性振动。给出了圆柱壳振动固有频率的计算结果,采用打靶法得到圆柱壳振动的周期解,并且用数值法研究了周期解的稳定性。采用数值仿真得到圆柱壳振动振幅随外加动态电压激励频率的变化曲线,结果表明圆柱壳会发生多频共振,共振时圆柱壳振幅发生跳跃,导致圆柱壳失稳破坏。最后给出共振点临近点的振动曲线和相图,并对其振动特性进行讨论。     

横向磁场中导电壳体的亚谐波共振与稳定性

研究了磁场环境中受机械载荷作用圆柱壳体的三阶亚谐波共振问题.在给出横向磁场和机械动载共同作用下导电圆柱薄壳的振动方程基础上,应用伽辽金积分法,并进行无量纲化处理,导出了相应的非线性振动微分方程.应用多尺度法对三阶亚谐波共振问题进行求解,得到了稳态运动下的幅频响应方程及共振解的存在域和稳定性条件.通过算例,给出了共振非平凡解的存在域以及反映振幅与各参数关系的曲线图,讨论了电磁与机械参量对壳体振动的影响.     

Exact solution and transient behavior for torsional vibration of functionally graded finite hollow cylinders

Exact solutions are obtained for transient torsio- nal responses of a finitely long, functionally graded hollow cylinder under three different end conditions, i.e. free-free, free-fixed and fixed-fixed. The cylinder with its external surface fixed is subjected to a dynamic shearing stress at the internal surface. The material properties are assumed to vary in the radial direction in a power law form, while keep invariant in the axial direction. With expansion in the axial direction in terms of trigonometric series, the governing equations for the unknown functions about the radial coordinate r and time t are deduced. By applying the variable substitution technique, the superposition method and the separation of variables consecutively, series-form solutions of the equations are obtained. Natural frequencies and the transient torsional responses are finally discussed for a functionally graded finite hollow cylinder.     

一种新的高阶弹簧-阻尼-质量边界——-无限域圆柱对称波动问题

提出一种描述力-位移时间卷积关系的高阶弹簧-阻尼-质量模型,并将其作为人工边界条件直接应用于弹性动力学无限域圆柱对称运动问题的时域数值求解. 该人工边界条件不存在旁轴近似、多次透射等位移型外推人工边界条件普遍存在的高、低频失稳问题;与黏性、黏弹性边界等应力型人工边界条件相比,它具有高阶精度,且是严格高、低频双渐近的,也可以退化到黏性、黏弹性边界;该边界可以像黏性、黏弹性边界一样利用商用有限元软件中内置的并联弹簧-阻尼器、质量单元和时间积分求解器在商用软件中方便地实现,便于研究人员和工程师应用. 分析的几个简单数值算例也验证了该边界条件的上述优点.      

高导无氧铜圆柱-平板冲击实验及不同本构模型效果比较

利用一级气炮对高导无氧铜(OFHC)进行了圆柱以205 m/s速度冲击平板实验,并进行了数值模拟。用锰铜应力计测试了靶中应力随时间的变化,并进行了回收观测。采用Johnson-Cook(J-C)、Zerilli-Armstrong(Z-A)、Steinberg-Cochran-Guinan(S-C-G)3种本构模型对实验进行了数值模拟。实验结果与数值模拟结果比较表明:就峰值应力而言,采用J-C、Z-A及S-C-G本构模型的计算结果都比较接近实验;就圆柱变形而言,Z-A及S-C-G模型的计算较J-C模型结果更符合实验。然而,速度为500 m/s冲击实验的数值模拟结果表明:3种本构模型的计算结果差异明显。     

碳纳米管在水中的运动阻力特性

采用分子动力学(MD)方法,模拟了(5,5),(7,7),(10,10)以及(5,5)/(10,10)碳纳米管在水中的速度衰减过程,得到了它们的阻力-速度与阻力-雷诺(Re)数关系曲线,进而将MD模拟的阻力结果与低Re数宏观流体力学(MFD)中圆柱绕流的阻力解进行了对比。研究表明,低Re数下,碳纳米管在水中的阻力要比传统MFD中圆柱绕流的阻力解高数十倍。碳纳米管在水中的阻力可通过圆柱的MFD解乘以(48.58-0.54Re)近似估算。     

三维串列双圆柱绕流气动流场及声场模拟

数值模拟三维串列双圆柱在不同间距比下湍流流态及其辐射声场.采用大涡模拟(LES)求解非定常不可压缩Navier-Stokes方程得到瞬时流场数据,从而得到声源相关数据,求解基于FW-H积分方程的Farassat-1A方程计算载荷噪声得到相应声场分布.通过对不同间距比下相应的声场及观测点的声压频谱图进行比较可以发现:随着间距的变化,流场呈现出3种不同的流态,其声场也呈现不同的特点,在临界间距比下,总噪声值最大.     

FORMULATION AND EVALUATION OF AN ANALYTICAL STUDY FOR CYLINDRICAL HELICAL SPRINGS

The free vibration analysis of cylindrical helical springs is carried out by means of an analytical study.In the governing equations of the motion of the springs,all displacement functions are defined at the centroid axis and also the effects of the rotational inertia,axial and shear deformations are included in the proposed model.Explicit analytical expressions which give the vibrating mode shapes are derived by rigorous application of the symbolic computing package MATHEMATICA and a process of searching is used to determine the exact natural frequencies.Numerical examples are provided for fixed-fixed boundary conditions.The free vibrational parameters are chosen as the number of coils(n=4 ～ 14),the helix pitch angle(α=5 ～ 30?) and as the ratio of the diameters of the cylinder and the wire(D/d=4 ～ 18) in a wide range.Validation of the proposed model has been achieved through comparison with a finite element model using two-node standard beam elements and the results available in published literature,which in these cases indicates a very good correlation.     

固-液圆柱掺杂声子晶体中弹性波的缺陷模

利用一维固-液圆柱形掺杂声子晶体中弹性波横向受限的条件,推导出弹性波在一维固-液圆柱形掺杂声子晶体中各种模式满足的关系式,研究了各种模式弹性波的特性。利用转移矩阵计算出弹性波的缺陷模随模式量子数以及圆柱半径的变化规律,得到了一些一维固-液结构圆柱形掺杂声子晶体缺陷模的新特征。研究结果表明,缺陷模的频率和半高宽均与模式量子数和圆柱半径有关。