耦合FE/WB法在声分析中的应用

简要描叙FE法(finite element method)和WB法(wave based method)的理论背景以及耦合FE/WB法的数学基础.耦合FE/WB法利用两者的优势——FE法的广泛应用和WB法的高收敛特性,将FE模型中较大且几何简单的部分采用WB法代替.耦合模型具有相对较少的自由度.对于较高的频率还可以进行细分得到更高的计算精度,并利用模态缩减法进一步减少自由度数.数值算例结果表明,该耦合方法有潜力覆盖中频段的声分析.     

离散颗粒层被横向推移过程中的力学行为研究

研究发现,颗粒物质层被匀速推移挤压过程中,所需推移力先以线性规律增加,在某一确定点后,则会以指数规律增加.而颗粒物质是由众多离散颗粒组成的软凝聚态物质,其宏观上反映的是离散颗粒的个体性质和凝聚态物质的集体效应.颗粒与颗粒之间以及颗粒与边界之间的细观尺度接触力链的构成以及演变规律将会直接影响各种宏观受力情况,其摩擦力与挤压力便是力链的主要构成形式.围绕着定量描述细观力链特征,从而揭示力的变化规律这一目标,采用计算机模拟的方法,依照球形颗粒Hertz法向接触理论和Mindlin-Deresiewicz切向接触理论,对重力作用下不同数目的三维等径球体颗粒层的推移情况进行了离散元仿真模拟,量化分析了推移力变化规律、各摩擦力变化规律以及力链分布规律,发现摩擦力与挤压力在颗粒堆积的不同阶段对力链的构成起到了不同的主次作用,使得力链发生强弱演变,从而发现了推移颗粒物质层时推移力的变化规律及原因.这些结果有利于从力链角度揭示颗粒内部和颗粒与各边界之间的受力情况.     

A primitive-variable Riemann method for solution of the shallow water equations with wetting and drying

A Riemann flux that uses primitive variables rather than conserved variables is developed for the shallow water equations with nonuniform bathymetry. This primitive-variable flux is both conservative and well behaved at zero depth. The unstructured finite-volume discretization used is suitable for highly nonuniform grids that provide resolution of complex geometries and localized flow structures. A source-term discretization is derived for nonuniform bottom that balances the discrete flux integral both for still water and in dry regions. This primitive-variable formulation is uniformly valid in wet and dry regions with embedded wetting and drying fronts. A fully nonlinear implicit scheme and both nonlinear and time-linearized explicit schemes are developed for the time integration. The implicit scheme is solved by a parallel Newton-iterative algorithm with numerically computed flux Jacobians. A concise treatment of characteristic-variable boundary conditions with source terms is also given. Computed results obtained for the one-dimensional dam break on wet and dry beds and for normal-mode oscillations in a circular parabolic basin are in very close agreement with the analytical solutions. Other results for a forced breaking wave with friction interacting with a sloped bottom demonstrate a complex wave motion with wetting, drying and multiple interacting wave fronts. Finally, a highly nonuniform, coastline-conforming unstructured grid is used to demonstrate an unsteady simulation that models an artificial coastal flooding due to a forced wave entering the Gulf of Mexico.     

离散元与壳体有限元结合的多尺度方法及其应用

在深入研究复杂结构和非均质材料冲击响应和破坏机理的过程中,往往遇到多尺度计算问题。本文尝试建立三维离散元与壳体有限元结合的多尺度方法用于处理圆柱壳问题,该方法采用三维离散元对感兴趣的局域进行局部模拟,利用平板壳体有限元进行整体模拟,采用一种特殊的过渡层使离散元区和有限元区能很好的衔接。我们将这一方法应用于激光辐照下充压柱壳的热/力耦合冲击破坏响应,得到的模拟结果与文献报道有较好的吻合。     

功能梯度材料板件三维分析的半解析梯度有限元法

将半解析有限元与梯度有限元相结合,形成一种半解析梯度有限元来求解功能梯度材料板件问题。该方法兼有有限元法的适应性强、程序统一,半解析有限元法的节省单元与计算工作量,梯度有限元法的适应构件内部材料性能任意梯度分布等特点,并实现用一维数值计算给出构件三维分析结果。算例分析表明了方法的精度、功能与上述特点,充分揭示了功能梯度材料板件力学响应的三维形态。半解析梯度有限元法可推广应用到其他功能梯度材料面结构的各类分析中。     

自适应间断有限元方法求解双曲守恒律方程

研究自适应Runge-Kutta间断Galerkin (RKDG)方法求解双曲守恒律方程组,并提出两种生成相容三角形网格的自适应算法.第一种算法适用于规则网格,实现简单、计算速度快.第二种算法基于非结构网格,设计一类基于间断界面的自适应网格加密策略,方法灵活高效.两种方法都具有令人满意的计算效果,而且降低了RKDG的计算量.     

基于铰链式六面顶压机的二级6-8模超高压大腔体内置加热元件的设计与温度标定

 首次报道了一种新型的基于铰链式六面顶压机的二级6-8模大腔体静高压装置的内置加热元件的设计与温度标定。此加热组装结构简单,升温快,保温效果好,并有效地解决了国外基于两面顶压机构架下的二级6-8模内加热组装中热电偶在施加压力时易断的问题。以低成本的碳管为加热元件,采用直接和间接两种加热方式,用双铂铑（Pt6%Rh-Pt30%Rt）B型热电偶进行温度测量,并根据实验过程中加热功率与腔内实际温度的关系,对不同压力下腔体内的温度进行了标定。实验结果表明：此加热系统的油压达到40 MPa（腔体压力约10 GPa）时,温度可以达到1 700 ℃以上;在油压为30 MPa、样品室温度为1 000 ℃时,保温时间可达2 h,甚至更长;实验中获得样品的直径可达3 mm,高度可达7 mm,实现了在高温超高压条件下大样品的制备,满足了实验对产生高温超高压条件的需要。     

强激光干扰下运动目标热损伤效应的有限元研究

为对空中飞行目标实施合理有效的强激光干扰,需要综合考虑采用的干扰方式、干扰效果以及考虑光斑偏移对干扰效果的影响。以热传导理论为基础,建立了激光辐照下移动目标温度场模型,采用伽辽金法建立了有限元分析模型,采用了等效比热容的方法处理材料的相变过程;并以Ansys软件为仿真平台,对目标在高斯分布的强激光作用下的温度场和热应力进行了综合仿真分析。结果表明,光斑与目标辐照区域的相对偏移对目标表面温度影响较大,对目标纵深破坏效应相对较小,应力变化主要发生在激光辐照区域,应力最大处也会随热源的移动而变化。     

Directivity calculation with experimental verification for a conformal array of underwater acoustic transducers

The radiation directivity of a complicated conformal array of underwater acoustic transducers is presented based on the boundary ＂element method. It includes the element directivity of each transducer, the natural beam pattern and the controlled beam pattern of the transducer array. At first, the boundary element model of the conformal array is built up, and then the boundary condition is exerted on the model according to the design and environment in which the transducer array is used, and the radiation directivity of the conformal array is calculated. An experiment has been done to measure the directivity in an anechoic water tank. The calculated and the experimental results are compared and analyzed. They are consistent to each other. It is shown that the boundary element method together with the detailed calculations is successful to simulate and predict the radiation directivity of an underwater acoustic transducer array.     

一维三元异质结构光子晶体反射特性

利用传输矩阵法对一维三元光子晶体异质结构的光学特性进行了研究,讨论了介质层厚无序度对三元结构光子禁带的影响.研究表明,将具有相互交叠光子禁带的一维光子晶体叠加构成异质结,可以有效地增大全角度反射的频率范围,当入射角从0°增大到89°,该结构均可实现从0.410 w/w0到0.654 w/w0宽频波段的全反射;相对于二元结构,三元结构可以减小在实际制作过程中随机误差引起的介质层厚无序对光子带隙的影响.该研究结果可为实现可见光及红外光波段大角度反射器的制备及应用提供理论支持.