非定常Navier-Stokes方程基于两重网格离散的有限元并行算法

基于两重网格离散和区域分解技巧,提出三种求解非定常Navier-Stokes方程的有限元并行算法.算法的基本思想是在每一时间迭代步,在粗网格上采用Oseen迭代法求解非线性问题,在细网格上分别并行求解Oseen、Newton、Stokes线性问题以校正粗网格解.对于空间变量采用有限元离散,时间变量采用向后Euler格式离散.数值实验验证了算法的有效性.     

适用于等熵流动的交错拉氏Godunov方法

为消除传统单元中心型Godunov方法在求解稀疏波问题时的非物理过热现象,发展一种适用于等熵流动的交错拉氏Godunov方法.主要的特征是采用速度与热力学变量交错分布的形式,避免在单元内进行速度平均,从而消除由于动量平均过程导致的动能耗散.与传统的von Neumann型交错网格方法相比,网格的边界通量由节点处的多维黎曼求解器提供,克服了多维人工粘性选取带来的困难.为减少多维黎曼求解器在求解稀疏波问题时的非物理熵增,给出稀疏波出现的合理判据,从而保证了热力学关系式的满足.数值实验表明：该方法能很好地消除稀疏波的过热现象,同时在求解激波问题时又能保持与传统单元中心型拉氏方法相同的激波捕捉能力.     

对流项占优问题的MLPG/SUPG方法数值模拟

在计算对流项占优问题时易产生假扩散,本文把流线型迎风格式应用于MLPG方法中可以减少对流项的影响,通过两个典型例子（旋转流场问题和Brezzi问题）验证该格式的精度与有效性,并与文献中的迎风格式的计算结果进行比较,计算结果表明,该方法能有效地克服假扩散现象,有较好的稳定性和较高的计算精度。     

不同热物性下串联双圆柱共轭传热的数值分析

基于Chimera网格采用有限体积法模拟串联双圆柱在亚临界区的共轭传热,采用二维瞬态N-S方程,结合RNG k-ε湍流模型和压力Poisson方程方法,分析亚临界区(Re=6×104)不同固体与流体热容比以及导热系数比下,圆柱表面努赛尔数和圆柱内无量纲温度的变化规律.结果表明,圆柱内温度稳定后最高温度随着导热系数比的提高减小并逐渐趋于平缓,但体积热容比对于稳定后的温度场影响并不明显;另外圆柱内部最高温度位置随导热系数比提高而向后圆柱后部移动;下游圆柱的表面温度以及柱内最高温度均高于上游圆柱,而上游圆柱努赛尔数要高于下游圆柱.     

HyperFLOW软件非结构网格亚跨声速湍流模拟的验证与确认

计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)数值模拟在航空航天等领域发挥越来越重要的作用,然而CFD数值模拟结果的可信度仍然需要通过不断地验证与确认来提高.本文给出了从制造解精度测试、简单到复杂外形湍流模拟网格收敛性研究等三个方面开展CFD软件验证与确认的方法,并对自主研发的CFD软件平台HyperFLOW在非结构网格上模拟亚跨声速湍流问题的能力进行了验证与确认.首先通过基于Euler方程和标量扩散方程的制造解精度测试,分别验证了HyperFLOW在非结构网格上对Euler方程和黏性项的求解精度,结果表明其能够在任意非结构网格上达到设计的二阶精度. 其次,通过NASATurbulence Modeling Resource中的湍流平板、二维翼型近尾迹流动、二维Bump等几个典型的亚声速湍流算例的网格收敛性研究,量化考察了数值结果的观测精度阶和网格收敛性指数,并与国外知名CFD解算器CFL3D,FUN3D的计算结果进行了对比,验证了HyperFLOW对简单湍流问题的模拟能力,且具有良好的网格收敛性和计算精度(阶). 最后,通过NASA CommonResearchModel标模定升力系数的网格收敛性研究和升阻极曲线预测,验证了软件在复杂外形亚跨声速湍流流动数值模拟中也具有良好的可信度.      

连续梁在周期荷载下的动力稳定性简化分析方法

对于一般任意支撑的连续梁结构动力稳定性问题,已有的计算方法求解过程都很复杂,给工程设计带来极大的不便．本文提出了一个简化的分析方法,利用现有的商业软件,只需求得连续梁的自然频率及静力屈曲（失稳）荷载,就可容易得到结构的动力失稳区域,当考虑结构阻尼对不稳定区域的影响时,可将阻尼矩阵表达为Rayleigh阻尼的形式．研究结果表明：采用本文计算方法与已有的理论计算方法得到的连续梁主参数共振的不稳定边界非常吻合,而本文计算方法更为简单,计算结果可靠,计算精度高,可满足工程设计的需要．     

基于XFEM与自适应网格的非均质材料裂纹扩展模拟

针对含有间断的非均匀材料的断裂问题,本文将虚节点多边形单元的形函数引入到扩展有限元（XFEM）中,提出了一种基于四叉树结构的动态网格细化方法,该方法可对间断面附近单元实现可调控的多层级细化,特别是对于裂纹扩展问题,可实现裂尖附近单元的动态网格细化与粗化。基于以上网格细化方法,本文提出了针对非均匀材质裂纹扩展问题的计算方法VP-XFEM。为验证算法的准确性与计算效率,针对含有孔洞及材料界面的断裂问题,本文给出了相应的算例。结果显示,与传统的一致性网格的XFEM相比,VP-XFEM能够明显改善计算精度与计算效率。     

薄板弯曲分析的节点积分高阶无网格法

采用高阶无网格法求解薄板弯曲问题,在已发展的线性曲率光顺方案的基础上,通过引入泰勒展开技术,建立了能够精确再现纯弯曲和线性弯曲模式的节点积分方法。与之相比,目前无网格薄板分析主要采用的节点积分方法仅能精确再现纯弯曲模式。数值结果表明,本文方法可精确通过纯弯曲和线性弯曲试验,且能得到光滑、无振荡的弯矩场。与标准的高斯积分方法和目前已存在的节点积分方法相比,本文方法在计算精度、效率以及弯矩分布等方面均展现出显著优势。     

利用人的视觉简化感测技术

利用肉眼作为主要部件的一种荧光探测方法有希望把荧光分析从实验室搬到现场.由马里兰医科大学荧光光谱测量中心的科学家研究出来的这种技术还包括使用偏振镜、滤光片和发光二极管(LED)或者激光激励源.据有关的研究人员说,这是一种非常简单的概念,但据他们所知,到目前为止尚未有人使用过这种装置.他们的目的是研究出一种任何个人都能方便使用的、比较便宜的简单方法.     

投入产出系统的完全需要系数矩阵的简化计算方法

对大型投入产出系统进行经济结构分析，需要考虑对投入产出系统的分解，由最终产品确定总产品，需要计算完全需要系数矩阵（I－A）^-1。由于投入产出系统的分析和计算的工作量主要集中于（I－A）^-1，本文给出了矩阵（I－A）^-1的简化计算方法，它具有非常的实际意义。