喷砂冲蚀实验中颗粒轨迹的数值预测

针对冲击磨损实验研究中磨粒群体的运动轨迹难以准确表征的问题,在负压喷射砂粒群冲击Q235钢板的实验中宏观测量了砂粒撞击的速度与位置分布,并使用数值方法模拟了实验砂粒与空气在喷嘴内外的双向耦合过程,以实现负压喷射砂粒群的轨迹预测。计算中提出了非球形粒子在相对马赫数接近1时的曳力模型,以反映空气可压缩引起砂粒表面流动分离的现象,并合理选择Magnus升力模型及壁面反射模型,最终数值预测的砂粒碰撞速度以及撞击位置与实验情况吻合良好。     

求解流固耦合问题的一种四步分裂有限元算法

基于arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE) 有限元方法,发展了一种求解流固耦合问题的弱耦合算法．将半隐式四步分裂有限元格式推广至求解ALE描述下的Navier-Stokes（N-S）方程,并在动量方程中引入迎风流线（streamline upwind/Petrov-Galerkin, SUPG）稳定项以消除对流引发的速度场数值振荡;采用Newmark-β法对结构方程进行时间离散;运用经典的Galerkin有限元法求解修正的Laplace方程以实现网格更新,每个计算步施加网格总变形量防止结构长时间、大位移运动时的网格质量恶化．运用上述算法对弹性支撑刚性圆柱体的流致振动问题进行了数值模拟,计算结果与已有结果相吻合,初步验证了该算法的正确性和有效性．