基于子结构中弯曲波的拉索索力识别方法

以轴向受拉修正Timoshenko梁模型为理论依托,从波的角度对拉索子结构的动力特性进行研究,分别讨论了近场波与行波,发现距离梁端一定距离或较高的频段可不考虑近场波的影响。基于梁结构中的行波传播特性,通过3个测点的频域响应,利用最小二乘法拟合得到波分量系数,再以拟合残差最小为目标进行拉索索力和抗弯刚度的识别。通过拉索振动的数值模拟实验验证了方法的精确性,索力与抗弯刚度值识别误差均不超过1%。相比传统的频率法,该方法基于子结构索力识别,不受减震器和边界条件的影响,而且可基于识别的子索段索力,通过静力分析反推拉索各个位置的索力,同时,在各频率采样点处均能识别出相应索力,减小了外部干扰对索力识别的影响。     

波浪作用下弹性海洋地基的动力反应

基于平面应变条件下的广义Biot理论，提出波浪直接作用下弹性海洋地基有限元分析方法。所提方法能够解决以往弹性海床解析法或各种形式的数值方法无法处理的、包含复杂边界条件的实际工况。以不透水基础下海洋地基为例，分析基础对超静孔隙水压力和有效应力的影响范围与影响程度。     

土与结构体系相互作用中的透射边界

现代抗震设计研究中，为了考虑土—结构体系的相互作用，可在计算模型中引入透射边界。常用的是由阻尼器构成的标准的透射边界，在此基础上提出了改进的透射边界。在土—结构体系的相互作用中，改进的透射边界比标准的透射边界好。     

VTI介质交错网格FCT有限差分数值模拟

波动方程有限差分数值模拟是研究地震波在地下介质中的波场特征和传播机理的重要手段.对于常规有限差分技术,当采用大网格对计算空间进行差分离散时会出现严重的数值频散问题,降低了计算精度.通量校正(Flux- corrected transport method,FCT)技术能够有效压制粗网格情况下有限差分的数值频散.本文研究了具有垂直对称轴横向各向同性(Vertical Transverse Isotropy,VTI)介质的交错网格FCT有限差分技术.首先从一阶速度一应力弹性波方程出发,在交错网格空间中给出了该方程的高阶有限差分法格式及稳定性条件,在此基础上研究了波动方程正演过程中的数值频散FCT压制技术,二者结合实现了该方程的高精度有限差分数值模拟.同常规算法相比,本文算法不额外增加内存需求,少量增加计算量,但可有效压制VTI介质中弹性波动方程正演的数值频散现象.当采用大网格进行数值模拟时,本文方法明显提高了波场模拟精度.     

TI介质弹性波场伪谱法数值模拟

地震波场模拟中的有限差分法和有限元法是使用广泛也较为成功的方法,但是它们还是或多或少地存在一些缺陷,如为了提高计算精度而使运算效率降低、在泊松比变化大的界面存在稳定性问题等。伪谱法是一种模拟精度和计算效率都比较高的地震波场数值模拟方法,首先给出TI介质中的波动方程,然后推导了T1介质的伪谱法计算公式,最后对一些介质模型进行了模拟试算。验证了方法的有效性和TI介质本身的一些特性。     

基于UWB源的二维地电模型FDTD正演模拟

采用FDTD(Finite Difference Time Domain)数值模拟方法及CPML(Convolutional Perfect MatchedLayer)吸收边界条件,建立了空气—地下半空间的简单地电模型,分别以UWB(Ultra Wide Band)信号和宽带信号作为发射源,模拟了不同形状(方形、圆形)异常体模型的正演情况。结果表明UWB信号作为发射源的正演模型、能量图能清晰地反映异常体的位置和形状,能区分异常体的电性特征;而宽带信号作为发射源的正演模型只能大致看出空气土壤分界面,不能较好地分辨出异常体,其相应的能量图具有不规则的多个脉冲,也不能反映异常体的形状位置特征。方形、圆形组合模型的正演结果进一步体现了超宽带信号高分辨率的特点,为更好地识别地下异常体,以及地电模型的反演提供了有利的依据。另外,CPML吸收边界条件的应用消除了入射到截断边界处波的反射。     

强夯加固机理的大变形数值分析

强夯过程的动力响应问题非常复杂,理论上难以用解析方法进行分析和求解,目前已有的数值分析方法多为小变形分析方法.考虑到强夯过程中实际土体的变形基本上属于大变形,因此采用大变形几何非线性有限元法分析强夯加固机理.在强夯计算模型中,引入P波阻尼和S波阻尼的概念来说明土体的材料阻尼特性,同时运用改进人工边界法来模拟波在人工边界上的传播.为了保证模型的网格稳定,计算程序中增加了液化单元分析.通过一个工程实例,对其加固深度、变形特征、应力分布进行了数值分析,对比结果验证了强夯大变形分析的正确性     

确定非均匀土层自由场地震动二维简化模型

研究了非均匀土层自由场地震动的二维简化模型.取非均匀土层剪切模量沿深度按幂函数变化(G=G0zp,其中G0和p为常数).首先,利用弹性波动理论,得到土介质的二维波动方程;再采用分离变量法来求解该方程,根据波的衰减特性确定波沿水平方向衰减系数,得到水平分量的解析解;然后,将水平分量的解析解带入原二维波动方程组中,将原二维波动方程组转化为一维形式.再利用MATLAB计算软件计算出其数值解;最后,通过具体算例,分别对研究的二维简化模型与一维剪切梁模型进行比较.     

Effective loading algorithm associated with explicit dynamic relaxation method for simulating static problems

Based on the fact that a static problem has an equivalent wave speed of infinity and a dynamic problem has a wave speed of finite value, an effective loading algorithm associated with the explicit dynamic relaxation method was presented to produce meaningful numerical solutions for static problems. The central part of the explicit dynamic relaxation method is to turn a time-independent static problem into an artificial time-dependent dynamic problem. The related numerical testing results demonstrate that: (1) the proposed effective loading algorithm is capable of enabling an applied load in a static problem to be propagated throughout the whole system within a given loading increment, so that the time-independent solution of the static problem can be obtained; (2) the proposed effective loading algorithm can be straightforwardly applied to the particle simulation method for solving a wide range of static problems. Foundation item: Projects(10872219; 10672190) supported by the National Natural Science Foundation of China     

波浪中船体与液舱晃荡耦合运动的时域数值计算

为分析液舱流体晃荡对波浪中船体运动性能的影响,针对船体外流场与液舱内流场(液体非线性晃荡)分别采用时域势流理论方法计算,建立了在波浪中船体与液舱流体晃荡耦合的时域运动方程.其中波浪中船体水动力和时延函数采用切片法和脉冲响应函数法计算获得,舱内液体非线性晃荡采用时域边界元法计算.对S175加载方形液舱在迎浪横浪等不同工况下液舱流体晃荡及其与船体运动耦合分别进行了计算模拟与验证研究.研究表明,在不出现液面破碎等强非线性现象时,能够给出较好的液舱流体晃荡波形和压力;耦合运动模拟结果能清晰地反映液舱晃荡对船体运动的影响,并准确给出船体有无加载液舱时共振频率的偏移现象;数值与试验结果吻合良好,并具有较高的计算效率,为设计载液船舶或减摇水舱等的前期设计提供了快速有效的分析方法和技术手段.     

基于波动理论的粘弹性人工边界内源波动有限元分析

在地震激励作用下,当地基为无限介质时能量将逸散到无穷远处而耗散.目前广泛采用的无质量固定边界模型引入了不真实的反射地震波,无法模拟地震波的真实传播过程.基于波动理论采用粘弹性人工边界模拟地震波内源波动的远域能量逸散效应,并将计算结果与固定边界模型进行比较.计算结果表明粘弹性人工边界削弱了固定边界引起的荷载放大效应,能更...     

超声波体积流量计声场混合计算方法

超声波体积流量计测量空间内声场分布主要由换能器性能和实际工况下的流场共同决定. 在进行相关声场研究时,为了解决仅使用数值法难以对实际换能器重要计算参数进行准确建模的问题,提出联合测量边界条件和数值法的混合计算方法对声场进行求解. 计算模型的振动边界条件通过使用扫描式激光测振仪测量换能器表面离散点的振动速度并对其进行数据拟合来准确获取,实现以实验测量的数据对建模不确定性最大的换能器进行表征. 由计算流体动力学对超声体积流量计在不同体积流量下的流场进行求解,并将获取的流场导入数值计算模型中作为背景流场. 借助有限元软件COMSOL求解由非均匀流中线性声学式推导的控制式对声场进行预测. 比较预测和实验结果,对混合计算方法进行验证.     

爆炸冲击波数值计算网格划分方法研究

在爆炸冲击波数值计算过程中,计算精度很大程度上取决于空气和炸药的有限元网格尺寸.现在常用的爆炸冲击波数值计算网格划分方法大多是针对某一当量炸药的,在使用中存在一定的局限性.针对这一问题,本文提出了一种与炸药当量相关的网格划分方法,并应用有限元软件LS-DYNA进行了计算对比,结果表明:该方法适用性很好,而且在计算精度与计算效率上取得了很好的平衡.     

振荡流反应器注入分散过程模拟

振荡流反应器(OFR)是一种新型的化工设备。对OFR进行深入的实验研究的同时，也在不断地对它进行数值模拟。采用计算流体力学对振荡流反应器的注入分散过程进行了三维模拟。给出了粒子分散的拉格朗日方程以及相应的边界条件和初始条件，然后根据所建模型给出了三维网格非结构化划分形式；在离散过程中，采用有限体积法和SIMPLE法求解和运用粒子浓度标准方差的处理技术，从而使模拟结果更为可靠。最后以净流量为零的情况下，St=1．0、Re0=200，注入粒子数量为：1000个OFR单腔室粒子注入分散过程为例进行了数值模拟，并对结果进行了简要的分析。     

二维数值水槽波浪生成过程及波浪形态分析

为了弥补物理模型试验投资大、模型相似性差等缺点，利用数学模型进行流体力学研究越来越普遍。基于物理水槽造波原理，在FLUENT流体软件中通过设定造波板边界的运动来模拟实际造波板的运动过程，实现了二维规则波的数值模拟，并给出了波高随造波板运动周期、振幅及坐标的变化规律。对波浪形态的分析表明，利用本文研究的数值模拟方法所生成的波浪符合实际造波形态。通过改变边界条件，用该方法也可以实现二维不规则波和随机波的数值模拟。     

瞬变电磁法三维模拟计算研究进展

瞬变电磁法应用于矿产资源、环境工程等领域。目前主流的瞬变电磁三维正演模拟方法包括积分方程法、有限差分法、有限体积法和有限元法。随着观测环境的复杂化以及探测精度要求的提高,有必要研究瞬变电磁法高精度三维模拟计算,以便推动数据处理解释方法的进步。本文系统介绍了瞬变电磁三维正演计算研究进展,分析了准静态差分方程的构建和发射源的加载及边界的处理等有限差分法的关键技术,厘定出空间和时间离散以及大型线性方程组的求解等有限元法的难题。瞬变电磁数值模拟今后的发展方向是深入开展近源情况下受场源效应、复杂地形、极化效应等影响的三维模拟,以及特殊场情况下的多源多分量响应计算,为瞬变电磁法精细探测提供理论支撑。     

小推力液体火箭推进系统脉冲工况数值模拟

给出了液体火箭推进系统脉冲工作过程数值仿真模型；基于管道中一维流动力学方程的特征线解法，微分方程用差分解法，边界条件直接含在了模型中；对影响发动机多脉冲起动的主要参数进行了数值计算，计算结果与试验中发动机的工作参数具有较好的一致性；仿真软件和所得结果对小推力液体火箭推进系统设计具有重要参考价值。     

目标散射问题的有限模型

将有限元法同人工透射边界的处理方法结合起来,首次以一种图象清楚、过程简单、适应性强的计算方法对目标散射问题进行讨论,对简单散射问题与解析解对比,并讨论误差情况.     

Diving control of underactuated unmanned undersea vehicle using integral-fast terminal sliding mode control

The problem of diving control for an underactuated unmanned undersea vehicle(UUV) considering the presence of parameters perturbations and wave disturbances was addressesed.The vertical motion of an UUV was divided into two noninteracting subsystems for surge velocity control and diving.To stabilize the vertical motion system,the surge velocity and the depth control controllers were proposed using backstepping technology and an integral-fast terminal sliding mode control(IFTSMC).It is proven that the proposed control scheme can guarantee that all the error signals in the whole closed-loop system globally converge to the sliding surface in finite time and asymptotically converge to the origin along the sliding surface.With a unified control parameters for different motion states,a series of numerical simulation results illustrate the effectiveness of the above designed control scheme,which also shows strong robustness against parameters perturbations and wave disturbances.     

电磁超声表面波辐射声场的三维有限元分析

为了得到电磁超声表面波换能器在被测试件表面和内部的辐射声场分布,采用ANSYS有限元仿真软件对电磁超声换能器辐射声场进行仿真.建立了电磁超声换能器三维有限元模型并进行了优化,给出了被测试件中感生涡流与换能器激励线圈参数的量化关系.通过电磁结构耦合的方法得到被测试件内部及表面不同方向质点的位移变化,分析了在被测试件内部的辐射声场分布,并给出了被测试件表面辐射声场的指向性规律.根据仿真模型搭建了电磁超声探伤平台,实验结果与指向角仿真结果基本吻合.实验结果表明：对电磁超声表面波辐射声场的有限元仿真,为其设计优化、实际探伤范围的确定、接收线圈放置位置,以及收发装置的安装角度提供了依据.