平面二维水流泥沙数学模型有限元分析

建立了水流泥沙平面二维数学模型，讨论了动边界处理方法及定解条件。在利用有限元方法建立了离散的常微分方程组后，采用了选择系数质量矩阵集中法求解，从而避免了大量方程组的联解，极大限度地节省了计算存贮量，缩短了计算时间。通过实例验证，该模型适用于短河段、沉沙区、放淤区、引航道及边界条件较复杂的水工建筑物附近动床河段的冲淤数值模拟，并有较高精度。     

长江土脑子河段曲线二维动床模型研究

采用控制体积法与SIMPLE算法对一般曲线坐标下控制方程进行离散和求解,建立了长江土脑子河段曲线二维动床模型.模型控制方程离散时物理量布置采用非交错网格,避免了采用交错网格时所需的大量插值计算,提高了计算效率.模型较全面地考虑了非均匀悬移质及推移质运动,具有较好的普遍适用性.通过长江土脑子河段三峡水库蓄水以后2004年3~6月实测水沙资料对模型进行了验证,计算结果表明模型能够合理地反映土脑子河段水沙运动及河床变形规律.     

长江中下游典型分汊浅滩河段二维水沙数学模型

以沙市河段为例,针对微弯分汊河段复杂的地形和河势,建立了正交曲线坐标下的平面二维水沙数学模型.考虑到阻力分布的确定是模型能否准确模拟微弯分汊河段年内主流摆动频繁、冲淤幅度大、洲滩变化剧烈等特点的关键,采用“动床率定”的方法确定糙率系数等参数,使阻力分布与地形相匹配,以提高模型的计算精度.通过对该河段水流泥沙运动过程及河床演变过程进行复演,结果表明,该模型能准确模拟该河段水流运动规律,不仅可以用于该河段复杂的冲淤变化模拟及预测,对其他浅滩河段数值模拟亦具有借鉴意义.     

三峡工程运用后荆江河段平滩河槽形态调整特点

为确定三峡水库蓄水后荆江河段平滩河槽形态调整特点,提出基于河段尺度的平滩河槽形态参数的计算方法,计算上、下荆江段2002—2013年汛后河段平均的平滩河槽形态参数.结果表明:三峡工程运用后,坝下游河床冲刷加剧,个别河段河势变化剧烈,但总体河势仍基本稳定;尽管局部河段的崩岸现象较为突出,但河段平滩宽度总体变化不大,上、下荆江平均河宽分别为1 388及1 305m,而河段平滩水深平均增加1.6及1.0m,故荆江河段的平滩面积在持续增加.最后建立河段尺度的平滩河槽形态参数与前期5a平均的汛期水流冲刷强度之间的计算关系,用于预测该河段平滩河槽形态随水沙条件的变化趋势.     

平原分汊河道水流数值模拟及其应用

针对平原分汊河道的特点,建立水流运动平面二维数学模型,采用有限单元法离散控制方程,能较好处理平原多汊河道的复杂边界.通过湘江下游香炉洲、冯家洲河段流速、水位及分流比的计算分析,计算结果与实测资料吻合较好.说明该模型的建立和边界处理方法合理,可用于河段治理方案的计算研究.     

卵石河流库区推移质运动数学模型

本文结合都江堰枢纽改建工程动床模型实验,进行都江堰枢纽卵石推移质冲淤变形数学模拟的研究。都江堰河段冲淤变形,主要由卵石推移质引起,故冲淤变形计算只计入卵石推移质的影响。文中根据都江堰卵石推移质输移特点,探讨了顺直河段及弯道河段各自的冲淤横向分布,卵石推移带宽、卵石推移质部份可动特点对输沙的影响。模拟计算结果与模型实测结果吻合较好。     

卵石河流库区推移质运动数学模型

本文结合都江堰枢纽改建工程动床模型实验,进行都江堰枢纽卵石推移质冲淤变形数学模拟的研究。都江堰河段冲淤变形,主要由卵石推移质引起,故冲淤变形计算只计入卵石推移质的影响。文中根据都江堰卵石推移质輸移特点,探讨了顺直河段及弯道河段各自的冲淤横向分布,卵石推移带宽、卵石推移质部份可动特点对输沙的影响。模拟计算结果与模型实测结果吻合较好。     

城区河段多排污口耦合作用的水质模拟

以金沙江中游某河段为例,通过分析城市河流的特性,建立平面二维水质模型,根据河段内当前存在的排污口的排污特征及其位置分布,计算了多排污口同时排污情况下河段内的水质情况,采用高精度网格对21 km的河段进行计算,模拟了污染物在河流中叠加耦合后的污染带分布,并根据计算结果分析判断污染物是否会对河段中取水口产生较大的影响,从而为城市规划提供了一定的科学依据.     

实时洪水预报模型及其在大盈江梁河段的应用

对流域产流的物理过程进行了分析,建立了地面及地下净雨划分的数学公式及流域产流的计算方法.采用系统分析的方法,将流域汇流过程视为流域的系统作用,从而建立了地表径流和地下汇流的计算模型.同时对模型的预报值进行了修正,使得预报精度更高.通过对该实时洪水预报模型在大盈江梁河段的实际应用,验证了该模型的可行性.     

三峡水库新蓄水方案对重庆河段航道的影响

运用重庆河段平面二维泥沙数学模型对三峡水库蓄水方案改变后重庆河段水流运动及泥沙冲淤进行模拟.文中给出了数学模型的计算条件、关键问题的处理方法及详细验证结果,并运用此模型计算分析了三峡水库采用新的蓄水方案后重庆河段在100年内的冲淤变化情况,结果表明:模型验证结果良好,具有较强实用性;新的蓄水方案情况下,重庆河段在三峡水库蓄水后淤积量逐年增长,泥沙淤积纵向分布主要集中宽阔的浅滩段,横向分布主要集中在汛期的回流区或边滩部位,部分浅滩河段随着三峡水库运用时间的增长出现碍航问题.     

用边界元法解电磁位场的边值问题

本文采用边界元法求解电磁位场的边值问题,简便、精确,易于处理不均匀和复杂的结构,并且对无界区域不需要某些附加条件,为工程应用提供了一条有效途径。     

基于积分法的热非平衡效应下剪切液膜流的表面波演化模型

当液膜表面同时存在热非平衡效应和切应力作用时,引发液膜流动不稳定的扰动及其影响将更为复杂。基于边界层理论,通过建立气液界面受热非平衡效应和切应力耦合作用的液膜流动的理论模型,采用包含弱非线性项的积分法,推导出热非平衡效应下剪切液膜流的表面波积分演化模型,模型中包括了相变强度、切应力、雷诺数和倾斜角度等不同参数的影响,为分析复杂边界条件下的液膜流的演化特征和稳定性提供了一种可借鉴的理论模型。     

大变形柔壳单元及谐波传动柔轮计算

作者首次在圆柱座标下建立大变形圆柱壳有限元数学模型,该模型简单、直观、实用,易于处理圆柱壳体在复杂几何边界条件及受载情况下的几何非线性问题.文中还通过作者编制的计算机程序对谐波传动柔轮进行大变形分析,得到同测试数据较好吻合的计算结果,从而为谐波传动柔轮的工程设计提供了科学的计算方法和宝贵的数据资料.     

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。     

钢筋混凝土结构疲劳时变可靠性分析

钢筋混凝土结构在疲劳荷载作用下材料要发生劣化,从而结构抗力降低,可靠度发生改变.笔者应用非线性有限元理论计算出结构"危险部位"钢筋和混凝土材料的疲劳应力,通过材料疲劳过程中强度和刚度的损伤劣化模型计算出结构的剩余抗力,并对其进行时变可靠性评估和剩余疲劳寿命预测.其研究方法适用于复杂结构形式和任意边界条件的钢筋混凝土结构疲劳验算和可靠性评估.     

基于两相流理论的低浓度挟沙水流运动数值模拟Ⅱ—数学模型的求解与验证

基于非结构网格上控制方程的离散思想,提出了曲线网格上低浓度挟沙水流控制方程离散的新方法.该方法采用有限体积法对控制方程进行离散,用基于同位网格的SIMPLE算法处理水流运动方程中水深和速度的耦合关系,且不需要对控制方程进行坐标转换,因而离散方程的形式简单,物理概念清晰,所得到的离散格式既适用于正交曲线网格还适用于非正交曲线网格,能够适应天然河道这类几何形状复杂的物理边界,从而使编程和计算变得更加简单有效.采用海河流域漳河的实测资料进行了验证计算,计算所得的水位、流速与河床冲淤变形与实测资料基本一致.     

基于Bingham模型考虑根系固土的边坡渐进变形模拟

把Bingham模型用于综合考虑植被根系固土作用的边坡变形分析中。由于含水量影响坡土的黏滞性系数,同时根系沿着坡土深度呈一定分布,因此分别假定黏滞性系数和根系提供的抗滑力为随坡土深度变化的简化函数,求解边坡滑移变形的位移显式表达式,由数值方法求解更为复杂的边值问题。将模型计算值与1个生态边坡实测值相比较,结果表明:Bingham模型计算结果能反映边坡滑移变形中的剪切层;根系分布深度、宽度及其随坡土滑移时间变化分布等亦是模型应该考虑的因素。     

基于精细解剖结构的左心室心肌缺血仿真

为解释心肌缺血诱发心律失常的机理,基于精细的人体心脏解剖数据,构建了一个整合的人体心室组织模型,并模拟了心肌缺血对折返波的影响.在处理无通量边界问题上,采用相场法来自动处理复杂的边界条件.通过增加缺血区域内细胞外钾离子浓度值,模拟了心肌缺血环境下折返波的传播过程.实验结果表明,折返波会随着缺血程度的改变而变化.随着缺血...     

圆环弯扭振动的精确解

本文推导了圆环弯扭振动的β_n(θ)表达式和特征值λ_n计算式。计算了二种边界条件下的特征值,解决了文[4]无法克服的困难。同时,利用微分方程的相似性,有效地解决了较难处理的边界条件问题。作者编写了计算各种情况和不同边界条件下特征值的程序,得到了满意的结果。     

钢筋混凝土结构多尺度建模与数值分析

采用通用有限元软件ABAQUS实现了精细单元与粗糙单元之间的界面耦合及变形协调,并通过算例验证了结构多尺度有限元分析方法的有效性和精确性。基于多尺度方法,结合纤维模型子程序与混凝土塑性损伤模型,对钢筋混凝土框架结构进行多尺度建模,并进行了弹塑性时程分析及局部构件损伤分析。结果表明：对于大型结构或复杂结构来说,多尺度计算可较好地模拟局部构件的复杂边界条件,为大型工程结构进行多尺度计算提供参考。