基于正交试验的非对称垂直轴水轮机数值模拟

运用正交试验法开展了具有非对称NACA翼型的垂直轴潮流能水轮机的非定常数值模拟研究,分析弯度、弯度位置、前缘半径、最大厚度位置对叶轮能量提取率的影响。使用极差分析法确定了各因素影响的主次顺序和各尖速比下由最优参数确定的翼型。结果表明:在不同尖速比下,弯度是影响水轮机性能的主导因素,对水轮机能量提取率的贡献率分别为44.7%(尖速比λ=2.25)、53.4%(尖速比λ=2.5)和59.4%(尖速比λ=2.75);次要因素为最大厚度所在位置,其余两个参数对其性能影响较小。针对最优参数确定的翼型进行验证,结果证实具有该翼型的水轮机的动力学性能要好于其他翼型。     

基于本构积分算法的岩体结构面三维弹塑性有限元模型

通过应用非关联塑性理论得到结构面的三维结构面本构关系,定义加载剪涨段和反向剪缩段以适应多方向的复杂加卸载条件,修正以往模型只能剪涨的问题,并考虑了结构面的软化效应。为了这个本构关系能够很好的用于实际工程的有限元计算,结合ABAQUS二次开发功能,编制了UEL用户自定义单元子程序。算法采用后退Eular法,以避免在有限元计算中出现应力状态偏离屈服面的情况,提出了基于本构积分算法的结构面单元,以及与其一致的算法模量,应对不平滑的屈服面展示了良好的收敛性和计算速度。最后进行数值实验,分别模拟了直剪实验,循环剪切实验和约束刚度实验。通过与实验结果的比较,确认了模型的合理性。