三维多孔介质的热弹性动力问题研究

在Ｂｉｏｔ理论的基础上，考虑了瞬态热弹性，热载荷影响因素，对在这一因素作用下的三维多孔介质的基本方程进行了推导。讨论了瞬态热弹性，热载荷作用下多孔介质４种情况的边界并进行了划分。     

饱和多孔介质散射问题中局部地形影响的显式数值分析法

为了能合理分析局部场地条件对地震波散射波场的影响,基于饱和多孔介质理论的土力学模型,提出了一种显式有限元与黏弹性人工边界相结合的数值波动模拟方法.采用二维模型,以圆弧形凹陷河谷为例,分析了局部地形对饱和多孔介质中散射地震波场的影响,并通过与远置边界结果的对比,说明了该方法的正确性和适用性.     

基于孔隙尺度的方腔内多孔介质融化模拟研究

由于单松弛(LBGK)格子Boltzmann模型在用反弹格式处理无滑移边界时存在缺陷。基于孔隙尺度,采用多松弛(MRT)格子Boltzmann模型研究封闭方腔内多孔介质的自然对流融化过程,其中,通过焓方法考虑相变潜热。分析了Rayleigh数和Prandtl数对融化的影响。结果表明:采用的多松弛模型能很好的预测导热和对流融化过程;多孔介质的导热融化界面不再与垂直壁面平行,自然对流融化界面呈现不规则形状;Rayleigh数和Prandtl数对多孔介质的融化有较大影响。     

多孔介质干燥的非平衡热力学模型

从非平衡态热动力学和相平衡的角度,建立了多孔介质干燥的非线性数学模型．该模型充分考虑了多孔介质内部传热传质之间的相互耦合现象,从化学势的定义出发,进一步从理论上分析了温度、含湿量对各唯象系数的影响,并通过与实验数据的对比分析,验证了模型的正确性,为干燥过程的实施提供了理论依据。     

考虑裂隙的多孔介质中对流扩散现象的仿真模拟

为研究裂隙多孔介质中的对流扩散现象,采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法从孔隙尺度下模拟了裂隙中孔隙水的流动过程,仿真实现了考虑裂隙时溶质穿透多孔介质的真实运移过程,并提出一种简化处理的两流区模型对穿透过程加以描述.计算中首先采用SPH方法求解纳维斯托克斯方程,建立能考虑复杂多孔颗粒边界的二维流场模型,并基于此模型进行了溶质穿透三种不同裂隙宽度的多孔介质的仿真实验.随着介质中裂隙宽度增大,裂隙区域流速与基质区域流速差增大,穿透曲线中早期穿透和拖尾现象越明显;采用两流区模型能够描述这一现象,但一般化的模型难以得到精确解,因此提出一种简化处理办法,并给出了该简化模型的解析解.结果表明,该简化模型能够很好地描述裂隙多孔介质中溶质的运移规律,并可反演得到裂隙流中对流扩散的相关参数.     

基于FLUENT对惰性多孔介质中湍流预混燃烧的模拟

采用了多孔介质气固间局部热平衡假定,建立了二维的多孔介质中湍流燃烧模型.通过用户自定义函数在FLUENT6.1的多孔介质模型中引入湍流和辐射的作用,对多孔介质中甲烷-空气预混燃烧的特性进行了数值模拟.得到的多孔介质中的计算流场更加合理,流速均匀且消除了多孔区近壁面速度高而中心低的不合理速度场.计算结果显示多孔介质中温度分布均匀,壁面温度和中心温度相差很小,比FLUENT软件不考虑多孔介质辐射的结果更加合理.通过计算甲烷-空气的两步反应,得到了多孔介质中速度场、温度场和浓度场的分布理论预示结果,并与试验结果进行了比较,发现二者趋势一致.利用FLUENT软件求解多孔介质中燃烧问题是有效的,该二维惰性多孔介质燃烧模型是合理的.     

弹性动力学方程边界元法计算公式探讨

弹性动力学是力学领域中的一个重要课题。在采用边界元方法计算时有许多数值方法值得探讨,尤其是奇异积分的处理。本文讨论了在Ｆｏｕｒｉｅｒ变换下弹性动力学方程边界元方法中的奇异积分的一种计算方法。     

边界元法在岩土力学中的应用(一)

本文以边界元间接法为基础推求了线性分布单元的数学表达式,并对体力的边界积分形式、分层介质的处理及有限元与边界元耦合问题作了探讨,对它们在高层结构与地基基础共同作用方面的应用提出了探讨意见。     

地震波方程频率域边界元法

分析了复杂地下介质情形地震波传播的数学模型，讨论了地震波数学模型数值求解的频率域边界元方法，并得到波动方程频率域边界元法的离散化计算公式。最后，针对波动方程边界元方法给出了一些实用性的结论。     

内芯结构对水冷燃烧器燃烧特性的影响

针对高热值气体在多孔介质中燃烧时泡沫多孔介质熔融损坏和热力型NOx大量生成的问题,设计了一台具有水冷边界的多孔介质燃烧器。在燃烧强度为200 kW/m~2,当量比为0.90,水流量为1.2 L/min的条件下,在孔隙均匀型、纵向变化型和横向变化型各3种结构的多孔介质燃烧室内组织液化石油气-空气的燃烧试验,探究内芯结构对水冷燃烧器燃烧特性的影响规律,获得综合性能较好的内芯结构。结果表明:9种内芯结构中,孔隙纵向变化型的综合性能优于均匀型和横向变化型,其热量传递效果最好,不完全燃烧产物含量最低,NO_x排放量可控制在34 mg/m~3。在气流方向上孔隙密度(PPI数)由小到大再变小排列,有利于燃烧和传热的需求。     

饱和土体中衬砌隧道在移动荷载下的动力响应

为了研究移动点荷载作用下饱和土体全空间中圆形衬砌隧道的三维动力响应,采用解析方法进行求解.用无限长圆柱壳模拟衬砌,用Biot饱和多孔介质模型模拟土体.引入两类势函数表示土骨架和孔隙水的位移,在不同环向模态下利用修正Bessel方程求解各势函数.结合边界条件,得到频率-波数域内衬砌和土骨架位移、孔隙水压力的解答.对各模态下的解答求和,并进行双重Fourier逆变换得到时间-空间域内的动力响应.通过算例分析荷载速度、土体渗透性等对位移及土体孔压的影响.结果表明：饱和土体中衬砌隧道系统存在临界速度,该速度与土体剪切波波速很接近;位移场和孔压场分布受荷载速度、土体渗透性影响较大;随着土体渗透性增大,土体孔压减小;高速荷载时的位移响应频谱与低速荷载时的差别很大．     

考虑埋深的平面波作用下基础振动分析模型

实际情况下基础都有一定埋深,这将改变土体中的散射波场并最终影响地基 基础的动力相互作用.运用Biot波动方程理论,研究了平面波作用下饱和地基中埋置刚性圆形基础的竖向振动.引入Novak模型,将基础侧面的上覆土层视为由若干极薄饱和圆环层组成,将基底视为饱和半空间.考虑基础侧面对入射波的散射,利用沿基础侧面的积分方法得到基础侧面的土体作用力.考虑基底对入射波的散射,结合基底与饱和半空间接触面的混合边值条件,建立两组描述刚性圆形基础竖向振动的对偶积分方程并求解得到基础底面的土体作用力.结合基础刚体动力平衡方程,求得埋置基础在入射波作用下的竖向振动位移表达式.数值结果表明：随着基础埋置深度的增加,其共振振幅减小明显.     

The 3-D non-axisymmetrical Lamb''''s problem in transversely isotropic saturated poroelastic media

The dynamic analysis of saturated poroelastic media is significant in many areas such as seismology, earthquake engineering, soil mechanics and geophysics. In 1956, Biot[1—3] first developed the dynamic equations for saturated poroelastic media. He also discussed systematically the propagation of waves in such two-phase media and further predicted the existence of the slow longitudinal wave. Biots work is consummate while the two formal parameters he introduced are difficult to measure. In t…     

基于自然单元法的动力学问题分析

针对有限元法模拟动力学问题受单元尺寸限制的问题,本文采用自然单元法来消除单元尺寸的限制.在二维自然单元法的理论基础上,把自然单元法的理论推广到三维空间,采用Voronoi结构的边元素构造三维自然单元的插值函数,并利用该函数推导动力学问题的离散格式,对于离散格式中时间域求解采用本中心差分和Newmark常平均加速度法相结合的第一种积分格式进行,空间域采用高斯积分.采用大型数值软件ANSYS模拟悬臂梁动力响应的计算结果作为基准,通过分片试验和悬臂梁等算例分别验证本文推导插值函数和动力学问题的离散格式的正确性.通过对比可以发现大变形条件下,有限元方法将出现网格畸变使计算无法进行,而本文方法则不会出现网格畸变,计算仍然可以进行.     

一个以自更新为主的林龄发展系统

讨论了一个以自更新为主的林龄发展系统,并利用特征线法和积分方程理论,证明了这个系统初边值问题古典解的存在唯一性。     

柔性臂机器人协调操作的承载能力

提出了一种确定柔性臂机器人协调操作承载能力的方法．借助基于绝对坐标并以期望轨迹为实际边界条件的逆动力学模型、通过规划载荷分配系数,可求出机器人的最优载荷分配比例和最大承载能力．就两个三柔性臂机器人协调操作刚性负载进行了仿真,说明了提出的方法的有效性．     

单层饱和地基上刚性圆板的扭转振动

运用Hankel变换求解了饱和土的动力控制方程,结合上边界为混合边界和下边界为不透水基岩的边界条件得出了单层饱和地基上刚性基础的扭转对偶积分方程,并将对偶积分方程转化为第二类Fredholm积分方程,同时给出了基础的动力柔度系数和角位移幅值的表达式.数值分析结果表明:当层厚>5倍基础半径时,可以把下卧基岩的饱和地基近似为半空间;基础的质量惯性矩越大,其共振振幅也越大,并且发生共振时的频率越小.     

移动荷载作用下横观各向同性饱和地基的动力响应

利用半解析法对移动条形荷载作用下横观各向同性饱和两相弹性介质的动力响应问题进行了研究.由忽略土粒压缩和土体自重的Biot波动方程出发,对荷载进行Fourier级数展开,假设了响应函数的级数形式,利用土体表面边界条件,由待定系数法求解了考虑固液耦合作用的两相介质在移动荷载作用下的土体位移、有效应力及孔压表达式.通过计算,给出了不同土体渗透系数,以及荷载移动速度下横观各向同性对土体位移响应的影响.数值结果表明,横观各向同性对土体位移响应影响较大.     

半空间方法在检测基片镶嵌缺陷粒子中的应用

为了更好地诊断出基片无损检测工作中缺陷粒子姿态的详细信息,使用三波技术给出了半空间问题相应的连接边界条件,利用互易性定理简化近远场外推中的场变换过程,给出了一种有效的计算基片与镶嵌缺陷粒子散射方法．在数值计算中与矩量法（MOM）进行了比较,得到了P偏振和s偏振下镶嵌Cu和SiO2球体缺陷粒子的微分散射截面和电场分布．研究结果表明：介质缺陷的微分散射截面的值小于同条件下金属缺陷粒子的值．在应用中可通过分析P偏振场值分布特点反演缺陷特征值．     

屋顶光伏发电二极管扩展升压逆变器的研究与设计

在分析普通光伏逆变器运行特点的基础之上,针对不能直接升压逆变和死区延时对电能质量影响的问题,设计了一种新型屋顶光伏发电逆变器。该逆变器通过在直流侧增加由二极管、电感及电容组成的升压网络,然后在逆变器脉宽调制过程中插入直通状态,实现直接升压逆变的同时无需设置死区时间。文中对该逆变器的工作原理进行了详细分析,并设计了一种基于空间矢量调制的直通矢量脉宽调制方法。最后基于MATLAB软件的仿真分析与硬件实验结果验证了所提方案的有效性和可行性。