软球模型在全尺度模拟中的验证和分析

针对颗粒流全尺度模拟时的干碰撞问题,在内嵌边界多重直接力全尺度算法中加入软球碰撞模型.通过空气中小球碰撞壁面和小球在粗糙表面上滚动2个典型算例,验证了软球模型在全尺度模拟中对干碰撞作用求解的适用性和准确性.对软球模型各主要参数的敏感度分析表明:时间步长越小,碰撞计算越精确;弹簧刚度系数越小,软球模型的接触特征时间越长,全尺度计算受到的资源限制越小;网格尺度、速度恢复系数对软球模型在全尺度模拟中的求解精度影响不大.实验室尺度气固鼓泡床的全尺度模拟结果表明,耦合方法可用于计算复杂的多颗粒流动体系.     

弹簧质量系统碰撞的分析与数值模拟

按照经典碰撞理论, 利用恢复系数e 推导了两小球弹簧质量系统碰撞的位移速度公式, 得到 该质量弹簧系统碰撞问题的解析解.基于Newmark 法, 根据动接触碰撞理论得到的处理二维碰撞 的数值积分表达式可对碰撞问题进行数值求解.将得到的解析解与数值解计算结果进行比较, 验证 了数值方法的正确性, 给出了处理小球弹簧质量系统碰撞时e 的取值, 并将该数值方法推广至分析 多个小球的弹簧质量系统的碰撞研究中.     

高速旋转小球入水空泡特性数值模拟

为了深入研究旋转体入水空泡特性,采用VOF均值多相流模型、k-ω湍流模型以及动网格技术,开展了低弗劳德数条件下高速旋转小球入水过程空泡特性的数值模拟研究.分析已公开发表的关于运动体入水数值仿真的相关论文,总结了入水数值模拟的最优参数选择,建立了适用于高速旋转小球入水数值模拟方法.开展不同入水速度和比重的小球入水过程的数值模拟,对比分析了入水空泡的形成、发展、闭合和溃灭的演化过程.数值计算结果表明:高速旋转小球在入水深度0.25d范围内出现逆升力偏移现象,逆升力偏移距离随小球速度和比重的增加而减小;逆升力的大小与入水速度成反比,而与比重无关.相同比重的小球,不同入水速度的轨迹相似;速度相同的小球,比重越大的轨迹曲率较小.高速旋转小球入水空泡依次发生纵向闭合和横向闭合的二次闭合的现象,且入水速度越大,纵向闭合越明显.空泡闭合深度、空泡最大直径以及尾空泡直径均随着速度和比重的增加而增大,且速度变化产生的影响更加明显.     

激波诱导模型球阵非稳态阻力的数值模拟研究

采用CFD软件,对激波诱导单排四球模型球阵绕流场进行三维数值模拟,在计算模型和方法准确性验证基础上,分析模型球非稳态阻力的形成机理,并揭示激波马赫数M_s和无量纲间距H对非稳态阻力和激波结构的影响。结果表明:模型球阻力系数C_d曲线存在一个尖锐的最大值波峰和一个波谷的结构,且最终趋于某一稳态正值;M_s越小,C_d峰值越大,谷值越小,C_d曲线波动幅度越大;激波反射、衍射、聚焦和干涉行为共同影响非稳态阻力系数;无量纲间距H越小,相邻球的激波干涉越显著,C_d峰值越大。     

金属橡胶减振器滞迟特性研究

从摩擦耗能机理出发,利用悬臂梁杆系接触作用模型,推导出金属橡胶减振器循环加载、卸载时载荷和位移的解析表达式,得出理论计算滞迟回线;运用ANSYS有限元分析软件对相对密度不同的环形金属橡胶减振器的变形过程进行数值模拟,得出数值模拟滞迟回线。研究表明,理论计算与数值模拟得到的滞迟回线基本一致,成型相对密度越小耗能特性越大,其刚度越小,软特性阶段越宽。     

关于离散元法计算参数的探讨

计算时步、接触刚度等计算参数的选取对离散元法解的正确与否至关重要,目前普遍采用的方法是先确定接触刚度并选取保险系数后,按照经验公式求得计算时步,但在保险系数的设定上有关文献却不尽相同.作者提出了一种新的方法———恢复系数检验法来选定计算参数.采用离散元法最常用的弹性-阻尼-滑动接触模型编制了计算程序,以颗粒同静置平面之间的正碰撞考察了不同计算参数下的模拟结果,除模拟得到恢复系数外,还考察了碰撞过程的总接触时间和总接触时步数.统计分析结果表明:计算时步是影响模拟精度最重要的因素;模拟误差还同恢复系数的设定值有关,设定值越大,模拟误差就越小;计算时步的大小虽然对碰撞过程的总接触时间影响不大,但是却决定了碰撞过程的总接触时步数,二者之间存在对数线性相关关系.     

有限元分析方法在保险杠碰撞仿真中的应用

根据汽车与正面刚性墙的碰撞特性,应用有限元方法和碰撞模拟技术,采用Hypermesh软件建立汽车保险杠与刚性墙的正面碰撞仿真模型,并用ANSYS/LS-DYNA求解器求解该模型,研究其在碰撞过程中的动态响应,分析保险杠的耐撞性;同时对保险杠的厚度进行优化分析,通过对保险杠碰撞时的变形、吸能状况和仿真计算结果来预测保险杠的耐撞性。     

等离子体鞘层内离子运动的蒙特卡罗模拟研究

本文利用蒙特卡罗方法模拟氩气直流辉光放电鞘层内离子的运动过程。模拟基于离子与中性原子的电荷转移和弹性散射两种主要的散射过程,考虑了碰撞截面与能量相关的情况。在弹性散射中采用了刚性球碰撞的模型。通过刚性球碰撞模型的模拟得到在不同入射初能量和不同的气体密度下离子入射阴极的能量分布和角度分布,并对刚性球碰撞模型的模拟结果进行了分析和讨论。     

基于近似边界条件的翼型跨声速颤振数值模拟研究

采用近似边界条件对二维翼型的跨声速颤振进行了数值模拟.计算网格采用静止的笛 卡儿网格,通过薄翼和机翼小变形假设,使用一阶近似边界条件求解欧拉方程;由于文中方法 在计算过程中不需要重新生成网格,节省了大量的时间.计算了Isogai机翼模型的颤振边界, 与参考文献的计算结果吻合良好,证明了基于近似边界条件的跨声速颤振数值模拟方法的高效性和准确性.     

走廊烟气填充的数值模拟研究

为了研究走廊火灾的烟气填充过程及其规律,运用FDS 4.0火灾动力学程序对全尺度走廊进行火灾烟气模拟.结果表明:烟气前锋与走廊尽头墙壁碰撞前,走廊尽头附近的烟气下降得最慢,而碰撞之后烟气下降得最快,7 S内下降到0.7 m的高度.走廊尽头聚集了较厚的烟气,且距离火源越远,烟气层越厚,逆流现象越明显.通过顶棚下温度分布的模拟结果与实验结果对比可知,两者有较好的吻合,误差在6℃以内.FDS可以应用于预测走廊火灾,同时也说明了本文模拟方法与模拟结果的可靠性.     

混凝动力学方程的蒙特卡罗模拟

建立了蒙特卡罗方法求解Smoluchowski方程,该方法通过产生随机数序列,从概率密度函数出发进行随机抽样,模拟颗粒的凝聚过程,同时记录特征量的模拟结果以得到问题的解.蒙特卡罗计算方法则是利用计算机模拟离子碰撞情形,克服了有限差分法在体积分数较小时的上述弊端,并节省了大量运算过程和繁冗的中间假设.研究结果表明在凝聚过程中,无论是布朗运动还是剪切力作用,颗粒的形态对其尺寸分布均有较大的影响,分形维数越低,絮体尺寸分布越集中,小颗粒尺寸数目较多.剪切力场下凝聚过程中的颗粒分布受其影响尤为显著.研究结果同时表明,布朗运动下颗粒尺寸分布受时间影响甚微,颗粒尺寸分布变化不显著,而剪切力场下颗粒的粒径分布受时间影响甚大,随絮凝时间的延长,大颗粒尺寸所占的比例逐渐增加.     

液体射流与空气交叉流动喷雾的数值模拟

采用气相的时均雷诺方程,在拉格朗日框架下求解离散相的运动方程,对水与空气交叉流动的喷雾流场进行了数值模拟研究.湍流模型为标准κ-ε模型,通过在气相方程中添加源项的方法,对两相间存在的质量、动量和能量交换过程进行了模拟;还添加了描述液滴的破碎及其碰撞聚合过程的计算模型;参考实验中的实测入口风速大小,添加用户自定义函数定义气相入口边界风速.计算时,交替求解气相和离散相方程直到两相都达到收敛来实现两相间的双向耦合.并将计算网格分割为两部分,在拥有两个处理器的工作站上并行运行.模拟结果与实验结果的对比显示,喷雾轨迹和液滴粒径大小与实验结果符合较好,也较合理地模拟出了液滴的空间分布情况.     

关于离散元法计算参数的探讨

计算时步、接触刚度等计算参数的选取对离散元法解的正确与否至关重要,目前普遍采用的方法是先确定接触刚度并选取保险系数后,按照经验公式求得计算时步,但在保险系数的设定上有关文献却不尽相同．作者提出了一种新的方法——恢复系数检验法来选定计算参数．采用离散元法最常用的弹性-阻尼-滑动接触模型编制了计算程序,以颗粒同静置平面之间的正碰撞考察了不同计算参数下的模拟结果,除模拟得到恢复系数外,还考察了碰撞过程的总接触时间和总接触时步数．统计分析结果表明：计算时步是影响模拟精度最重要的因素;模拟误差还同恢复系数的设定值有关,设定值越大,模拟误差就越小;计算时步的大小虽然对碰撞过程的总接触时间影响不大,但是却决定了碰撞过程的总接触时步数,二者之间存在对数线性相关关系,     

芦山地震中相邻建筑碰撞破坏调查与分析

为研究相邻建筑地震碰撞破坏机理,调查了芦山地震中相邻建筑碰撞破坏概况,并应用芦山地震加速度记录计算了相邻建筑地震碰撞反应,分析了防震缝宽度和结构质量对碰撞作用的影响.研究结果表明:防震缝宽度越大碰撞对相邻建筑地震反应的影响越小;相邻建筑物质量相近时,地震动输入方向对相邻建筑物碰撞作用影响较小;相邻建筑碰撞对自振周期相对较长的建筑的地震反应影响较大;相邻建筑质量越大,碰撞对其加速度反应影响越小,并且碰撞对质量相对较小的建筑加速度反应影响较大;本文对相邻建筑物碰撞作用的分析与震害实例基本相符.     

基于二元超阈值模型的空调室外计算干湿球温度确定方法研究

空调室外干湿球温度参数同时作用于建筑物,是影响建筑热环境的重要参数,在空调系统设计中作为室内负荷计算和空调设备容量计算的初始计算气象条件.现阶段,空调室外计算干、湿球温度的确定方法主要是对单个气象参数的一维概率统计,而未考虑两者之间的同时发生性.因此,本文提出了一种二元超阈值模型的室外干湿球温度确定方法,对满足完全不保证率下的干、湿球温度进行求解计算,从而获得同时发生的室外干湿球温度参数.该方法为空调系统的设计参数提供了一种更为科学合理的确定方法.以乌鲁木齐为例,计算结果表明空调室外计算干、湿球温度值较我国方法均有所降低,较ASHRAE方法中的伴随参数有所增加.     

自修复用幂律流体在双尺度网状通道中的流阻特性

为了研究自修复用非牛顿幂律流体在双尺度网状通道中的层流流阻特性,分别建立了分析解模型和数值模拟模型,计算了双尺度结构和均匀结构的流阻相对大小.分析解结果表明:在流道体积相同时采用优化双尺度结构多数裂隙点的充注流阻小于均匀尺度结构,幂律指数越大,采用双尺度结构的优势越明显.典型的数值解结果与分析解一致,表明在高细维数(>...     

钢桁架栈桥全尺度精细化建模及动力模态分析

基于设计图纸和现场实测,在HYPERMESH中建立了大跨度钢桁架栈桥的全尺度实体模型,通过网格剖分转化为以壳单元为基础的三维精细化计算模型,导入ABAQUS实现了有限元建模.与现场实测数据对比表明,全尺度精细化有限元模型能够较准确地模拟栈桥结构的动力性能,其精度满足工程要求.     

船桥碰撞动力学过程的非线性数值模拟

为了确定船舶对桥墩碰撞力的大小,提出了基于非线性有限元分析技术的船舶和桥梁碰撞作用的动力全过程模拟方法.通过建立全船有限元模型并细化首部结构,考虑周围流场的作用,对强非线性的碰撞过程进行模拟.同时考虑了船舶吨位、碰撞初速度、碰撞位置、桥墩截面形式与尺寸等因素的影响,将不同吨位的计算结果和规范及经验公式进行了比较.结果表明,显式瞬态非线性有限元分析技术可以对船桥碰撞过程进行成功模拟;AASHTO公式适用于小吨位船舶的低速碰撞,修正的Wosin公式适用于大吨位船舶高速碰撞;船舶速度和吨位对最大碰撞力的影响最显著,碰撞的部位和桥墩截面形状影响次之,桥墩截面尺寸影响非常微弱.该方法可以有效地解决桥梁设计过程中碰撞力取值问题.     

六棱柱冲击作用下B炸药起爆影响因素研究

在实验的基础上,采用Audotyn-3D数值模拟软件,应用点火增长模型,对六棱柱破片冲击起爆带壳B炸药进行了模拟仿真,得出B炸药压力分布图及内部观测点压力-时间曲线,仿真数据与实验结果吻合.在此基础上研究了双六棱柱破片不同时撞击炸药盒的破片,当前后间距较小时,冲击波正碰撞进行叠加,当距离较大时,冲击波斜碰撞进行叠加.同质量条件下六棱柱破片的长径比越大,阈值速度越大;撞击面积越小,阈值速度越大;长方体较圆球破片和六棱柱破片更容易起爆B炸药.     

血液在分叉管栓塞的晶格玻尔兹曼方法研究

基于对血栓形成机理问题,建立了血液在分叉血管中流动的晶格玻尔兹曼模型,研究在不同压差、压积下血栓的形成机理。模型用刚性小球代替红细胞,为了使模拟更符合实际,在管壁与小球之间增加了摩擦力。结果表明,压积越大越容易发生堵塞,压差越大越不容易发生堵塞,在入口以及分叉处最易发生堵塞。