移动粒子半隐式法模拟入水冲击流固耦合问题

利用传统的基于网格信息的方法处理大变形自由表面、液面破损、弹性结构变形等问题时,网格会产生严重的扭曲变形,从而导致较大的计算误差甚至计算终止。移动粒子半隐式（MPS）法是一种无网格拉格朗日计算方法,摆脱了计算网格的约束,抛开了网格重构。在计算过程中不会发生网格变形过大或者网格畸变的问题,适用于处理流固耦合交界面等不连续问题.采用统一的MPS粒子将宏观流体和固体按一定的形式离散,解决统一坐标系的协调问题.在利用传统的网格数值方法计算流固耦合问题时,对流固耦合交界面的处理非常繁琐,而利用MPS法则不需要对流固耦合交界面做单独处理,简化了处理程序.运用MPS法对平底结构入水冲击问题进行流固耦合数值模拟。模拟和实验结果的对比表明MPS法可以很好地应用于冲击入水等不连续问题的数值计算.     

非匹配网格的三维流固耦合问题

为研究流固耦合问题中的非匹配网格问题的准确可靠的数值计算方法,本文提出了一种基于非匹配网格的三维Common-Refinement方法,将其应用于离散后不可压缩流体与非线性超弹性体的非重叠子区域之间的接触面。采用Petrov-Galerkin有限元法离散不可压缩流体,并对大变形弹性结构体使用连续Galerkin有限元法进行离散。同时使用任意的Lagrangian-Eulerian(ALE)方法处理流固网格的大幅变形,并且采用全解耦的隐式分区方法去分别求解流固两相。为了满足两者之间液体和弹性耦合界面间牵引力的平衡条件,研究了共同细化方法的空间插值的准确性和可靠性。根据一系列的网格划分方案,通过改流体和固体网格之间的网格匹配系数系统地评估Common-Refinement方法的准确性和精度。将本方法应用于三维标准的圆柱体-弹性板问题,并与文献中标准解进行了对比。求解结果表明了这种方法在流固耦合问题中具有足够的准确性和可靠性。     

基于ADINA的多孔介质流固耦合分析

基于流固耦合的研究理论,根据多孔介质(过滤板)中流体与结构之间的耦合关系,以有限元分析软件ADINA为平台,建立多孔介质(过滤板)的三维有限元模型,计算得到多孔介质(过滤板)在流固耦合作用下应力分布及变形情况.计算结果表明流固耦合作用对多孔介质(过滤板)变形破坏有重要的影响.针对计算结果,为过滤板的设计提出几点建议.     

基于流固耦合的重力坝深层抗滑稳定离散元分析

在计算节理和断层时,基于连续介质力学的有限元法和假设岩体为刚性体的刚体极限平衡法有其内在的缺陷,在重力坝深层抗滑稳定的计算中遇到较大的困难,而离散元方法可以解决这些问题.采用离散元强度储备系数法分析了重力坝的深层抗滑稳定,其中考虑了渗流与变形的耦合效应,得到了坝体在降强前后的应力位移规律,给出了抗滑稳定安全系数和最终的破坏滑动模式.通过对关键点部位的应力及位移变化情况的记录,更清楚的了解坝体的变形情况和受力特点,而后将考虑流固耦合与不考虑耦合作用的结果进行了对比,考虑耦合的计算结果较小,其值偏于安全.最后通过与刚体极限平衡等K法计算结果进行了比较,采用流固耦合方法的计算结果与等K法结果比较接近,而其该方法物理概念明确,可以采用其方法计算重力坝深层抗滑稳定问题.     

大型单墩渡槽流固耦合动力分析

基于所建立的考虑流固耦合渡槽梁段单元动力分析模型,对单墩渡槽结构振动特性和在地震波下的地震响应进行计算分析.该模型综合考虑了渡槽横向、竖向、纵向、自由扭转和约束扭转变形、以及槽内水体与渡槽槽身的流固动力相互作用的影响.计算结果表明流体和槽身的横向动力相互作用对渡槽的横向低频振动影响较大,对横向高频影响较小.动力分析模型的正确性和可靠性说明该模型是考虑渡槽内水体流固耦合的实用的动力分析模型,计算结果可为大型渡槽抗震设计提供参考.     

喷水推进器进水流道格栅流固耦合特性研究

为了研究格栅部件对喷水推进船舶效率的影响,本文拟采用流固耦合的数值计算方法系统地对格栅表面受力及其强度特性进行计算,结合有限元方法和流固耦合理论,以STARCCM+和ABAQUS软件为工具,根据目前已知的格栅剖面设计方法,对目前格栅的剖面形式进行改进,形成新型对称剖面形式的格栅。基于上述计算流体力学与流固耦合计算方法对其进行周围流场、结构静力强度、结构动力强度进行计算与分析。结果表明:对称形式的格栅剖面对于降低格栅的变形与应力水平有一定的帮助,采用新型对称形式的剖面结构使格栅总体变形模式发生了变化,但是最大变形位置与最大应力出现在格栅的位置未发生明显变化,新型对称剖面形式格栅具有比较好的静强度与动强度特性,各栅条均匀承受流体载荷。     

考虑流固耦合的管道爆炸后果预测与分析

针对管道爆炸后果模拟中存在的伴随变形与断裂的流固耦合问题,提出一种计及计算稳定性的流固耦合算法,对在内部气体爆炸作用下的管道动态断裂及爆炸流场发展进行耦合仿真.采用单元删除技术并植入应变率-应变双变量失效准则来模拟管道的裂纹扩展,将模拟得到的管道断裂形貌及压力历程与试验结果进行对比验证.分析管道爆炸的后果,并将管道外峰值压力的模拟值与现有方法的计算值进行对比.结果表明:考虑流固耦合效应时管道外2个测点的峰值压力分别为不考虑该效应时的83.1%和62.2%.相比难以计及爆炸流场与管道相互作用的半经验模型和传统计算流体力学方法,所提出的方法可以更加合理地预测管道内气体爆炸的后果.     

波浪作用下局部气垫双体船柔性气封变形分析

为了研究局部气垫双体船柔性气封在波浪中的变形特性，本文基于流固耦合方法，采用计算流体力学对局部气垫双体船的艏艉气封形式进行了相应处理。在此基础上，分别研究了航速为3.6和5.0 m/s时，波长为5和7 m时艏艉气封在波浪中的变形和受力特性。结果表明：基于流固耦合方法对柔性气封进行处理时，需要通过各个裙指的非粘连来解决大变形带来的网格畸变；在给定杨氏模量为10 MPa下，艏艉柔性气封的变形是微幅的且近似呈现线性规律，变形的均值范围最大不超过0.5 mm;艉气封所受到的压力值均大于艏气封处的压力值，但总的压力值不大于19.0 kPa,这种规律在高速3.6 m/s时更为明显，也与艏艉气封的变形特性相吻合。     

高精度深海立管涡激振动数值预报

针对深海立管涡激振动问题,提出一种高精度的数值预报方法。基于三维Common-Refinement方法,研究了离散后不可压缩流体与非线性超弹性体的非重叠子区域之间的耦合接触面的空间插值。采用Petrov-Galerkin有限元法离散不可压缩流体,并对大变形弹性结构体使用连续Galerkin有限元法行离散。同时使用任意的Lagrangian-Eulerian(ALE)方法处理流固网格的大幅变形,并且采用全解耦的隐式分区方法去分别求解流体域和结构域。为了去满足两者之间液体和弹性耦合界面间牵引力的平衡条件,系统研究了Common-Refinement方法的空间插值的准确性和可靠性。根据一系列的网格划分方案,对非匹配网格之间的瞬态数据传输做了系统的误差分析,表明了在非匹配网格中非定常流固耦合系统的物理量能够通过Common-Refinement方法进行精确传递。最后将本方法应用深海立管涡激振动问题,并与文献进行了对比。求解结果表明了这种方法在海洋工程流固耦合问题中具有足够的的准确性和可靠性。     

基于流固耦合的膜结构风压系数

为了研究流固耦合对膜结构风压系数的影响规律,利用计算流体动力学(CFD)软件,计算了不同水平风向角双坡屋面的风压系数,并与风洞试验数据进行了比较,进而在考虑流固耦合作用下,研究了膜结构风压系数.结果表明:CFD软件可以预测双坡屋面的风压系数;考虑流固耦合作用后,膜表面风压系数的分布和大小发生变化;膜的初始预应力对风压系数也有影响;随风速增加,膜结构变形模式也发生变化.     

一种新的自由变形方法及其建模研究

自由变形技术（ Ｆ Ｆ Ｄ）正在发展为 Ｃ Ａ Ｄ系统中一种新的几何造型方法。本文提出基于 Ｂ样条的自由变形方法，该方法具有变形函数的连续阶可调，变形网格疏密程度可调，变形速度快，既可全局变形又可局部变形的优点。并提出基于 Ｂ样条的自由变形方法的一种新的建模思想，该技术可以模拟现实中物体因某一外因所产生的变形，在雕塑曲面变形及对物体进行受力分析等方面的初步应用考核中，证明了该方法的优越性。     

拉伸弹簧与扭转弹簧模拟动态网格方法分析与改进

分析了基于拉伸弹簧模拟的动态网格方法及其组合形式在非结构化网格和结构化网格中应用的优缺点,并引入网格尺度修正系数,以加强弹簧模拟方法对大扭转变形的适应能力,通过NACA0012翼型流场非结构化网格和正弦振动平板流场结构化网格两个算例验证了分析结果,表明了修正系数的有效性,并且发现使用修正后的扭转弹簧和拉伸弹簧模拟的组合更能保证网格质量,同时在大变形下需要使用网格光顺方法以提高网格质量。     

飞机曲面造型中的自由变形方法

介绍了CAD／CAM系统中的一种最新的几何造型方法──自由变形方法（FFD）。该方法在飞机曲面外形设计初期,可以直观、简洁、方便地获得高阶连续的曲面实体,同时本文还系统论述了自由变形方法的特点,最后给出了利用该方法和有理Bezier方法在构造飞机翼身融合体曲面时的特征对比,从应用中得出自由变形方法具有广阔的发展前景。     

引入边缘信息度量的自由形变图像配准

为了分析空心旋转圆盘的弹塑性应力分布机理,采用双剪应力屈服准则对理想弹塑性材料、等厚度空心旋转圆盘进行了弹塑性应力分析.结果表明,空心旋转圆盘的径向应力随着弹塑性转速的增大而增加,随后却随着转速的进一步增大而减小;而环向应力随着弹塑性转速的增大一直趋于增加;塑性极限转速随着空心旋转圆盘的内外径比值的增大而减小.由于双剪应力屈服准则与Tresca屈服准则的屈服轨迹分别对应屈服轨迹的上限和下限,在结构设计中,基于双剪应力屈服准则的设计,能够充分发挥材料的潜能,而基于Tresca准则的设计则趋向于保守.     

应用VOF方法的水平圆柱入水数值模拟

为了研究水平圆柱砰击入水问题,建立了数值水池,应用VOF结合动网格技术的方法对零浮力水平圆柱入水过程的气液两相流动和刚体运动耦合的问题进行了数值模拟.捕捉了圆柱入水过程中射流的形成、运动和空气垫效应等自由表面的变化现象,模拟了圆柱竖直运动过程;讨论了湍流粘性对圆柱入水的影响.结果表明:圆柱入水的数值模拟结果和实验数据符...     

三维虚拟服装的FFD自由变形方法

具有真实感的三维服装构造展示和变形不仅是计算机图形学和虚拟现实研究领域的一个前沿和热点,而且为个性化试衣系统提供可行性的前提研究.本文简要论述了FFD算法,并将其应用到服装变形中去,从而可以有效的将特定服装进行参数化的变形展示.     

吻合闭合轮廓线的曲面变形技术

为提高三维模型造型的灵活性和效果,提出一种吻合闭合轮廓线的三维网格曲面变形方法.该方法在用户交互编辑轮廓线后,基于重心坐标多次迭代变形得到初步网格结果,将该结果与原始网格进行对比,然后自动计算网格变形区域（ROI）;对各ROI分别应用Laplacian变形方法,以轮廓线上的顶点作为边界约束以保证变形网格吻合轮廓线,以初步网格结果的部分网格点坐标作为附加约束以克服网格变形的明显凹陷情况;将变形前和变形后网格模型的微分属性之差最小作为目标函数,求解稀疏线性方程组来实现网格变形.试验表明：该算法交互过程简单直观,无须手工选择变形区域,能保持模型局部特征,同时能克服轮廓线往里拖动变形时出现的网格模型明显凹陷的情况.     

基于子域重构的扫掠体六面体网格划分方法

针对扫掠体连接其他实体造成扫掠面结构网格划分困难,导致扫掠法无法在扫掠体内生成六面体网格的问题,提出针对扫掠体的六面体网格划分方法.该方法对扫掠面进行拓扑分解,依据结构网格节点的排列要求和分解域的连接关系综合计算棱边单元划分数.结合超限映射法在分解域内填充结构网格,依据扫掠法的基本步骤生成六面体网格;对不能采用结构网格填充的扫掠面子域进行重构以隔离非结构网格,对扫掠面子域边界外、内的网格区域先后进行扫掠生成最终六面体网格.实例表明,该方法稳定、可靠,可以处理复杂的2.5维实体六面体网格生成问题.     

离散变量优化设计网格复形法

提出了等值、等效对应网格和增广单位等效网格的概念,建立了离散变量与等间距网格对应关系;提出了根据单位网格结点集的特征构建初始复合形的方法和探索过程,建立了离散变量优化设计的网格复形法;实例计算证明该法不仅可得到离散变量精确解,而且有效地避免了原复形法离散变量圆整解所带来的误差.