不稳定温度场数值分析的分区异步解法

本提出分区异步长解法以求解不稳定温度场，即在温度变化剧烈的区域采用较小的时间步长，而在温度变化速率很小的区域，采用较大的时间步长，从而可大大提高计算效率。     

混凝土高坝温度应力仿真分析的三分区算法

针对混凝土高坝温度应力仿真分析中计算时间过长的问题，提出了三分区算法—新混凝土区、过渡区和老混凝土区，在新混凝土区采用小的时间步长，在过渡区和老混凝土区采用比较大的时间步长。通过有限元仿真分析，研究了坝体新混凝土区温度变化对老混凝土中变形的影响，提出了影响深度系数的计算公式，解决了三分区算法中合理分区的关键问题。三分区算法既可以节省大量计算机时，又能够保证计算误差小。     

混凝土高坝温度应力仿真分析的三分区算法

针对混凝土高坝温度应力仿真分析中计算时间过长的问题,提出了三分区算法——新混凝土区、过渡区和老混凝土区,在新混凝土区采用小的时间步长,在过渡区和老混凝土区采用比较大的时间步长。通过有限元仿真分析,研究了坝体新混凝土区温度变化对老混凝土中变形的影响,提出了影响深度系数的计算公式,解决了三分区算法中合理分区的关键问题。三分区算法既可以节省大量计算机时,又能够保证计算误差小。     

大型水库水温分层数值模拟

针对大型水库水温分层特点,建立了一种三维数值计算模型。该模型根据控制方程中各物理过程的变化特点采用算子分裂法,对时间步长要求苛刻的快过程采用隐式求解,对时间步长要求宽松的慢过程采用显式求解,协调了不同物理过程模拟的时间步长;提出单侧边界坐标拟合法解决了河道计算区域平面尺度差别大的问题,增加了计算稳定性;对斜压梯度力在σ坐标系下的计算方法作了处理,提高了计算精度。该模型得到了实验室分层流资料和二滩水库实测资料的验证,充分表明模型的有效性和实用性。     

含运动杆及接箍的管流流动的数值模拟研究

作为含抽油杆的输油管的简化模型。本文通过流场的直接数值模拟研究含运动杆及接箍的管流在不同时刻的流动结构。控制方程为非定常Navier-Stokes方程，采用Jameson的有限体积格式，以双时间步长方法进行时间推进。计算结果表明，接箍附近的流动结构最为复杂。随流速的变化。这部分区域形成剪切层，并有旋涡产生，直管中的平均速度分布也随时间和位置的变化而不同，文中同时给出了运动杆上的压力和粘性应力和粘性应力随时间的变化。为进一步分析抽油杆的粘弹性及稳定性提供了必要的流场影响数值。     

时间步长及网格尺度对物质输运数值模拟结果的影响

采用二维平面水动力一传质数学模型模拟了明渠有限时间排放源的情况下,保守物质在水流中的输运过程。计算了不同时间步长及网格尺度情况下保守物质的浓度分布变化情况,得到了多组次的平行计算结果。数值模拟结果表明,保守物质投放后,随水流逐渐向下游推移,在对流稀释和扩散作用下,峰值浓度逐渐下降;在保证计算稳定性的前提下,计算结果对时间步长不敏感;网格尺度对计算结果的影响局限在一定的区域内,但其影响程度与范围远较时间步长变化的作用明显。     

三维非稳定温度场的p型A适应有限元分析

自适应是降低有限元计算结果对网格依赖性的有效途径,基于p型有限元法建立了三维非稳定温度场的自适应分析方法,自适应的策略采用单元升阶法,误差估计方法取温度的高阶计算值作为精确解的“最佳估计”。通过三维混凝土板算例,研究了绝热温升和放热系数、模型尺寸、计算时步长度、边界温差对计算误差和单元阶次的影响。结果表明：在边界温差不大时,绝热温升比表面放热系数对计算误差影响更大;在高阶计算中小尺寸模型比大尺寸模型误差明显减小;计算时步长的变化反映了温度场的时间梯度,越大的时步长需越高的计算阶数;模型边界的温差变化表现了温度场的空间梯度,越大的边界温差需越高的计算阶数。     

准静态加载条件下的岩石破裂过程动态分析

自然界所有的物质都处于由空间和时间构成的四维时空之中，任何力学过程都是与空间和时间相关的过程。但准静态加载条件下的时间维度往往为人们所忽略。文章通过数值计算，解释了准静态力学问题简化为静态问题的合理性，证明了准静态加载条件下动态分析的正确性，讨论了其时间步长的选取原则。研究表明:动力问题和静力问题（准静态问题）具有统一性，在准静态加载条件下选择动态求解器计算是可行的，应力波的传播、透射和反射对计算结果没有影响；在动力计算中，时间步长选取不但与单元尺寸和波速有关，而且与加载速率相关，在准静态加载条件下，选择较大的时间步长依然可以保证计算精度；时间步长对岩石的应力应变曲线和损伤与破裂模式影响较大。为保证岩石应力应变曲线和破裂模式的稳定性和可重复性，时间步长应小于0．03ｔｐ。     

水力模型在城市供水管网施工改造中的应用研究

针对城市平均管网漏损率居高不下,达不到区域居民对水量与水压的要求等问题,结合规划方案,建立区域供水管网水力模型,对新建管网进行优化。通过EPANET,对研究区内68.696 km的新建管网进行概化,管网粗糙系数取值145,水源取定水头,计算总历时24 h,时间步长15 min;分别采用研究区域北部新增加压泵站、不增设加压泵站两种不同的工况,来模拟分析研究区域供水管网压力的变化;实践应用表明,通过模型模拟和优化设计,研究区域增设加压泵站后,满足了区域居民对水量与水压的要求,但在后续施工改造中,需在南部管网中增加减压阀,减压供水。通过本次模拟计算,为后续工程设计、施工改造和运行管理提供科学依据。     

基础沉降变形的灰色预测方法

用灰色系统理论建立了基础沉降变形的GM（1，1）预测模型。在建模中考虑了沉降观测时间的不等步长性以及荷载变化对沉降过程的影响。通过实例对比计算，证明了该法的可行性。     

混凝土高坝仿真分析的混合算法

我国混凝土坝最大高度已达300 m，由于应力水平高，高坝应力比较重要，需进行仿真分析，笔者提出的分区异步长算法。可使仿真计算的时间减少，计算效率提高，本文提出混凝土高坝仿真分析的混合算法，即在仿真分析中，温度场采用常规有限元算法，应力场采用分区异步长算法。由于温度场计算本来就比较快，而且计算条件较复杂，采用常规算法，程序较简单，费时也不多。应力场计算量大，采用分区异步长算法，可有效节省计算时间，本文提出的混合算法兼顾了计算精度与计算效率两方面的要求。     

弹性徐变体有限元分区异步长算法

本文提出在弹性徐变体有限元分析中采用分区异步长算法，即在局部范围内采用小步长，而在其余广大范围内，采用大步长，从而使计算得到简化。     

分质水量综合评价方法的研究及应用

以淮河干流和主要支流沙颍河为研究区域,在现有水质监测站网和监测频次的基础上,结合水量变化过程分析水质的时空分布规律,探讨分质水量的综合评价方法。以研究区域的水质、水量和污染源资料建立水质模型(Mike11-WQ),用模拟的水质过程与实测水量结合评价分质水资源量;对比逐日水质资料与不同监测频次(每月1次和每旬1次)的实测水质资料,分析分质水量评价的精度与可行性;通过不同方法的应用效果分析与比较,对有关问题进行讨论。     

A space discontinuous Galerkin method for the one-dimensional unsteady convection-diffusion equation

A space discontinuous Galerkin method, which is called streamline diffusion method (SDM), is applied to compute the convection-diffusion equation, when the solution of a problem is not globally smooth, but varies rapidly in certain narrow regions. This method is a Petrov-Galerkin modification of the standard Galerkin (SGM) finite element method. To eliminate the oscillations, which are produced when the so far conventional numerical methods are applied for problems where the Peclet numbers are Pe>1, an artificial diffusion term along the streamline direction is introduced by modifying the test functions of the finite element method. The results, obtained from the analytical solution of the problem, are used for testing the numerical solution, applying the SGM and the SDM methods, with low and high Peclet numbers and are presented in diagrams from which useful observations, comparisons and conclusions can be drawn.     

一种冷却海水排放的三维温度模拟方法

采用GLLVHT模型对江苏LNG项目冷海水排放温度场进行模拟计算,预测其环境影响。并针对南通海域的具体情况采用不同计算方案进行计算,根据结果分析可知影响程度最大的方案是:温降大于0.5℃的面积最大约为0.93 km2;影响程度最小的方案:温降大于0.5℃的面积最大约为0.89 km2。根据计算结果,同时考虑到技术、经济因素,在保证安全情况下推荐采用排口1处表面排放。     

ENSO对珠江三角洲洪水影响

根据珠江三角洲1951—2008年34个潮位站年极高水位资料和Nino 3.4区海洋尼诺指数资料,采用GEV分布进行洪水频率计算,分析不同重现期洪水位的变化情况,对比分析洪水位重现水平在1980年前后空间变化特征。采用滑动相关分析,探讨珠江三角洲近50年来洪水位对ENSO(El Nino/La Nisa-Southern Oscillation)响应的年际变化特征。结果表明,珠江三角洲整个区域的洪水频率分布自下游到上游逐渐增大,沿海比中上游地区更易受洪涝灾害威胁。绝大多数站点不同重现期洪水位变化趋势一致,部分站点水位变化方向不完全一致。洪水位有减小趋势的站点分布在三角洲上游地区,中下游地区则主要呈现为增长趋势。洪水位与ENSO之间年际变化关系有明显阶段性,在1980年发生明显改变,跃变前后滑动相关系数的符号或强度有明显差异。洪水位对不同季节的ENSO响应不同,不同时期ENSO对洪水位的影响不同。     

50年来辽宁省不同等级舒适日数演变及空间区划分析

根据1964—2015年辽宁省23个气象站点的逐日平均气温、相对湿度及平均风速资料,采用人体舒适度指数法计算人体舒适度指数,在季尺度上分析辽宁省不同等级舒适日数演变情况及典型旅游城市最佳旅游期;运用旋转经验正交函数分解法(REOF),分析人体舒适度指数季尺度空间变化特征,并应用ArcGIS软件进行舒适区域划分。结果表明:①辽宁省多年平均冷不舒适日数呈降低趋势,舒适日数呈增加趋势,热不舒适日数也呈微弱增加趋势;舒适程度夏季＞秋季＞春季＞冬季;②除冬季外5座典型旅游城市均适宜旅游,夏季为最佳旅游期;其中,沈阳、本溪更适宜春季旅游,大连更适宜秋季旅游。③辽宁省四季舒适度变化情况可大致划分为辽西、辽中、辽东三个区域,具体划分情况随季节有相应变化,总体舒适度由辽宁东部向西部逐渐递减。     

黄河流域1982—2015年不同气候区植被时空变化特征及其影响因素

研究不同气候区植被覆盖的时空变化及气候因子与植被生长的关系,对生态环境建设与治理具有重要意义。基于1982—2015年GIMMS NDVI 3g数据集,运用均值法、Sen+Mann-Kendall趋势分析、偏相关系数、多元线性回归模型+残差法等方法,分析了黄河流域不同气候区生长季植被时空变化特征及气候因子与人类活动对植被变化的影响。结果表明:①1982—2015年黄河流域及不同气候区归一化植被指数(NDVI)年际变化呈缓慢上升趋势,干旱区变化波动平稳,半湿润区变化较明显。②34 a来各气候区大部分地区植被呈显著增加,半干旱区所占面积比例最大,不显著减少主要分布在半湿润区西南部及南部。③各气候区降水、气温、日照时数对NDVI表现出正影响,且日照影响最大;在半干旱区降水对NDVI影响最大,在半湿润区影响最小,在半湿润区气温对NDVI影响最大,在干旱区影响最小。④34 a来,人类活动对各气候区植被的积极影响明显大于消极影响。     

拱坝温度荷载计算方法的改进

目前计算拱坝温度荷载时上游水位固定在正常蓄水位,但实际库水位是变化的,由于水温与气温的巨大差异,上游水位的变化对拱坝温度荷载有较大影响。笔者提出了按照上游实际运行水位计算拱坝温度荷载的方法,计算结果表明,其影响比较大。     

混凝土梁四点弯曲试验的并发多尺度区域分解法模拟

损伤在准脆性混凝土材料的非线性力学特性中占有重要地位。但有限单元法计算采用局部损伤模型时存在网格敏感性和零能耗问题。同时,传统单一网格有限元模型难以对构件的线弹性区域和非线性区域进行区别处理,无法将有限的计算资源集中在重点关注区域。通过局部子区域预设高精度有限元网格和引入尺度间线性多点约束法,实现并发多尺度方法和整体有限元撕裂对接法的结合,采用隐式梯度损伤模型描述混凝土材料的非线性本构关系,运用双重组装并行直接求解法进行模型的大型线性方程组求解,完成了混凝土损伤失效分析的并发多尺度区域分解模型构建。将该模型用于混凝土单边切口梁的四点弯曲试验模拟,并对可能损伤的纯弯拉区域分别采用了3种不同尺寸的有限元网格计算。算例分析表明,模型合理可靠且不具网格敏感性,能够重现混凝土的损伤失效全过程,可为混凝土构件开展损伤失效全过程分析提供多尺度数值模拟技术支持。