半潜式平台立柱入水砰击特性数值模拟

为了探讨了入水砰击面压力空间分布规律,本文基于冲量入水砰击理论,建立了包含结构-水-空气三者耦合的数值计算模型,开展了半潜式平台立柱入水砰击载荷与入水角度和速度之间关系的研究。研究结果表明:砰击压力的大小与分布与入水角度和结构物入水面的空间位置密切相关,入水速度对其也存在有一定影响。数值计算的结果可以实现立柱砰击载荷的快速预报,对实际工程中平台立柱体结构的安全性评估具有指导意义。     

S-175船关键剖面的入水砰击模拟

为了对实际船舶在恶劣海况下的入水砰击载荷进行精确的预报和分析,模型根据S-175集装箱船的横剖线图,分别对船艏、船舯、船艉建立了实尺度的船体剖面模型,选用软件LS-DYNA对3种关键剖面进行了数值模拟。采用显式有限元方法和任意拉格朗日-欧拉算法,有效地对物质结构边界的运动进行了跟踪。为了验证该数值模型的可靠性和精确性,对二维楔形体进行了数值模拟,其结果与试验数据吻合较好。以已有研究中实际船舶不同剖面处的下沉速度作为参考速度,对3种剖面分别进行了入水砰击模拟。该研究结果对S-175集装箱船砰击载荷的预报以及船型优化具有一定的参考价值。     

回转体并联入水过程空泡及运动特性数值模拟

为研究初始参数对回转体并联入水空泡及运动特性影响,基于有限体积法,采用realizable k-ε湍流模型、VOF(volume of fluid)多相流模型和Schnerr and Sauer空化模型,并引入重叠网格技术,对不同入水速度、不同初始净距和不同横流速度的回转体并联入水过程进行数值模拟。首先,建立了回转体高速并联入水的数值计算模型,验证了计算方法的有效性。然后,基于此模型开展不同初始参数的并联入水数值计算,得到不同参数下的流场及运动特征。最后,结合计算结果分析了不同参数下并联运动体的空泡形态及特征尺寸变化、侧向与偏航运动规律。研究结果表明,随着入水初速度增大,内侧空化现象越剧烈,同一量纲一的时刻空泡的外侧极径和限制长度增大,回转体量纲一的侧向位移和偏航角越大。随着初始净距减小,同一量纲一的时刻空泡的限制长度越小,回转体的量纲一的侧向位移和偏航角先增大后减小。小横流作用下,迎流与背流回转体的外侧空泡径向尺寸与单体基本相同,而长度略大,随着横流速度增大,并联入水状态的空泡尺寸差异同单体相比增大;内侧空泡的径向尺寸差异较大,其中迎流回转体的内侧空泡极径较大,且随着横流速度增大极径的最大值始终维持在d+D/2左右。横流速度较小时,并联入水回转体头部靠近而尾部远离;横流速度较大时,两回转体头部远离而尾部靠近。     

海洋结构物砰击问题的研究与进展

基于海洋环境下结构物的刚性特征与研究方法,探讨了大尺度海洋结构物的砰击问题,详细回顾并分析了国内外对刚性体砰击问题的理论研究、经验公式研究、数值和物理模型试验研究的相关创新成果,着重概述并总结了弹性体砰击问题的研究方法与成果,旨在对海洋结构物水动力问题的研究提供参考。     

混凝土烟囱爆破拆除数值分析及相关研究初探

综合评述可用于分析混凝土烟囱爆破拆除的几种数值方法,指出了离散单元法在分析此类问题中独特的优势和目前存在的问题,最后阐述了利用离散单元法求解混凝土烟囱爆破拆除问题计算模型的初步成果,以期为后续研究提供参考.     

超声波声场的数值计算与仿真

从理想活塞声源声场的计算方法人手,引入脉冲波修正和衰减修正,推导出了适用于连续波和脉冲波声场计算的公式,并论述了超声波声场的的数值计算方法．同时编制了声场计算程序,实现了超声波声场的计算机仿真．     

二维楔形体入水冲击的水弹性分析

针对有限元振型引入的计算难点,结合有限元方法提供的模态信息和解析水动力模型,建立了二维楔形体入水冲击的水弹性分析方法,给出了可行的数值处理方法。通过不同网格密度和模态数目下的计算结果,表明该方法具有较好的收敛性。通过与文献结果的,验证了该方法的正确性。与现有的基于解析砰击模型的水弹性分析方法相比,该方法不需要结构模型的解析振型,可适用于复杂的结构形式。最后,以具有复杂边界形式的楔形体为例进行分析,体现了该方法的优越性。     

猴子岩水库色玉滑坡涌浪灾害链CFD–DEM耦合数值模拟

滑坡涌浪是一种常见的地质灾害现象,由于滑坡体与水体之间存在复杂的流固耦合作用,使得传统的单一介质模型无法进行准确求解。为此,介绍一种基于计算流体力学方法（CFD）与离散单元法（DEM）的流固耦合模型CFD–DEM,采用计算流体力学方法（CFD）求解水体流动,采用离散单元法（DEM）模拟散粒体滑坡运动,充分利用不同计算模型的优势,对滑坡及涌浪演进过程进行数值模拟分析。首先,利用该耦合模型对Robbe–Saule开展的颗粒堆积体坍塌–涌浪试验进行了相同工况下的数值计算,从颗粒坍塌运动过程、涌浪高度演化过程等方面进行对比,结果表明模拟结果与试验结果吻合很好,验证了CFD–DEM流固耦合模型的有效性。然后,将该方法应用于四川省猴子岩水库色玉滑坡–涌浪灾害的演进过程分析,重现了该事件滑坡失稳运动、涌浪产生及传播、涌浪爬升、涌浪回流的全过程,计算结果显示：计算得到的电站进水口处涌浪高度与实测数据较为接近;色玉滑坡从失稳运动至静止堆积的持续时间约为20 s,颗粒平均速度最大达到16.12 m/s;滑坡引起的涌浪约在滑坡失稳10 s后传播到对岸,之后开始沿坡面向上爬升,最大爬升高度达到27.32 m。...     

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.     

不同头型高速射弹垂直入水数值模拟

为研究不同射弹头型对高速射弹垂直入水的流体动力和流场特性的影响,采用有限体积法和VOF(volume of fluid)多相流模型,并引入动网格技术,对5种不同头型的轴对称高速射弹垂直入水过程进行了数值模拟,分析了头型对空泡形态演化过程、射弹流体动力及弹道特性的影响规律.研究结果表明,头型对射弹入水空泡形态、表面闭合时间以及入水阻力、深度、速度均有较大影响.球头与截球头空泡半径小于其余3种头型,表面闭合时刻依平头、球头、锥头、截锥头的顺序递增.射弹头部均承受较大压力,球头、截球头射弹头部压力分布不均使之承受较大的剪切力.射弹头部流线型越好,入水速度衰减越慢,入水深度增加越快.入水阻力系数峰值按平头、截球头、截锥头、锥头、球头的顺序递减.     

单沉浸管流化床内离散颗粒数值模拟

基于FLUENT软件信息传递模式的多点接口(MPI)并行计算平台,在二次开发框架内通过用户自定义函数(UDFs)文件发展计算流体力学-离散单元法(CFD-DEM)耦合并行算法.该算法具有随计算节点数增加的良好扩展性能和加速性能.采用该算法数值模拟了单沉浸管流化床内的颗粒混合过程,揭示了气固两相的运动特性和颗粒混合机制,考察了沉浸管的磨损特性.结果表明:沉浸管引起床内气泡的聚并和破碎,气泡主要绕沉浸管而非沿两侧壁向上移动,随着表观气速的增加,气相流场沿径向的分布更加均匀;颗粒宏观流动结构与分布呈现出明显的径向非均匀特性;沉浸管的存在和表观气速的增加均有助于颗粒混合,使颗粒达到完全混合的时间减少;颗粒撞击管壁的频次和冲刷速度是造成沉浸管磨损的主要原因.     

搅拌器内部二维流场数值模拟

采用FLUENT软件对搅拌器内部流动情况进行了二维数值模拟,研究了不同桨叶直径、桨叶转速和桨叶数对搅拌器内部流场的影响.结果显示:在同一工况下,桨叶直径为600 mm的搅拌效果比桨叶直径为400 mm和500 mm的搅拌效果好;桨叶转速为6rad/s的搅拌效果比桨叶转速为2rad/s和4rad/s转速效果好;八叶桨式搅拌器的搅拌效果较四叶桨式搅拌器和六叶桨式搅拌器稍好.模拟证实搅拌器桨叶直径、桨叶转速和桨叶数的增加有利于搅拌的混合均匀,但桨叶直径和桨叶数的增加使得搅拌器桨叶加工复杂,生产成本提高;桨叶转速也受制于搅拌器和搅拌轴的结构尺寸,不能无限增大.所以需要综合考虑各种因素的影响,才能选出最合适最经济的桨叶直径、转速和桨叶数.     

搅拌容器内氧气非均相传质过程的数值模拟

着重考察了搅拌器类型以及搅拌转速对氧气动态传质过程的影响,通过采用计算流体力学 (computational fluid dynamics,CFD) 对氧气动态传质过程进行了数值模拟,同时结合实验,对模拟结果进行了验证.结果表明,（1）采用Fluent软件并结合用户自定义方程（user defined function,UDF）能够很好地模拟出实际搅拌器内流场分布,模拟结果与采用粒子成像技术（particle image velocity,PIV）的实验测量结果相符;（2）采用氧气传质模型能预测氧气在搅拌器内的动态传质过程,同时氧气浓度与溶解时间的对数关系式能较好描述试验搅拌器内氧气动态传质过程;（3）在相同搅拌速度下,圆盘涡轮式搅拌器产生的湍流动能分布范围要大于桨式搅拌器产生的湍流动能,而且湍流动能分布更均匀,湍流强度更大.因此采用圆盘涡轮式搅拌器有利于增强氧气传质过程的进行;（4）在搅拌器类型相同时,随着转速的增加,容器内溶解氧浓度随之增加;圆盘涡轮式搅拌器比桨式搅拌容器内溶解氧的浓度要高,圆盘涡轮式搅拌器更有助于氧气的传质.     

壳幔耦合动力行为的数值研究

利用有限元法进行地壳与地幔液固耦合分析,考虑多物理场的相互影响以及地幔流体的非牛顿特性等多种非线性特征,有效地模拟计算了多种地学现象,并对一段时间历程的变化进行预测分析.计算结果与部分学者的观测和预测结果吻合.随着计算条件和技术的进一步提高,结果将更加精确和科学.     

基于ALE法的磨料水射流加工数值模拟

采用ALE(arbitrary lagrange-euler)算法建立了磨料水射流加工的仿真模型,模拟了从射流进入喷嘴到去除材料的加工全过程。工件采用Lagrange网格,磨料和水采用ALE网格,通过ALE和Lagrange网格的耦合算法实现射流对工件的侵蚀作用。通过给定ALE网格运动来定义射流的横移速度,从而减少了网格定义域。提出磨料的本构模型,通过定义初始ALE单元内两种材料的体积百分比实现磨料与水的均匀混合。仿真结果给出了一些加工参数对切割深度的影响规律,通过与实验数据的比较,验证了仿真模型和结果的正确性。     

压力驱动圆通道中流体流动特性的数值模拟

为了研究人造血管中血液的流动特性规律,采用计算流体力学(CFD)方法对压力驱动圆通道中牛顿流体和非牛顿流体的流动特性进行数值模拟研究,获得流体流动的流型、速度场、压力分布规律,并研究压力、通道直径等因素对圆通道中流体流动特性的影响。结果表明:流体流动为定常流动时,牛顿流体和非牛顿流体的速度场在不同直径和压差下分布呈现对称的抛物线型和柱塞型;脉动压力驱动下流体的速度最大值与通道直径无关。这些结果说明通道直径和压差影响流体的流动特性,从而为研究人造血管中的血液流动特性提供了理论依据。     

Numerical simulation and experimental investigation of incremental sheet forming process

In order to investigate the process of incremental sheet forming （ISF） through both experimental and numerical approaches, a three-dimensional elasto-plastic finite element model （FEM） was developed to simulate the process and the simulated results were compared with those of experiment. The results of numerical simulations, such as the strain history and distribution, the stress state and distribution, sheet thickness distribution, etc, were discussed in details, and the influences of process parameters on these results were also analyzed. The simulated results of the radial strain and the thickness distribution are in good agreement with experimental results. The simulations reveal that the deformation is localized around the tool and constantly remains close to a plane strain state. With decreasing depth step, increasing tool diameter and wall inclination angle, the axial stress reduces, leading to less thinning and more homogeneous plastic strain and thickness distribution. During ISF, the plastic strain increases stepwise under the action of the tool. Each increase in plastic strain is accompanied by hydrostatic pressure, which explains why obtainable deformation using ISF exceeds the forming limits of conventional sheet forming.     

装载机管片式散热器流动与传热特性数值分析

应用CFD软件对装载机管片式散热器空气侧流场、压力场和温度场进行了CFD研究。根据不同的空气质量流速,采用k-ε湍流模型对空气流动阻力和散热器换热系数进行数值模拟。与试验结果相比,CFD分析的空气流动阻力和散热器换热系数的平均误差小于10%,计算精度较高,该CFD模型可直接用于工程设计。