玻璃球冲击破碎的二维MCA数值模拟

用可移动元胞自动机数值模拟方法(MCA)对典型脆性材料玻璃球进行了二维数值模拟。将玻璃球不同角度靶板冲击破碎模拟结果与国外相关文献进行了对比,同时还将玻璃球落锤冲击破碎模拟用于解释部分实验现象结果表明,MCA方法用于冲击破碎模拟是可行的,数值模拟的破碎过程对玻璃球冲击破碎机理研究具有一定的指导意义。     

冲击破岩时破碎区扩展规律数值模拟

针对动载定侵深破岩条件建立计算模型,应用动力有限元法,对楔形钎刃冲击破岩时破碎区扩展过程进行了研究。模拟结果表明：破碎区是随冲击载荷的增大自刃尖下方沿刃面方向向自由面扩展而形成的,且破碎角２θ≈１１６°。这结果与实验结果基本吻合,证明用数值模拟方法研究冲击破岩问题是可行的。     

颗粒在二维缝隙射流的数值模拟

气相采用RNGk-ε模型与SIMPLEC算法,颗粒相采用单颗粒轨道模型,对二维横向紊动射流的颗粒进行数值模拟,结果表明:射流孔越大的流场,颗粒偏移的程度越大;射流比越大的流场,对靠近射流孔的颗粒影响越大。     

起爆方式对岩石爆破破碎影响的数值模拟研究

应用损伤模型理论和数值模拟方法,对岩石爆破破碎过程中起爆方式的影响进行了模拟研究． 模拟结果表明,起爆方式不仅影响岩石的爆破效果,更重要的是影响爆破漏斗的形成过程和岩石的破坏方式．     

圆形液体浸没射流冲击驻点传热的数值模拟

对圆形液体浸没层流射流的流场结构和冲击驻点的单相传热进行了数值模拟．考虑的因素为喷嘴直径、喷嘴至冲击板距离、射流速度和加热面尺寸等．计算结果表明：冲击板上涡的位置随Ｒｅ的增加而远离对称轴．对于充分发展的管形喷嘴而言,驻点换热随射流出口Ｒｅ的增加和喷嘴直径的减小而增强;在５＜Ｚ／ｄ＜９内出现峰值,与加热面尺寸无关．     

波浪对结构物的冲击作用的数值模拟

通过无反射数值波浪水槽研究了周期波浪对浪溅区结构物的冲击作用。控制方程为雷诺时均方程,采用k-ε紊流模型及在近壁区应用壁函数。建立了适合VOF方法的水体与结构物接触与分离的数值边界条件及动量方程的对流项采用了三了介迎风差分格式以消除数值粘性的影响。通过对不同波浪参数、结构物尺度、结构物与静水面的距离等情形的数值计算成果的比较分析,得到了波浪对结构物底面的冲击压力分布特征,讨论了结构物离开水面的距离S等参数对波浪冲击压力的影响,通过数模得到了波浪对位于浪溅区结构物底面的波浪冲击压力幅值及沿底面分布的定量结果。     

水雾/蒸汽相变冲击冷却的数值模拟

利用ANSYS-CFX软件对T.Wang等人实验研究的水雾/蒸汽相变冲击冷却系统进行了数值模拟.并与蒸汽单相冲击冷却数值计算结果进行比较,数值研究水雾对冷却的强化作用.相变计算过程中,蒸汽作为连续相,直径为5 μm的水滴作为离散相;水滴在接近高温壁面过程中吸收汽化潜热,发生相变,变为水蒸气,以此达到强化冷却的作用.数值分析结果与实验数据比较接近,壁面加热热流为3 000 W/m2,加入4%浓度水滴的结果表明,由于水雾的作用在滞止点附近热传导系数比蒸汽单项冷却提高130%左右,在远离滞止点区域冷却效果减弱,在距离滞止区6倍喷射宽度时,冷却效果减少到可以忽略的水平;水滴的汽化吸收的热量对于冷却作用的贡献比较大.     

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.     

冲击载荷作用下钢纤维增强混凝土的数值模拟

为了验证混凝土试件的侧限效应和钢纤维的增强和增韧效应,该文采用实验得出的应力应变曲线,通过ANSYS/LS-DYNA软件对SHPB混凝土冲击压缩实验的数值模拟,定性地再现了实验过程.     

水泥基粒状复合材料的数值仿真

为研究水泥基粒状复合材料的物理力学性能,采用一种自编的特殊算法生成任意形状的单个复合材料骨料颗粒,利用HADES堆积程序来形成材料结构(HADES是模拟任意形状的颗粒碰撞和堆积的程序).在此基础上加入骨料颗粒与水泥基之间的界面过渡区(ITZ),并采用专门的网格划分工具对粗骨料、水泥浆以及界面过渡区进行网格划分,最后进行有限元计算来得到水泥基复合材料的力学性质.以混凝土作为一种典型的水泥基复合材料进行模拟分析,得到不同骨料颗粒成份下混凝土弹性模量值为14.3GPa到22.9GPa,结果表明上述数值模拟方法可有效的对三相材料(水泥基、界面过渡区、骨料颗粒)构成的混凝土弹性模量进行预测.     

考虑颗粒破碎的堆石料动力变形特性模拟

颗粒破碎是影响堆石料强度和变形特性的重要因素,但目前针对颗粒破碎的模拟研究多在静力荷载条件下.为研究颗粒破碎对小应变条件下堆石料的动力变形特性的影响,采用多个等粒径小球按最密六方排列随机组合模拟不规则形状的堆石颗粒,通过碎片替换法模拟颗粒破碎,研究了花岗岩堆石料不同围压下的动力响应,探索了孔隙率对动弹性模量的影响,分析...     

钨合金穿甲弹侵彻钢靶开坑阶段的MCA模拟

用可移动元胞自动机数值模拟方法,对钨合金(93W)穿甲弹侵彻装甲钢靶板进行二维数值模拟.直观描述侵彻开坑阶段冲击应力波对材料结构的破坏作用和钢靶金属在弹头冲击侵彻压力作用下的破碎反向流动现象,较好解释了开坑阶段的穿甲机理,与试验符合很好,为分析穿甲侵彻过程提供了直观的重要数据.同时也证明本方法是分析模拟高速侵彻问题的有效工具.     

二维非线性辐射问题数值模拟

基于势流理论模拟了二维剖面辐射问题,应用边界元法求解二维剖面速度势,在自由面与物面交点等拐点处采用双点技术,应用四阶龙阁-库塔法处理完全非线性自由面条件,应用数值阻尼处理远方辐射条件,应用平滑技术处理自由面条件以消除锯齿不稳定性,应用三次样条逼近对自由面网格进行重新划分,引入辅助函数以精确求解物面压强,计算了二维剖面水动力以及自由面形状,计算了附加质量和阻尼系数等水动力系数,并与其他理论计算结果做比较。比较表明,该文计算结果与其他理论计算结果吻合良好。     

弹丸侵彻土壤及混凝土介质的MCA方法研究

采用MCA方法，对弹丸侵彻土壤及混凝土复合介质进行二维模拟，给出靶板的破坏变形过程，得到了侵彻过程中弹丸速度变化曲线及侵彻深度与着靶速度的关系曲线．数值模拟结果与已有的实验现象相吻合．从而说明MCA方法在弹丸侵彻复合介质的研究上是很有效的。     

FDTD方法对二维光子晶体的数值模拟

根据光子晶体的基本理论及其特征--光子带隙,采用时域有限差分的方法(简称FDTD法),并通过引入吸收边界条件和周期边界条件,对一种具有周期排列的氧化铝圆柱棒结构的二维光子晶体红外透过特性进行了模拟研究.入射波设为s偏振波,在入射角为0°和30° 2种情况下,分别计算了1-30 μm范围内该光子晶体的电场振幅、相位分布以及透射系数.数值模拟结果表明,该光子晶体在12-18 μm的红外波段上存在光子带隙,光子晶体的这个特性可以用来进一步研制红外光波导.     

带地形的二维各向异性大地电磁测深数值模拟

以往主要在水平层状地表研究大地电磁二维各向异性系数对观测值的影响。通过有限元数值模拟方法,讨论同时存在起伏地形以及各向异性对二维大地电磁测深法中TM极化模式的响应。首先给出二维各向异性介质中TM极化模式的变分问题;其次用规则矩形单元对研究区域进行剖分,用双线性函插值对变分问题进行求解;最后在地垒、地堑地形下,改变各向异性系数模拟TM极化模式中视电阻率的变化。结果表明:地垒地形对TM极化模式视电阻率曲线表现为低阻异常,地堑地形对TM极化视电阻率曲线呈现高阻异常,两种地形对观测数据的影响要远大于各向异性系数对观测值的影响。     

高层建筑二维流场的数值模拟

针对建筑物风场的高雷诺数特点,采用离散涡法,分析了高层建筑物的非定常分离流问题.通过引入奇异点技术摆脱了保角变换的处理过程,使离散涡法能适应于复杂形状的钝体结构.数值模拟了流场的变化特征,分析了各种攻角下,具有方形截面的高层建筑的升力系数、抗力系数和Strouhal数.计算分析表明,离散涡法具有计算速度快及精度高的特点,可以刻画出流场的流动特征,透视到流动机理,在结构风工程领域具有较好的应用价值.     

弹丸侵彻混凝土介质的MCA方法研究

采用MCA方法,对弹丸侵彻混凝土介质进行二维模拟,不同元胞尺寸的模拟结果表明,侵彻深度要达到类似试验结果,采用3mm以下的元胞尺寸是必要的。给出靶板的破坏变形过程,得到了弹丸速度与时间变化曲线及着靶速度与侵彻深度的关系曲线,该模拟结果与试验所得数据基本吻合,从而说明MCA方法在弹丸侵彻混凝土介质的研究上是很有效的。