航天器火工作动装置流固耦合过程的数值研究

航天器上配备的火工作动装置用于完成关键程序动作与任务,具有很高的可靠性与安全性要求。针对复杂结构火工作动装置的工作过程,建立非线性流固耦合动力学模型,在推力与拉力负载两种工况下,采用有限体积法、有限元法进行数值计算,得到火工作动装置工作过程中流场变化规律与输出性能。数值模拟结果表明,航天器火工作动装置流固耦合过程的数值分析能够模拟其工作过程,火工作动装置的负载对输出性能有较大影响。     

基于流固耦合加载技术的DDA方法

针对目前DDA方法尚没有实现对爆炸荷载耦合加载,而常用的两种爆炸荷载等效加载方法又存在不足的现状,在原DDA程序中引入基于空间网格覆盖判断的耦合加载子程序,并用来模拟集中药包爆破。结果表明:基于网格覆盖判断的耦合技术的DDA方法,能体现岩石爆破中爆生气体和爆炸冲击波共同作用;能实现爆生产物气体对周围岩石介质的准确、持续加载;能体现最小抵抗线对爆生气体作用时间的影响;能够较好地对模拟岩石爆破过程中,爆炸产物气体对孔壁的作用,产物气体在裂缝中泄漏时对裂缝的扩张作用,以及抛掷过程中产物气体对岩块的驱动作用。     

侧风下风障对滑雪跳台比赛风环境的影响研究

滑雪跳台与桥梁结构类似,风障也可以为跳台滑雪运动创造一个低速的比赛风环境。采用数值模拟的方法,研究了风障透风率对滑雪跳台挡风效果的影响,系统分析了涡旋结构、无量纲风速、风环境影响系数和湍流度随风障透风率的变化特性。结果表明：侧风作用下,风障的存在明显改变了滑雪道上空的风场结构,但同时在运动员跳跃高度处会产生较大的竖向风速分量,显著干扰比赛的公正性;滑雪道上空的风环境影响系数随风障透风率的增加呈减小后增大的趋势,其中透风率为10%～20%时风障挡风效果最优,其挡风效率高达79%～97%,同时也可以有效降低运动员跳跃高度处的竖向风速分量,但风场的湍流度会明显增大;考虑滑雪跳台主体结构对风荷载的作用较不敏感,应优选设置10%～20%透风率的风障。     

桡动脉脉搏波的数值模拟

动脉脉搏波的波形可以作为动脉疾病无创检测的重要指标.本文建立了动脉管壁-血液耦合模型,利用ANSYS WORKBENCH和CFX相互结合的流固耦合算法,进行了结构分析和流体分析的双向耦合计算,实现了对桡动脉脉搏波的数值模拟.     

内置式客车空调气流组织的数值模拟

本文介绍了内置式客车空调的气流组织，运用κ-ε模型进行了模拟，并与顶置式空调进行了对比。结果表明，内置空调的温度、速度分布较佳，车内的气流组织更合理。车内空气的温度、流速以及相对湿度等共同作用的效果更符合人的生理及心理需要。     

微型客车车内气流速度场的三维数值模拟

采用UG建立微型客车车内结构的几何模型,运用ANSYSIECM10.0划分网格,以微型客车空调车内流动的空气气流为研究对象,应用标准K-ε湍流计算模型,通过Fluent软件分析前、顶蒸发器不同的送风角度车内的速度场的分布特征,为设计微型客车车内均匀气流场提供参考依据.     

客车空调车室气流组织数值模拟分析

以空调客车车室气流组织为研究对象,建立了三维空气流动与传热的物理模型和数学模型,采用计算流体动力学软件Fluent对气流组织进行数值模拟,应用RNG k-ε两方程紊流模型和SIMPLE算法求解控制方程,得到了考虑车内热负荷和太阳辐射时的车内空气温度和速度分布模拟结果,分析了影响速度场和温度场的因素.研究结果为改善车室熟环境提供了理论依据,对客车空调气流组织的优化设计有指导作用.     

基于分离涡方法的台北101大厦流固耦合风致响应分析

以台北101大楼为研究对象,应用一种新的湍流脉动流场产生方法(DSRFG)模拟了台北101大厦周围风场的湍流入口边界条件,采用分离涡方法对该建筑进行数值风洞模拟。根据大厦外形特征,建立了几何模型,用于大厦风荷载的数值模拟;基于大厦振动监测系统得到的结构模态、自振频率等数据,建立了大厦的结构模型,用于气弹响应分析。将计算结果与现场实测以及风洞测力试验的相应数据进行了对比,以验证数值风洞的有效性。对是否考虑流固耦合的大厦数值模型的等效风荷载及风致响应进行对比分析,并探讨了流固耦合效应对大厦周围风流场的影响。对该对象的研究结果表明,在顺风向上,建筑物的风致响应不易受流固耦合效应影响,而在横风向上,考虑了双向流固耦合的有限元模型,其等效静风荷载及加速度与位移响应均小于未考虑流固耦合的有限元模型。在流场上,流固耦合效应减小了建筑两侧的涡量,但会产生较大的脱落涡旋,可能会对下游建筑风环境造成不利影响。     

渡槽结构考虑流固耦合的横向地震响应简化计算公式

渡槽是输水工程中的控制性工程,在地震中容易发生破坏,导致沿线供水中断。虽然大量渡槽已经建成并投入使用,但关于渡槽的抗震研究还不够完善,在国内还没有统一的渡槽抗震简化计算方法。该文以流固耦合动力学为基础,结合反应谱理论,推导了渡槽横向地震响应的简化计算公式,并与非线性流固耦合有限元时程分析进行对比。对比结果表明：该文提出的简化计算方法可以快速计算渡槽的横向地震响应,计算结果不仅能够有效反映水体晃动对渡槽结构的减震作用,且与数值分析结果吻合较好。     

基于材料性能时变特性的复合材料固化过程多场耦合数值模拟

针对热固性树脂基复合材料固化过程中各种复杂的物理化学变化之间的相互影响,建立了基于材料性能时变特性的复合材料固化过程的二维多场耦合计算模型。该模型由已知的3个经典复合材料固化过程子模型构成,包括热-化学模型、树脂黏度模型和树脂流动模型。在此基础上,将固化过程中材料性能的时变特性引入多场耦合计算模型中。通过与文献中实验结果的比较,证明了所建立的模型具有较高的可靠性。对AS4/3501-6复合材料层合平板的固化过程进行了数值模拟,重点研究了固化过程中纤维体积分数变化及材料参数的时变特性对固化过程中温度、固化度和树脂压力等参量的影响。分析结果表明:考虑纤维体积分数变化和材料性能的时变特性后,固化过程中复合材料层合板中心温度峰值明显减小,树脂压力随时间的变化将有所滞后。     

波浪作用下抛石潜堤的动态稳定数值模拟

抛石潜堤在港口工程中得到广泛应用, 该文运用离散单元法中的二维颗粒流方法建立了抛石潜堤模型, 分析了刚度和摩擦系数两个细观参数对模型分析的影响。结合工程实例, 合理确定了抛石潜堤颗粒流模型的细观参数, 克服了传统连续介质力学的宏观连续性假设, 形象而直观的模拟分析了抛石潜堤的动状稳定破坏。研究表明, 在波浪荷载作用下, 抛石重量是影响失稳的主要因素, 其次是堤顶宽度及断面坡度。抛石重量越大, 堤顶宽度越大, 断面坡度越缓, 则抛石潜堤的整体稳定性越好。应用此结论, 针对该工程, 对抛石潜堤进行了结构优化, 得到不同的抛石块体以及不同的断面形状的优化潜堤结构。     

常压下超音速等离子体射流的数值模拟

数值模拟研究了在二维轴对称情形下,超音速等离子体射流喷射于常压环境中的湍流流动,其中考虑了等离子体物性随温度的大幅度变化,还考虑了粘性耗散。等离子体射流的数学模型采用了Navier-Stockes方程,对湍流的模拟采用了κ-ε方程。计算方法以SIMPLER方法为基础,引入密度修正,得到适用于可压缩流体的p＇方程和p＂方程。p＇方程用来更新现有压力场和密度场,p＂方程用来修正速度场以保证质量守恒。计算结果对常压下超音速等离子体射流的进一步研究有重要的参考价值     

饱和多孔介质动力分析的数值流形单元

基于数值流形方法中覆盖函数的基本思想,构造了适用于饱和多孔介质动力耦合分析的三节点平面流形单元,该单元满足Babuska-Brezzi稳定性准则与Zienkiewicz-Taylor分片试验条件,对于位移和孔隙压力具有不等阶的插值函数,且所有节点上具有相同自由度。用标准Galerkin法和Newmark法将饱和多孔介质动力基本方程在空间和时间上离散,得到饱和多孔介质动力分析的流形元离散的算法公式。数值结果表明,与传统有限元相比在孔隙流体不可压缩且非渗流的条件下,数值流形单元对于压力场的计算具有良好的数值稳定性。     

玻璃表面裂纹扩展的数值模拟

在玻璃上预制可控表面裂纹，测得裂纹沿长度方向的扩展数据，利用裂纹扩展阻力轴曲线，对表面裂纹的扩展作数值模拟，得到裂纹深度和深长比数据，为了解表面裂纹的扩展过程提供依据。     

核反应堆预应力钢筋混凝土安全壳内爆炸数值分析

现代高技术战争和反恐怖战争中,核电站极有可能遭受精确制导弹药的打击。根据核反应堆预应力钢筋混凝土安全壳的结构形式,建立了安全壳有限元模型,采用土壤/混凝土材料模型,应用显式动力有限元程序LS-DYNA的流-固耦合算法,对预应力钢筋混凝土安全壳进行了内爆炸工况下的数值模拟分析,分析了在内爆炸荷载下安全壳结构的力学特性。结果表明:运用流-固耦合算法对安全壳进行内爆炸全过程三维数值模拟,能够揭示安全壳结构在内爆炸冲击波作用下的力学行为。     

PC轧机轧制过程耦合数值模拟研究

开发了一种分析三维板带轧制过程轧件与轧辊的耦合变形的计算机模拟系统。它耦合了三维刚塑性有限元法,弹性有限元法和计算辊系变形的影响函数方法。采用该系统成功地对PC轧机(Paircrossedrollingmill)轧制过程进行了分析,得到了轧制压力横向分布,前后张力横向分布,金属横向流动,以及轧后板带的横向板厚分布,包括板凸度和边部减薄大量信息等。     

基于ALE的大型输水隧道地震动响应并行数值分析

提出基于ALE （Arbitrary Lagrangian-Eulerian）方法的输水隧道地震动响应并行数值分析方法,采用ALE方法模拟内水和隧道的相互作用,提出基于耦合负载均衡的并行计算方法加快求解速度,采用显式中心差分法完成方程求解。针对某大型输水隧道,建立内水-隧道-土体耦合的全三维数值模型,分析其在非一致地震激励下的动力响应。模型中考虑材料非线性、接触及流固耦合非线性等实际情况,并采用PML （Perfectly Matched Layer）建立人工边界模拟无限区域。在曙光5000A超级计算机上,利用所提方法,完成该大规模非线性问题的求解。通过与附加质量法对比,验证ALE方法模拟内水-隧道耦合的可行性;分析输水隧道地震激励下的应力及变形情况;讨论内水量及变形缝对隧道动力响应的影响;分析并行计算效率。结果表明：环向应力较大值出现在靠近工作井的截面,隧道结构满足强度要求;隧道截面变形量处于安全范围内;满水隧道较空隧道承受更大应力;变形缝可以降低隧道的动力响应;所提并行计算方法可以获得较好的并行效率。     

地震作用下钢结构损伤过程数值模拟

采用弹塑性损伤本构模型,该模型结合了非线性各向同性和随动强化准则以及基于塑性位移的损伤演化规律,利用ABAQUS对一个9层钢结构在EL-Centro地震波作用下塑性变形和损伤区域的发展过程进行了数值模拟.结果表明,上部楼层的梁端产生较明显的塑性变形并形成损伤部位.这与在Northridge地震中观测到的高层钢结构的地震...     

具有金属内衬复合材料纤维缠绕容器固化过程的数值模拟

基于固化反应动力学、热传导和复合材料层合理论, 采用了有限元分析方法, 对具有金属内衬的复合材料纤维缠绕压力容器在固化工艺过程中的温度和热应力分布及其变化规律进行了数值模拟。通过一典型容器数值分析, 表明在固化工艺过程中, 中容器内部的所有应力分量具有同时达到峰值的特征, 其中应力分量的峰值出现在固化降温阶段的初期。提出了数值模拟的方法和分析结论对复合材料结构设计师和工艺师合理制订金属内衬复合材料纤维缠绕容器的工艺标准具有一定的参考价值。      

超空泡航行体阻力系数的数值模拟研究

采用数值模拟的方法,仿真获得不同空泡形态下超空泡航行体的粘性阻力系数和压差阻力系数,利用这些系数,基于普通流线型航行体的阻力系数估算公式,进行重新拟合修正,形成超空泡航行体的阻力系数估算公式。将无空泡情况下的阻力系数估算公式代入自编的水下航行体弹道仿真软件,计算得到的超空泡航行体全沾湿状态下的水下弹道理论预报结果,与利用模型试验中的实测数据得到的弹道曲线一致性较好,说明数值模拟对超空泡航行体阻力系数的估算基本准确。