基于细分粒子的刚体破裂动画

为了模拟固体在外力作用下产生的破裂现象,提出一种采用细分粒子的刚体破裂的模拟算法.该算法首先将固体的四面体网格绑定到一系列离散的粒子上;再利用光滑粒子流体动力学（SPH）对线弹性力学方程进行离散求解;并采用粒子细分的算法来进行开裂面的生成和延展.最后实现了多个固体现象的模拟,如砖块碎落、砖墙受力倒塌等.文中算法可适用于刚体脆性破碎的动画应用.     

基于光滑粒子流体动力学的桥墩波浪作用数值模拟

桥墩在海洋环境中会受到不同形式的波浪作用,研究深海桥墩在波浪作用下的动力响应对于桥梁结构的安全建造、有效使用和维护至关重要。该文利用光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics, SPH)在模拟流体方面的高效优势,基于开源平台DualSPHysics建立了数值波浪水槽,进行了数值造波和波高监测,验证了将SPH方法应用在推板造波过程和结果中的可行性和准确性。建立物理试验对照工况,分析了不同截面的结构在不同波高、周期下所受波浪力的变化,并分析了SPH方法与基于网格的计算机流体力学方法在模拟效率上的区别。该文还分析了光滑粒子间距对数值模拟的影响,以及计算机硬件对于SPH方法的模拟效率影响。研究结果表明：SPH方法能准确模拟流体运动现象,模拟波浪力的结果与实验数据的相对误差不超过5%,且模拟效率显著高于基于网格的方法;粒子间距是影响SPH方法计算效率和精度的关键因素,GPU中的CUDA(Compute Unified Device Architecture)数对SPH方法的计算精度和效率具有显著影响。     

无网格粒子法在模拟单螺杆挤出非牛顿流中的应用

基于光滑粒子流体动力学(SPH)方法,采用FORTRAN语言,自行开发了一套模拟非牛顿流的程序。采取镜像粒子法处理固壁边界。使用移动最小二乘(MLS)修正密度,消除压力振荡。选取幂率模型计算非牛顿流体黏度。通过模拟平板Poiseuille流验证了该程序计算非牛顿流的正确性。最后,将SPH方法应用于单螺杆挤出螺槽横截面流场的计算,对比考察了剪切变稀、牛顿、剪切变稠等不同情况下的速度场、剪切速率场,计算结果与理论基本符合。螺槽中轴线上的速度分布与理论解一致。为SPH方法在更加复杂的三维螺杆挤出模拟打下了基础。     

基于FEM-SPH耦合法的弹丸侵彻钢纤维混凝土数值模拟

针对有限元法(FEM)处理超大变形问题时所存在的困难,基于有限元与光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics:SPH)的耦合方法模拟了弹丸对钢纤维混凝土的侵彻破坏过程。其中弹丸作为刚体处理并划分成Lagrange标准有限元网格,而靶体中心部分划分成光滑粒子并经历大应变、高应变率和高压作用。为了描述钢纤维混凝土的非线性变形及断裂特性,在计算中引入了Holmquist-Johnson-Cook累积损伤材料模型。数值模拟结果形象再现了弹丸冲击作用下靶体材料破碎、飞溅成坑的物理过程,尤其靶表面碎片飞散的模拟情况与高速摄影照片符合较好,并且侵彻深度计算结果与实验数据具有较好的一致性,FEM-SPH耦合方法显示出了模拟侵彻问题的有效性。研究表明钢纤维能明显增强混凝土基体的抗侵彻性能,且随纤维含量的提高增强效果更佳。     

基于SPH方法的剪切流驱动液滴在固体表面变形运动数值模拟研究

光滑粒子流体动力学(SPH)方法是纯拉格朗日粒子方法,可以有效避免网格法在模拟大变形过程中带来的网格扭曲等缺陷,适合模拟含大变形的剪切流驱动液滴在固体表面变形运动过程。在基于CSF模型的表面张力SPH方法基础上,采用新的边界处理方式和界面法向修正方法,引入Brackbill提出的壁面附着力边界条件处理方法,得到了含壁面附着力边界条件的表面张力算法。基于新方法模拟了剪切流驱动液滴在固体表面变形运动过程并与实验结果和VOF方法模拟结果进行了对比验证。结果表明：该方法在处理壁面附着力问题时精度较高,稳定性较好,适合处理工程中剪切流驱动液滴在固体表面变形运动问题。     

基于双层粒子滤波和半监督Hough Forests 的多目标跟踪

本文针对单目摄像头、复杂可变背景环境下的多目标跟踪问题,将 tracking-by- detection 方法与粒子滤波相结合,从不稳定的信息源中提取高置信度模型作为观测,在半监督学习框架中实现了动态视频场景中的多个目标跟踪,并设计了一个多目标的维护机制以应对遮挡、背景变化、目标进出场景等可能引起目标混淆的情况.实验证明,本文提出的算法能够稳定跟踪复杂场景中的多个目标,有效区分不同目标,对目标的遮挡、背景干扰等均有良好的处理效果.     

湍流大涡模拟中的粒子扩散

对湍流场中粒子运动的研究不仅有助于了解湍流的输运过程,而且在工业领域有广泛的应用前景.本文比较了直接数值模拟(DNS)与大涡模拟方法(LES)得到的湍流场中粒子运动的各种拉格朗日统计量,讨论了LES缺失的小尺度速度场的影响,最后使用随机微分方程模型(SDE)改善了粒子统计量的计算.     

典型薄壁结构抗鸟撞动响应试验及数值模拟研究EI北大核心CSCD

设计满足鸟撞适航条款要求的飞机薄壁结构,必须进行典型薄壁结构抗鸟撞动响应试验及数值模拟研究。对某飞机机头上壁板薄壁结构进行了鸟撞试验,并采用光滑粒子流体动力学-有限元法(smoothed particle hydrodynamics-finite element method,SPH-FEM),基于商用显式有限元分析软件PAM-CRASH,建立了鸟撞上壁板薄壁结构数值计算模型。计算结果表明,上壁板结构损伤模式主要包括蒙皮撕裂和铆钉断裂,计算结果与试验结果良好的一致性验证了该数值计算模型及方法的合理性。在此基础上,建立了鸟撞典型薄壁结构数值计算模型,研究了鸟弹不同撞击角度和速度下典型薄壁结构蒙皮极限厚度值,结果表明,随着撞击速度的增大,蒙皮极限厚度的变化对撞击角度十分敏感。拟合了典型薄壁结构蒙皮极限厚度与鸟弹撞击角度和速度之间的数学关系,为飞机薄壁结构抗鸟撞设计提供技术支撑。     

求解复杂优化问题的双层多种群粒子群优化算法

为解决粒子群优化算法存在的易早熟和精度低问题,提出了一种双层多种群粒子群优化算法.此算法采用上下两层,即下层N个基础种群和上层一个精英种群.各个基础种群相互独立进化,并从精英种群中得到优良信息指导自己的进化.上层精英种群首先通过接受各基础种群的当前最优粒子来更新自己的粒子集合,然后执行自适应变异操作,最后随机地向每一个基础种群输送出本次进化后的一个最优粒子来改进其下一轮搜索.该算法的并行双进化机制增加了群体的随机性和多样性,提高了全局搜索能力和收敛精度.实例仿真表明该算法具有较好的性能,尤其对于复杂多峰函数优化,成功率显著提高.     

双股液体射流撞击雾化的SPH方法数值模拟

双股液体射流撞击雾化过程存在复杂的界面运动,传统网格法很难处理。运用SPH方法对双股液体射流撞击雾化问题进行三维数值模拟;根据实际的双股液体射流撞击雾化过程提出了合理的简化模型;弱可压缩状态方程中参考压强采用了新的计算公式;利用有限差分与SPH一阶导数相结合的方法处理粘性项中的二阶导数;对人工应力提出了新的参数值选择方案。将数值仿真结果与文献实验结果进行对比,二者比较吻合,表明SPH方法很适合解决射流撞击雾化等复杂的界面运动问题。     

Impact Deformation and Fracture Mechanisms of Plates of Brittle Materials

We have studied the deformation and fracture mechanisms of plates of brittle materials under impact loading. The paper presents the results of numerical simulation of impact interaction between a projectile and a multilayer plate with a brittle layer. Methods of compression and perforation testing of brittle materials have been elaborated. The results of numerical simulation are compared with the experimental data.     

Brittle Fracture Analysis Using a Ring-Shape Specimen Containing Two Angled Cracks

A ring shaped specimen is used for studying mixed mode fracture in brittle materials. The ring specimen is subjected to a compressive diametral load and contains two angled central cracks. A series of fracture tests are conducted under various mode mixities using the ring specimen. It is shown that the obtained experimental results are in a very good agreement with theoretical predictions of the modified maximum tangential stress criterion.     

Dynamic Fracture of Nominally Brittle Materials

Current understanding of dynamic fracture mechanisms and the methods of modeling are reviewed critically. Experimental methods used in dynamic fracture investigations and key experimental observations are reviewed. This is followed by a critical review of the dynamic fracture models. Mechanistic and phenomenological models as well as discrete and continuum models and their ability to reproduce experimental results are discussed.     

Prediction of the Brittle Fracture Toughness of Neutron-Irradiated Reactor Pressure-Vessel Steels. Part 1

The irradiation effect on the temperature dependence of the brittle fracture toughness of reactor pressure-vessel steels is simulated using the probabilistic model for the fracture-toughness prediction, which was proposed by the authors earlier. The paper analyzes the irradiation effect on the parameters controlling the plastic deformation and brittle fracture of reactor pressure-vessel steels. We consider the mechanisms of microcrack nucleation in nonirradiated, irradiated, and post-irradiation-annealed reactor pressure-vessel steels.     

Prediction of the Brittle Fracture Toughness of Neutron-Irradiated Reactor Pressure Vessel Steels. Part 2

We apply the proposed model to study the effect of irradiation on the temperature dependence of brittle fracture toughness of 15Kh2MFA steel. We analyze also the influence of irradiation and the content of phosphorus and copper on the brittle fracture toughness. It is demonstrated that the probabilistic model, which is based on a new formulation of the brittle fracture criterion, allows an adequate prediction of the irradiation effect on the fracture toughness of reactor pressure vessel steels. Alternative models of prediction of fracture toughness are discussed.     

微流体技术光/热聚合可控制备Janus核-壳微球

Janus核壳微球是一种结合Janus微球以及核壳微球结构特点的复杂结构微球。它独特的性能在某些领域例如药物的定向输送方面具有潜在的应用。然而由于结构的复杂性以及传统制备方法的局限性,该微球的制备存在一定挑战,目前国内外尚无制备该微球的报道。本文利用基于毛细管的微流体控制技术,结合光/热聚合等手段,成功制备出了单分散的Janus核壳微球,并实现了对其大小、形貌以及核数目的控制。     

脆性材料断裂韧性测定的山形缺口试件和方法

本文扼要地介绍了测定新型结构陶瓷、高强度金属、以及其他脆性材料断裂韧性的山形缺口试件与方法。概述了这个方法的发展史、优缺点、目前研究概况、主要理论分析与实验研究成果,以及存在的问题和发展动向。     

一种SPH流体仿真边界校正方法

使用光滑粒子流体动力学方法进行流体仿真,并提出一种边界校正方法。使用快速泊松盘采样算法对容器边界进行采样,生成边界粒子,对边界粒子质量进行差值估算,计算边界粒子对流体粒子的作用力,以此来仿真流体与边界的相互作用。该方法可避免穿刺、滞留等现象的发生。通过实验验证了该算法的正确性。