基于高阶谱方法求解波浪在不规则地形上传播的完全非线性数值模型

该文基于高阶谱方法,通过引入造波边界和水底边界条件,建立了能够模拟波浪在不规则地形上传播的完全非线性数值计算模型。对典型的二维波浪bragg反射和波浪在潜堤上传播进行了数值模拟,数值计算结果表明该模型能够很好地模拟波浪的产生、传播及与不规则地形的作用,验证了所建立的数值计算模型模拟波浪在不规则地形上传播的有效性。     

基于数值波浪水池的波浪中船舶水动力计算

此文基于CFD方法建立了数值波浪水池,模拟了波浪的生成和传播,并对规则波浪中航行船舶的水动力进行了计算研究.文中讨论了适合船舶在波浪中航行的数值模拟的波浪环境表达,验证了参考坐标系下数值波浪水池中波浪生成和传播及消波等,模拟计算了多个航速项浪与斜浪航行的约束Wigley-Ⅲ船模的水动力以及项浪中航行船舶的波浪增阻.计算结果与DUT(Delft University of Technology)的试验数据及势流理论的结果吻合良好.对比和研究表明,本文的方法能细致描述船舶周围的流场,且比实验更易实现和控制,在船舶的水动力性能分析和运动预报等方面具有广阔的应用前景.     

基于hopf分岔理论的带调压室水电站 非线性稳定性分析

考虑水力系统非线性特性,建立带调压室水电站引水发电系统非线性数学模型,利用hopf 分岔的代数判据理论得到带调压室水电站非线性稳定域,并得到系统的分岔图,同时对非线性稳定域 的影响因素进行分析。研究表明:非线性稳定域要明显小于线性稳定域;调压室面积增大对系统的稳 定性有利;当调压室面积大于托马稳定断面F>F}时,Tn值对非线性稳定域有明显的影响,而当调 压室面积小于托马稳定断面F < F}时,Tn值的变化对稳定域的影响并不十分明显;同时随着负荷扰 动量的增大,系统的稳定域减小。     

Modeling of fully nonlinear wave evolution over a submerged bar

A three-dimensional fully nonlinear numerical wave tank (NWT) is developed by using a time-domain higher-order boundary element method (HOBEM). The source generation of waves is adopted to generate input waves. The mixed Eulerian-Lagrangian (MEL) method is utilized to track and refresh the free surface. The model is applied to three examples of wave evolution and harmonic decomposition during propogation over a submerged bar and numerical results are compared with the experimental data and the solutions of Boussinesq model. It shows that the present model agrees better with the measurements than the Boussinesq model and are more adaptable for stronger nonlinear waves.

     

3D GIS平台下大坝数值模型信息系统研究与应用

由于基于点源信息的大坝安全评价方法难以得到大坝整体安全的信息，因此本文在对运行中的大坝及坝基进行系统的有限元分析的基础上，将有限元分析成果建库，并利用3DGIS平台将有限元分析成果与大坝结构的空间信息联系起来，构建了3DGIS平台下大坝数值模型信息系统。详细讨论了系统的设计思路和结构功能，重点探讨了有限元成果的组织与管理、三维空间建模等问题，并以隔河岩大坝为例，介绍了该系统的初步应用。     

基于系统辨识的非线性系统滑模变结构控制

针对一类非线性系统,提出了一种基于神经网络系统辨识的滑模变结构控制方法。用2个神经网络来动态辨识系统对象,结合变结构控制,克服了常规变结构控制方法中被控制对象变化范围的限制。仿真结果表明,控制系统具有良好的稳定性、收敛性,同时抖动也有所减少,具有较强的鲁棒性。     

数值波浪水池中航行船舶辐射问题的数值模拟

基于CFD方法,建立了数值波浪水池,就Wigley-Ⅲ船模在不同航速下摇荡运动辐射问题进行了数值模拟,给出了一种求解航行船舶辐射运动的水动力系数的方法.计算分析了船体相关模态运动的附加质量与阻尼,与势流理论结果、DUT(Delft University of Technology)的试验数据进行了比较,吻合良好.对比和研究表明,本文的方法比实验更易实现和控制,能细致描述船舶周围的流场,在船舶水动力性能的分析预报等方面具有广阔的应用前景.     

基于数值方法的混凝土细观结构变化规律与力学性能研究

本文基于分形理论,以混凝土试件细观结构中的骨料面积-界面周长关系作为细观结构的表征指标,通过分形维方法将其量化,利用数值方法研究了混凝土试件的细观结构变化规律,分析了试件细观结构变化对其力学性能的影响,并在此基础上进一步探讨了细观结构变化对试件力学特性的影响机理。研究发现:(1)试件骨料投放率的变化对细观结构影响甚小,而试件尺寸的变化则对其影响较大;(2)试件尺寸变化对试件承载力学性能的影响更大,而骨料投放率变化对其影响则较小:骨料投放的增多对承载力的提升作用和对整体应力水平的降低作用在大尺寸试件中更为明显;(3)骨料投放率的增大能提升试件局部开裂应力,但会降低开裂应变,增大开裂脆性,试件破坏呈现出明显的局部特性。     

基于比例边界有限元法的结构-地基动力相互作用时域算法的改进

本文基于比例边界有限元法(Scaled Boundary Finite Element Method)的缩减基函数解法,对结构无限地基动力相互作用的时域算法进行了改进。通过选择适当的基函数数目,缩减结构-地基接触面上的自由度,以减小卷积积分所带来的计算工作量,推导了缩减自由度后运动方程的表达式。通过重力坝和拱坝加速度频响曲线的算例,对比了不同程度缩减的基函数和全部基函数对计算精度和效率的影响。结果表明,基函数的缩减可使计算效率明显提高,但精度损失不大。当采用60％的基函数时,计算效率提高5倍,而峰值频响曲线的精度损失却不超过4％。因此,该算法比较适合于大型结构地基动力相互作用问题的时域分析。     

A numerical model for pipelaying on nonlinear soil stiffness seabed

The J-lay method is regarded as one of the most feasible methods to lay a pipeline in deep water and ultra-deep water. A numerical model that accounts for the nonlinear soil stiffness is developed in this study to evaluate a J-lay pipeline. The pipeline considered in this model is divided into two parts: the part one is suspended in water, and the part two is laid on the seabed. In addition to the boundary conditions at the two end points of the pipeline, a special set of the boundary conditions is required at the touchdown point that connects the two parts of the pipeline. The two parts of the pipeline are solved by a numerical iterative method and the finite difference method, respectively. The proposed numerical model is validated for a special case using a catenary model and a numerical model with linear soil stiffness. A good agreement in the pipeline configuration, the tension force and the bending moment is obtained among these three models. Furthermore, the present model is used to study the importance of the nonlinear soil stiffness. Finally, the parametric study is performed to study the effect of the mudline shear strength, the gradient of the soil shear strength, and the outer diameter of the pipeline on the pipelaying solution.     

曝气池中气液两相流速度场分布的实验研究与数值模拟

气液两相流广泛存在于水利工程、废水处理等领域,其在气液装置中的流型流态及速度场分布可直接影响装置运行效能。本文采用实验研究与数值模拟相结合的方法,对圆柱形气液装置进行PIV实验,获得了准确的气液两相流气相速度场分布;在充分考虑湍流、曳力、升力、湍流分散力等作用下,采用欧拉-欧拉双流体模型和气泡群平衡模型对气液两相流流场进行了数值模拟,并将模拟结果与实验结果进行验证,所得结果误差控制在10%左右。结果表明,本文提出的模拟方法在气液两相流模拟中能够得到较准确的两相流动规律和速度场分布情况。     

基于计算流体力学的往复式隔板絮凝池流场模拟分析

应用计算流体力学软件FLUENT对往复式隔板絮凝池进行了流场数值模拟分析.通过分析发现,池内的水流变化模拟特征与实际情况相吻合,能够较真实地反映流场内部微观的变化情况,从水力学的角度分析了流场对絮凝效果的影响.同时也可为工程设计人员的设计方案优化提供参考.     

基于正交试验的单向调压塔结构优化研究

基于单向调压塔水锤防护原理,对调压塔直径、调压塔有效水深和补水管直径等3个关键参数,采用正交试验方法,比较分析各个参数对水锤防护效果的影响权重及其变化趋势,获得最优的单向调压塔设计方案,并通过现场测试,证明该设计方案的有效性。研究表明:在调压塔内水量充足的情况下,补水管直径对水锤防护效果影响最大,其次是塔内有效水深和调压塔直径;随着补水管直径的增加,最大水锤压力先减小后增加;而补水体积则逐渐增大,水泵最大倒转转速略有增加。     

基于环剪试验的黄土完全软化强度研究

甘肃省永靖县黑方台地区灌溉水下渗导致地下水位抬升,加之季节性冻结滞水促滑效应的影响,进而诱发了大量黄土滑坡。为了进一步研究地下水长期作用对黄土强度的影响,采用环剪仪装置开展了不同饱水时间下（1,3,5,7,10,15,20 d）重塑黄土的强度试验研究。试验结果显示,黄土强度饱水时间曲线呈“勺形”,指出“勺底”数值更符合完全软化强度的定义,并且从水、土相互作用的微观角度对曲线形状作出了合理解释。初步认为,该地区饱水3 d左右的抗剪强度接近于完全软化强度。     

开闸式异重流头部结构的数值研究

本文采用重整化群(RNG)κ-ε湍流模式研究开闸式异重流头部结构，详细剖析异重流头部的流场、湍流动能和浓度分布，并解释异重流行进约10个闸长后头部行进速度降低的原因。     

基于LES方法圆柱绕流三维数值模拟

该文采用计算流体软件CFX5中Large-eddy simulation(LES)模型计算了均匀流场中三维圆柱绕流的水动力特性。使用有限体积法对三维N-S方程进行求解。数值模拟着重研究了高雷诺数时展向各截面的压力、阻力、升力及涡管特性。数值计算结果表明:展向各截面柱体受力关于中截面对称且小于二维情况,柱体周围流场呈现明显的三维特性。     

天然河道丁坝群局部冲刷三维数值模拟

为研究天然河道中丁坝长度对河床的冲刷影响,基于天然河道形状和实际丁坝群布置,提出适用于天然河道形状的丁坝群局部冲刷计算流体力学(CFD)三维数值模拟方法,建立了滦河马良子段丁坝群三维模型。采用RNG k-ε模型模拟计算,用VOF方法进行自由表面的追踪,并对丁坝局部冲刷坑形态及冲刷深度进行了数值模拟。对比实测数据,数值模拟结果与实测结果非常吻合。针对丁坝群中局部冲刷最严重的丁坝,对其长度进行调整,调整后冲坑深度明显改善。     

基于SEAWAT的海水入侵数值模拟

基于三维有限差分理论,运用地下水模拟软件Visual MODFLOW中的SEAWAT模块,模拟了大连海洋大学新校区变密度条件下的海水入侵.模拟中考虑了有防渗墙和无防渗墙两种工况,并分析和比较了这两种工况下,新校区的地下水位和盐分浓度,其分布及变化规律.模拟结果表明:防渗墙对新校区地下水位和盐分浓度的分布及变化,影响都很小;盐分最终侵入校园区域,并且随着时间的增长,浓度上升至较高水平.     

基于变量分离的修正有限元数值计算

采用有限元方法直接求解粘性不可压缩流动N—S耦合方程，本文从离散化的动量方程和连续方程出发，得到了替代连续方程的压力简化统一方程，将各个求解变量分离开来，建立起直接从方程中求解压力场的有限元数值计算方法，有效地消除了压力场的伪震荡。通过对层流和紊流典型算例的分析比较，证明了本文方法是令人满意的。