极限流速的Galerkin直接法和科氏惯性力的影响

根据变分原理导出了悬臂输液曲管的变分 积分方程 ,这是弯曲 扭转 流体三相耦合的动力学问题 ,无法解耦而单独求出弯曲和扭转的解析解 ,只能作近似计算 .有关文献用有限元法和迁移矩阵法对规则输液曲管进行了数值计算 ,得到了输液曲管的极限流速 ,但都没有考虑科氏惯性力的影响 .采用直接法 ,首先选取满足自然边界条件的试函数 ,而后求出了系统固有频率的近似解析公式 ,同时也得到了极限流速的近似解析公式 .通过算例分析了科氏惯性力对系统固有频率和极限流速的影响 .结果表明 ,采用该方法不仅可以得到问题的近似解析解 ,而且还具有相当高的精度 ,这是其它数值算法难以做到的 .因此可以说 ,Galerkin直接法为解决这类流 固耦合复杂问题提供了一种强有力的分析手段     

用直接法求简支输送管道的极限流速

根据变分原理导出了输送管道自由振动的积分-变分方程,这是一个流-固耦合问题,不可能得到它的解析解,只能求近似解或数值解.目前广泛应用的数值算法是有限元法、传递矩阵法、摄动法.本文采用Galerkin直接解法,首先选取满足自然边界条件的试函数,而后求出了系统固有频率的近似解析公式,同时也得到了极限流速的近似解析公式.算例结果表明,采用该方法不仅得到了问题的近似解析解,而且具有相当高的精度,这是其它数值算法难以做到的.因此可以说,Galerkin直接法为解决这类流-固耦合复杂问题提供了一种强有力的分析手段.     

二维Rankine体升力受邻近壁面干扰的简化算法

对壁面附近二维Rankine体的水动力干扰现象进行数值计算和试验研究,基于物面源汇和中弧线上的线性涡分布,提出一种简化数值算法.根据不同速度、攻角和壁面间距的干扰力试验值,得到尾部流动分离点的位置变化规律.以NACA0012翼型为例,比较了压力Kutta条件和2种近似Kutta条件的计算精度,用于钝体计算.在分离点上满足Kutta条件,可有效预报二维Rankine体所受壁面干扰力,解决了分布源法、普通翼型升力计算法应用于钝体的计算结果与钝体试验值不符的问题.对于其他形状钝体的壁面干扰现象,以及水下潜器的近壁面运动,该计算方法和结果亦具有参考价值.     

用直接法求简支输送管道的极限流速

根据变分原理导出了输送管道自由振动的积分．变分方程，这是一个流一固耦合问题，不可能得到它的解析解，只能求近似解或数值解．目前广泛应用的数值算法是有限元法、传递矩阵法、摄动法．本文采用Galerkin直接解法，首先选取满足自然边界每件的试函数，而后求出了系统固有频率的近似解析公式。同时也得到了极限流速的近似解析公式．算例结果表明，采用该方法不仅得到了问题的近似解析解，而且具有相当高的精度，这是其它数值算法难以做到的．因此可以说。Galerkin直接法为解决这类流．固耦合复杂问题提供了一种强有力的分析手段．     

Lokta-Volterra生态模型的同伦分析解法

由于Lokta-Volterra生态模型为非线性模型,无法获得解析解.利用同伦分析方法,得到了该模型解的近似展开式.同伦分析方法不同于其他解析近似方法,该方法提供了一个简单途径,确保所得到的级数解收敛,从而可以获得非线性问题足够精度的解析近似.对近似解与数值解进行了比较,结果表明,近似解具有较高的精度,该方法用于生态模型研究是可行的.     

船舶非线性自由横摇运动的近似解析解

具有一定精度的近似解析解有助于方便分析船舶非线性横摇运动及其稳定性.针对以线性加立方项的阻尼力矩和回复力矩模型为基础的非线性自由横摇运动方程,运用奇异摄动理论中的多尺度法,经繁复推导给出了完整的精确至二阶的解析解,解决了消除二阶非线性项中久期项的处理问题.文中给出的解析解可以作为船舶非线性自由横摇运动的近似解析解.为此,以一船模的自由横摇为算例,计算了解析解的时间历程和平面相图,通过与Runge-Kutta法的数值解进行比对分析后表明,利用该解析解近似描述和研究船舶非线性自由横摇是可行的.     

极限流速的Galerkin直接法和科氏惯性力的影响

根据变分原理导出了悬臂输液曲管的变分．积分方程，这是弯曲．扭转．流体三相耦合的动力学问题，无法解耦而单独求出弯曲和扭转的解析解，只能作近似计算．有关文献用有限元法和迁移矩阵法对规则输液曲管进行了数值计算，得到了输液曲管的极限流速，但都没有考虑科氏惯性力的影响．采用直接法，首先选取满足自然边界条件的试函数，而后求出了系统固有频率的近似解析公式，同时也得到了极限流速的近似解析公式．通过算例分析了科氏惯性力对系统固有频率和极限流速的影响．结果表明，采用该方法不仅可以得到问题的近似解析解，而且还具有相当高的精度，这是其它数值算法难以做到的．因此可以说，Galerkjn直接法为解决这类流．固耦舍复杂问题提供了一种强有力的分析手段。     

河道平面二维水力数值模拟

本文基于有限解析法的基本思想,用单元内插值函数近似地代替单元内的近似解析解。建立了既能保持有限解析法计算贮存量小的特点,又能适用于不规则河道边界计算的数学模型。用长江臭盐碛河段的实测资料对所建立的模型进行了验证。结果表明计算值在流速分布、回流范围等方面均能与实测值较好地吻合。     

偏积分方法与数值方法的比较分析

在介绍偏积分近似方法基本概念的基础上,在结构化网格中,用有限容积法数值求解稳态热传导问题.同时进行偏积分近似解、精确解和数值解的比较分析.从计算结果可以得到令人满意的一致性.这些充分证明偏积分近似方法、解析方法和数值计算方法的实用性和互补性.     

一类有正阻尼的强非线性振动问题的解析解

阐述利用最新提出的同伦分析方法求解有正阻尼的强非线性振动方程,得到了该方程的六阶近似解析解。计算结果表明,本文得到的结果与多尺度法、混合近似法以及数值计算方法得到的结果非常接近,而且同伦近似解提供了一个辅助参数可以方便地调节解的收敛区域。比较结果显示同伦分析法在求解正阻尼的强非线性振动问题时,仍然是一种行之有效的方法。     

边界条件对植被化矩形复式河槽流速及床面切应力的影响

在水深平均动量方程中加入了植被引起的拖曳力,给出了垂线平均流速及床面切应力的2维解析解.根据滩地植被化矩形复式河槽的断面形态特点,建立了滩槽交界面的切应力平衡方程进而提出了2种边界条件.比较这2种边界条件后发现它们的计算结果在水深较大时几乎相同,而水深较小时在剪切区内有一定差别,考虑了主槽边壁切应力影响的边界条件可以给出更好的计算成果.运用8组不同的矩形复式河槽试验资料对该边界条件的应用情况进行验证,结果发现,在各个区域选取合适的二次流系数比忽略二次流能更好地模拟流速及床面切应力分布,在各组矩形复式河槽工况中,考虑二次流可以得到较好的计算成果.     

（研究生论坛）滩地一排植被作用下的复式河槽水流特性研究

为研究滩地种植一排植被情况下,梯形复式河槽断面的垂线平均流速分布和床面剪切应力分布,进行了4种方案的室内水槽试验。分别采用多普勒三维流速仪（ADV）和普雷斯托管对流速和床面剪切应力进行了测量。试验结果表明,植被处于淹没状态时,主槽中心线和滩地中心线附近的垂线流速呈对数分布,而在植被区域的垂线流速呈S型分布。流量的增加和植被间距的加大将引起同一垂线的平均流速增大。床面剪切应力值在植被区域达到最小值,表明植被对断面的床面剪切应力有显著削弱作用。流量越大、植被密度越小,床面剪切应力值就越大,但床面剪切应力占水流阻力的比重越小。     

Lateral distributions of streamwise velocity in compound channels with partially vegetated floodplains

Natural rivers are commonly characterized by a main channel for primary flow conveyance and a floodplain, often partially covered with vegetation such as shrubs or trees, to carry extra flow during floods. The hydraulic resistance due to vegetation on the floodplain typically causes a further reduction of flow velocity and increases the velocity difference between the main channel and the floodplain. As a consequence a strong lateral shear layer leads to the exchange of mass and momentum between the main channel and floodplain, which in turn affects the overall channel conveyance and certain fluvial processes. The prediction of the lateral velocity distribution is important for many flood alleviation schemes, as well as for studies on sediment transport and dispersion in such channels. The present paper proposes a method for predicting the depth-averaged velocity in compound channels with partially vegetated floodplains, based on an analytical solution to the depth-integrated Reynolds-Averaged Navier-Stokes equation with a term included to account for the effects of vegetation. The vegetation is modelled via an additional term in the momentum equation to account for the additional drag force. The method includes the effects of bed friction, drag force, lateral turbulence and secondary flows, via four coefficients f, C _D, λ & Γ respectively. The predicted lateral distributions of depth-averaged velocity agree well with the experimental data. The analytical solutions can also be used to predict the distribution of boundary shear stresses, which adds additional weight to the method proposed.     

岸坡植被对复式河道水动力特性影响的数值模拟

广泛分布于天然河道岸坡的植被能够改变河道水流特性,进而影响坡脚淘刷、河岸稳定及河道形态演变趋势。为精细揭示岸坡植被对复式河道水动力特性的影响,提出植被固壁边界处理方法,利用雷诺应力模型封闭紊流控制方程构建了复式河道三维水动力数学模型,并对复式河道水流特性进行了模型验证,模拟结果与实测结果吻合较好。将该模型应用于岸坡有植被的复式河道水流特性研究,对比非淹没刚性植被、淹没刚性植被、淹没与非淹没刚性植被交替和无植被情况下流速、流量、河床剪应力、雷诺应力以及紊动能分布的差异。结果表明：岸坡植被加剧了滩槽间横向动量交换,引起二次流涡旋数量、强度和范围的增加,同时使得横断面流速、流量分配、河床剪应力、雷诺应力及紊动能在滩槽交界区显著减小,紊动交换在临近植被的周边区域明显增加。其中岸坡种植非淹没刚性植被时效果最为显著,相比无植被情况,二次流涡旋数量增加了一对,岸坡植被区流速、流量分配、河床剪应力、雷诺应力及紊动能大幅减小,甚至趋近于零,而临近植被的周围区域紊动交换剧烈,无量纲化的紊动能值可达到20。     

基于有限元修正节理岩质边坡稳定性计算的解析解

采用有限元方法探讨在人工开挖或自然侵蚀环境下,岩质边坡体内应力场的变化及节理发育形成机理,并采用有限元强度折减法对后缘具有张节理边坡的稳定性影响因素进行敏感性对比分析,进而得出具有非贯通节理边坡稳定性计算的修正解析解。结果表明:卸荷及风化作用导致边坡体由表及里出现应力重分布及应力集中的现象,使边坡后缘由顶部向下发育一簇竖直向下或略向临空面倾斜的张节理,当张节理与下部的缓倾剪节理贯通时,边坡发生破坏;边坡稳定性最敏感的影响因素为受剪节理的倾角及贯通度,其次是节理的强度参数;可将工程中较难调查的节理贯通度转化为节理的强度参数来等效表达,并根据Mohr-Coulomb强度准则推导得到适用于具有非贯通节理的岩质边坡稳定性的修正解析解。     

单排水孔轴对称填充流场解析解

工程中通常布置排水孔以降低岩体内部渗流压力.在运行过程中,充填物堵塞排水孔会限制排水能力,威胁工程安全.目前,对于填充排水孔的分析,主要考虑非填充区域的纯流体运动,却鲜有同时考虑填充区域和非填充区域的水流运动.鉴于此,建立自由流-渗流耦合理论模型,分析岩体内轴对称填充排水孔的流速分布,该理论模型中,排水孔中非填充区域纯...     

斜坡地形单桩竖向承载特性模型试验与数值模拟研究

为探明斜坡地形条件对桩基竖向承载特性的影响,结合模型试验和数值模拟方法,设计多组斜坡工况和水平对照工况,对单桩竖向承载特性进行研究,在相同桩长条件下对比分析平地、不同坡度的单侧斜坡和连续斜坡地形中桩基的竖向承载力、桩身轴力及桩侧摩阻力的变化规律和荷载传递机理。研究结果表明：在相同坡度条件下,单侧斜坡工况的单桩承载能力小于连续斜坡工况,且桩基竖向承载力随着坡度增大而降低,斜坡影响度呈非线性增长;斜坡地形主要影响桩侧阻力峰值大小,当桩侧阻力出现峰值时,对应的桩端阻力大小接近相等;斜坡地形中,桩身前后存在应力分布差异,坡前位置竖向应力和剪应力大于坡后位置,但剪应力差异仅存在于0~4倍桩径的浅层区域。     

复式河道漫滩洪水计算

从SKM方法出发,将二次流项归并入雷诺切应力项,并将主槽和滩地的流速分布曲线直接相接,推导出一套不需联立求解系数方程组的漫滩水流流速和床面切应力分布的计算公式。针对不同工况进行了实际计算,计算结果与他人的实验资料基本一致,表明这一方法是合理的。     

多孔剪力墙有限元分析

应用ANSYS有限元分析软件对多孔剪力墙在竖向荷载作用下的力学性能进行了数值模拟分析,并对多孔剪力墙同整截面剪力墙的截面应力分布进行了比较分析,得到了多孔剪力墙墙肢和连梁截面应力分布规律.     

一种剪滞翘曲位移函数的解析构造法

针对剪力滞问题,提出了一种解析的求解方法.通过对控制微分方程解的形式进行研究,构造出一种针对不同余弦剪力分布的剪滞翘曲函数;进而对任意给定的外荷载作用下的剪力分布进行级数展开,并单独求取各剪力分量对应的正应力;最终通过对正应力进行叠加并求取剪力滞分布.采用能量变分法推导了基于任意剪滞翘曲位移函数的求解公式,并编制了通用求解程序.分别以矩形简支箱梁(不带悬臂板)受集中荷载和带悬臂箱梁受均布荷载为例,进行了计算对比.研究表明:相比于已有方法,所提出的方法对不同荷载作用形式具有更好的适应性,且由于是采用级数展开的思想,适用于任意荷载作用情况下的剪力滞分析.