河道水流三维流速场的数值模拟研究

为了寻求一种先进的数值模拟方法来研究河段水流的流场特性,采用VOF紊流数学模型对大渡河安顺场堤防工程兴建河段建堤前后的水流流速场进行了三维数值模拟研究,模拟计算了该河段堤防兴建前后流速场内流速大小、方向、水位等的变化情况。计算表明,VOF紊流数学模型是一种处理复杂自由表面的有效方法。该法不仅具有稳定性好,灵活性强和精度高的优点,而且网格划分灵活,因此能较好地模拟不规则河道边界,很适合于天然河道三维水流流速场问题的数值模拟研究。     

滨江路对重庆两江水流条件影响的研究

滨江路工程对于发展城市建设和缓解交通运输具有重要意义.但是同时,它也会给河道的水流条件带来变化,从而引起河流的水安全问题、泥沙冲淤问题、航道运输问题等.本文以重庆滨江路工程和长江、嘉陵江汇流河段为对象,对滨江路给河道水流条件带来的变化进行研究,建立了两江汇流数学模型,通过计算机数值模拟,对比滨江路修建前后的河流水位和流场变化情况,阐明了引起这些变化的相关因素及其后果.     

滑坡–堵江–涌浪灾害链模拟的DEM–CFD耦合分析方法及其应用

滑坡-堵江-涌浪灾害链的演化过程涉及复杂的滑坡-河流相互作用。为了真实再现这一演进过程,本文提出了一种扩展的离散元法（DEM）与计算流体动力学（CFD）耦合数值方法,通过在局部平均DEM-CFD耦合方法中引入流体体积法（VOF）建立了一套能够描述河流自由水面演化的扩展DEM-CFD耦合数值框架,实现了对滑坡涌浪形成及传播过程的追踪;并提出了一种新的局部孔隙率计算方法即虚拟球模型,来克服网格颗粒临界尺寸比的限制,从而实现复杂地形建模要求;进一步通过多个典型算例验证其准确性和有效性。在此基础上,开展了滑坡-堵江-涌浪灾害链演化模拟,并应用至白格滑坡坝形成过程复演,深入分析了滑坡-河流动态演化过程及耦合作用机理。结果表明：所提出的方法能够准确模拟滑坡-河流相互作用;滑坡-河流-河谷地形的耦合作用驱动了灾害演化,滑坡体驱动了涌浪的传播,而河流则增加了滑坡体的动能耗散,且对其沉积过程在河流流向上产生相反影响;模拟得到的白格滑坡运移路径、沉积形态及涌浪侵蚀面积与实地调查结果吻合度较高,成功再现了2018年10月11日白格滑坡堵江事件。本文所提出的扩展DEM-CFD耦合数值方法为深入研究滑坡-堵江-涌浪灾害链演化机制提供了有力的数值工具,对于灾害预测及防灾减灾策略的制定具有一定的参考价值。     

溃坝洪水的一维、二维耦合模拟

为了给防汛指挥机关进行有计划撤离提供科学依据,探讨了溃坝洪水演进规律.针对山区水库地形的复杂性,建立一种溃坝洪水模拟的一维、二维耦合模型,采用交错网格、线性递推、交替隐格式求解.运用此模型对某水库溃坝洪水进行模拟,对溃坝洪水向下游推进过程、以及洪水漫堤后向下游城镇的演进过程进行水动力学模拟,得出水位和流速的沿程分布,实现水流的快速预报.此模型对山区水库的溃坝洪水模拟具有很强的实用性.     

抽水蓄能电站库盆流态混交模型模拟

以深圳抽水蓄能电站上库为例,根据物理模型提供的边界条件,建立了一种进出水口模型试验和直角二维数学模型的混交模型.采用发电工况试验数据对建立的混交模型进行验证,模拟了抽水工况和发电工况运行下死水位、1/2工作水位和正常蓄水位对应的库盆流态.模拟结果表明,在抽水工况运行下受地形影响,库盆和进出水口附近会产生环流区,两种工况下库盆水流流速与库水位成反比关系.该模型对同类抽水蓄能电站进出水口的设计与研究提供了参考.     

基于边界元法的地震波方程时间域数值模拟

研究了复杂地下介质情形地震波传播的数学模型,讨论了地震波数学模型数值求解的时间域边界元方法,构建了两个理论上的地震勘探模型并进行了合成地震记录的数值模拟计算。     

有限元地震数值模拟中无限元边界的应用

在用有限元做地震数值模拟中,对于研究无限区域的问题,需要在模型的边界上采用一定的边界条件,其他方法设置边界条件较为困难,而利用无限元方法,可以比较有效地设计吸收边界,编程也较为方便。本文设计了一些简单的模型,利用有限元方法进行模拟,在边界处设计了无限元,并得到了地震快照和人工地震记录。分析对比结果可以明显地看出,在使用无限元的方法后模型边界的影响几乎被消除,且适用于复杂地形。在解决无限域的问题上使用无限元能更真实地模拟地震波传播过程。     

嘉陵江与长江交汇水流顶托效应特性研究

干支河流交汇是河流水系发育与演化的重要形式,在河流交汇区常发生水流顶托现象。水流顶托显著影响着干支流交汇区水位、水面比降及床面切应力特性,从而制约着交汇区水沙运动特性及河床演变过程。本文以嘉陵江与长江交汇区为例,基于实测资料与不同组合干支来流的数值模拟结果,突出分析了不同干支来流条件下典型区域水位、水面比降及床面切应力变化特性,结果表明嘉陵江对长江的顶托作用随汇流比的增大而增大,长江上游水面比降随汇流比增大而减小,床面切应力随汇流比增大而减小。     

水电站截流三维水流数学模型研究

使用σ坐标变换技术,用连续方程求解水位,动量方程求解流速,在水平方向上使用ADI方法,σ向间距递减分层,建立三维水流数学模型。用研究区段实测流速及水位进行验证,表明模型具有良好的质量守恒性质。以验证后的模型模拟截流时戗堤口门宽度分别为50m和35m时戗堤上下游水位变化、轴线断面流速分布及轴线附近流速的变化规律。结果表明,三维水流计算结果与物理模型的实测结果基本一致,为电站截流的水流数学模型提供了一种新的研究思路。     

嘉陵江与长江交汇水流顶托效应特性研究

干支河流交汇是河流水系发育与演化的重要形式,在河流交汇区常发生水流顶托现象。水流顶托显著影响着干支流交汇区水位、水面比降及床面切应力特性,从而制约着交汇区水沙运动特性及河床演变过程。以嘉陵江与长江交汇区为例,基于实测资料与不同组合干支来流的数值模拟结果,突出分析了不同干支来流条件下典型区域水位、水面比降及床面切应力变化特性,结果表明嘉陵江对长江的顶托作用随汇流比的增大而增大,长江上游水面比降随汇流比增大而减小,床面切应力随汇流比增大而减小。     

河道水流泥沙问题的一种有限元解法

本文介绍一种求解河道平面二维水流泥沙问题的有限元方法。此法的主要特点是,采用质量集中的简化手段和预报一校正一迭代的时间推进算法,较好地解决了计算储存量和计算速度问题。     

多层复合域热传导的边界元方法

本文基于权余法导出了适用于通用边界条件的热传导问题的边界积分方程,给出了按线性元分布的边界元离散矩阵方程,提出了处理多层复合域稳态热传导问题的边界元方法,算例计算结果表明,该处理方法是行之有效的。     

局部隐式有限元法的TVD性质分析

局部隐式有限元法是一种新的数值算法，本文对模型方程，对流－扩散方程推导了局部隐式有限元算法，在此基础上进行了ＴＶＣ性质分析，及间断问题的数值实验，表明该方法确实具有ＴＶＤ性质。     

从物元分析到可拓论

本文总结了新学科物元分析十七年来的研究工作,提出了创建工作的最后阶段——完成阶段的主要任务,探讨物元分析理论发展为可拓论的必然性和客观基础;阐明了可拓论的研究对象、研究步骤和未来的发展前景。     

“组合”因子表法在有限元法中的应用

本文在因子表法的基础上提出了有限元法中大型稀疏线性方程组求解的一种新方法——“组合”因子表法.该方法充分利用了有限元法中刚度矩阵或雅可比矩阵的稀疏性、对称性和正定性以及线性方程组多次求解的特点,降低了存贮容量,大大减少有限元法的求解时间.分析表明,本方法是有限元法中求解大型稀疏方程组一种颇为有效的直接求解方法.     

土钉支护有限元分析

土钉支护是目前应用最广泛的基坑支护型式之一。如何考虑土钉支护的作用至今仍存在值得探讨的问题。采用有限元方法对土钉支护的作用机理、变形及内力进行分析,其接触界面节理单元采用改进的四结点Good-man无厚度单元,土体本构关系为能反映土体剪胀性和扩容性的Drucker-Prager准则,并将其应用于工程设计中。与实际监测结果的对比验证可以看出,该模型是有效性和可行的。研究结论对土钉支护的设计与施工有较高的应用价值。     

基于有限元法造桥机支撑托架的静力学分析

基于有限元分析与动态仿真技术,利用ANSYS软件对造桥机支撑托架进行了有限元建模,并对支撑托架进行了静力学分析,通过对支撑托架的等效应力云图以及托架变形前、后位移的分析,从静力学的角度为支撑托架的改进提供了相关的分析数据.     

钢筋混凝土三维轴对称非线性有限元分析

根据Ｄａｒｗｉｎ和Ｐｅｃｋｎｏｌｄ提出的“等效单轴应变”的概念,对Ｅｌｗｉ和Ｍｕｒｒｙ三维轴对称正交异性次弹中１．修正了二维主应力旋转法则,避免了原来法则可能引起的计算结果突变;２．根据试验分析,提出了一个极限应力对应的等效单轴应变计算公式,使有限元计算结果与试验符合较好,在此基础上,编制了钢筋混凝土三维车对称有限元分析程序,对几个试件进行了分析,分析结果表明,改进是合理可行的,可以普遍用于钢筋混     

关于无网格法的几点研究

无网格伽辽金法（EFGM）是近几年发展起来的与有限元相似的一种数值算法，它采用移动的最小二乘法构造形函数，从能量泛函的弱变分形式中得到控制方程．本文讨论了无网格的两种处理本征边界条件的方法：拉格朗日乘子法和引入罚参数的方法．讨论了用不同的基函数对插值函数及对无单元法的计算精度的影响，并用算例说明了处理本征边界条件和基函数不同时的影响．     

天龙湖地下厂房地震动力放大区及动拉力区三维有限元分析

通过三维有限元地震反应分析，确定了天龙湖水电站高边坡地震加速度放大区及动拉应力区。结果表明，厂房所处区域为加速度衰减区，与同高程岩坡速度、加速度相比，厂房区量值较小。厂房区顺河向加速度约3．6m/s^2，横河向加速度约3．4m/s^2，铅直向加速度约2．5m/s^2，分别为输入加速度的0．87、0．82和0．60倍。上述结果为最终确定地下厂房方案，优化布置方案提供了设计参考依据。