基于非结构网格的中子输运方程计算方法研究

针对非结构网格下中子输运方程的求解方法问题，分别研究了球谐函数（Pn）有限元方法、离散纵标（Sn）有限元方法、三角形穿透概率方法和三角形节块Sn方法的计算模型．结果表明：有限元方法具有比较高的计算精度；Pn方法避免了Sn方法中的“射线效应”现象，而Sn有限元方法则具有容易处理真空边界条件的优点；三角形穿透概率方法的计算时间最快；三角形节块Sn方法则可以保证在计算较快的情况下同时具有较高的计算精度．根据上述4种方法分别研制了相应的计算程序，利用基准题进行了验证并分析了各自的优缺点，计算结果表明每种方法均能得到满意的计算精度．     

柔性贮箱内液体晃动的分析模型

研究了贮箱内液体晃动建模中贮箱的柔性与刚性、液体自由面的晃动与非晃动之间的差别．利用液体晃动特征模态和容器结构振动特征模态将液体晃动和弹性结构振动这2个相互耦合的微分方程边值问题进行离散，从而导出了液固耦合系统的动力学方程、相应的液固耦合系统固有频率方程以及液体晃动对容器和充液容器系统对基座的作用力主矢主矩的计算表达式．通过数值计算，比较了刚性贮箱和柔性贮箱之间在液体晃动频率和晃动作用力主矢主矩上的差异；液体引入表面波假设与不计表面波动的柔性壁贮液容器在结构振动频率和作用力主矢主矩上的差别．通过对柔性贮箱内液体晃动动力学模型的无量纲化，得到了确定该动力学模型的3个基本参数，数值研究了这3个基本参数对系统固有频率、系统响应力主矢主矩的影响．     

带自由面充液航天器的自旋稳定性分析

研究充液航天器在液体晃动、航天器平动和摆动相互耦合情况下的自旋稳定性问题．采用Ｇａｌｅｒｋｉｎ方法建立液体受迫振动的离散的动力学方程,并对液体自由振动的特征问题建立了有限元数值计算方法．由系统的动量方程、动量矩方程和液体受迫振动方程建立起刚－液耦合系统的姿态动力学方程,并由Ｋｅｌｖｉｎ定理,给出了充液航天器的自旋稳定性判据．最后以圆柱腔为例,分析了充液航天器自旋稳定性的结果．     

充液航天器自旋稳定性分析的一种近似方法

研究充液航天器在液体晃动、航天器平动和摆动相互耦合情况下的自旋稳定性问题 .采用Galerkin方法建立液体受迫振动的离散动力学方程 ,并对液体自由振动的特征问题建立了有限元数值计算方法 .由系统的动量方程、动量矩方程和液体受迫振动方程建立刚 -液耦合系统的姿态动力学方程 ,并由 Kelvin定理给出了充液航天器的自旋稳定性判据 .通过有限元分析 ,消去稳定性判据中的液体晃动特征模态矩阵 ,从而得到稳定性判据与充液腔体无关而仅与液体自由面有关的结论 .稳定性判据适用于带任意形状的轴对称充液腔的自旋航天器系统 .     

两相不可压缩可混溶驱动问题的质量集中有限元方法

多孔介质中两相不可压缩可混溶驱动问题可描述为关于压力函数和饱和度函数的拟线性方程组的耦合问题。其中压力方程为一椭圆型方程，饱和度方程为一流扩散方程，本文对饱和度方程采用质量集中的有限元方法，而对压力方程则采用标准Ｇａｌｅｒｋｉｎ有限元方法，在此基础上，给出了相应的半离散及全离散的计算格式，并给出了相应的误差估计。     

两相不可压缩可混溶驱动问题的质量集中有限元方法

多孔介质中两相不可压缩可混溶驱动问题可描述为关于压力函数和饱和度函数的拟线性方程组的耦合问题．其中压力方程为一椭圆型方程，饱和度方程为一对流扩散方程．本文对饱和度方程采用质量集中的有限元方法，而对压力方程则采用标准Ｇａｌｅｒｋｉｎ有限元方法，在此基础上，给出了相应的半离散及全离散的计算格式，并给出了相应的误差估计．     

宇宙飞行器液体晃动建模法

本文首先描述了飞行器液体晃动的复杂性；接着提出了四点基本假设，由力学原理给出了简化的基本方程与边界条件；最后引进速度势，并对方程进行无量纲化，得出更简洁，更易于求解的方程与边界条件，建立液体晃动的数学模型．     

三维液体大幔晃动及其抑制的数值模拟

利用ＡＬＥ（Ａｒｂｉｔｒａｒｙ Ｌａｇｒａｎｇｅ－Ｅｕｌｅｒ）有限元方法,以速度和压力为基本变量,数值模拟了圆筒形贮不可压粘性三维液体的大幅晃动问题,为了避免混合插值在求解三维问题中的数值计算麻烦,推导了分步插值的有限元计算格式,得到了横向强迫晃动下的速度及压力响应,根据工程需要,对带有圆环肋板的圆筒形贮腔中的非线性晃动进行了数值模拟计算,得到了强迫激励下的速度及压力响应,并将得出的一些重要结论与     

非线性弹性卸荷损伤的基坑工程有限元分析

将土体非线性弹性卸荷损伤模型引入基坑工程的有限元分析中，建立非线性弹性卸荷损伤有限元方程，编制相应有限元程序，对上海外环隧道浦西连接井段的大型超深基坑工程进行有限元计算，并从基坑变形、围护墙上作用的土压力、损伤变量的发展演化等方面对有限元计算结果进行分析，计算结果表明了所建立的土体非线性弹性卸荷损伤模型在基坑工程中的可行性和适用性。     

海上油气水分离器流固耦合的水弹性分析

本文推导出了在海上浮式采油装置作六个自由度运动时,具有任意类型支座和形状的油气水分离器与其内部的液气界面晃动的水弹性流固耦合动力方程,并由此开发了用于计算液气界面晃动的固有频率的有限元程序,计算结果与实验结果基本一致。     

基于任意拉格朗日-欧拉法的盾构刀盘土体切削仿真

针对盾构刀盘切削土体的问题,提出了基于有限元和高性能计算方法的大规模数值模拟方法.建立了盾构和土体的三维分析模型,并且充分考虑到土体的材料非线性,利用动态显示算法进行了基于国产“曙光4000A”高性能计算机的大规模流固耦合分析.仿真采用任意拉格朗日-欧拉法(ALE),解决了土体大变形造成的有限元单元畸变问题,预测土体-刀具相互作用的过程;将修正的Drucker-Prager塑性土体模型作为土体的非线性有限元模型,其仿真方法和结果可以为未来盾构机的刀盘设计提供参考.     

用拉格朗日法求二维带自由面流体数值解

直接从 N-S方程和连续性方程出发 ,采用四边形元对所求区域加以划分 ;介绍了用拉格朗日有限元法求二维带自由面流体非线性数值解 ,通过实例计算 ,给出了相应结果 .在证明该方法有效性的基础上 ,讨论了粘性系数的大小对流体运动的影响 ,得出一些有益的结论     

平板流固耦合振动的数值分析

采用了一种基于紧耦合的流固耦合算法,对流场与柔性平板之间的耦合运动进行了数值模拟.流场部分通过有限体积法求解任意拉格朗日 欧拉描述下的不可压缩N-S方程,而结构则由有限元法离散求解拉格朗日坐标下的弹性动力学方程.在一个时间步内,流场与结构计算区域的交界面上进行多次的数据传递和插值,以保证满足耦合面边界条件.计算了在静止流场中弹性板的自由振动和方柱后部平板的涡激振动现象,监测了平板的振幅和频率以及水动力载荷.通过与前人结果的比较,验证了所采用的流固耦合算法的可靠性.同时,分析了不同的材料参数对于平板耦合运动的影响.流体黏性越大对平板振动的阻尼作用越明显,而流体密度的增加会加速振动的衰减,并降低振动的频率.对于具有较低固有频率的结构,在耦合运动中的振动幅度和频率也较小.
     

用ALE有限元法建立二维数值波浪水池

从ALE描述下的Navier-Stokes方程和连续方程出发,对数值波浪水池进行分析、通过对各种边界条件的处理建立了合适的二维数值波浪水池。通过对二阶Stokes波的探讨,阐明了此数值波浪水池是有效合理的。     

Buoy Relay Method for Instantaneous Fluid Flow with Free Surface

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＦｒｅｅｂｏｕｎｄａｒｉｅｓａｒｅｓｕｒｆａｃｅｓｏｎｗｈｉｃｈｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕｉｔｉｅｓｅｘｉｓｔｉｎｏｎｅｏｒｍｏｒｅｖａｒｉａｂｌｅｓ.Ｅｘａｍｐｌｅｓａｒｅｆｒｅｅｓｕｒｆａｃｅｓ(ｂｕｂｂｌｅｓｏｒｄｒｏｐｌｅｔｓ),ｍａｔｅｒｉａｌｉｎｔｅｒｆａｃｅｓｏｒｉｎｔｅｒｆａｃｅｓｂｅｔｗｅｅｎｆｌｕｉｄｓａｎｄｆｌｅｘｉｂｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ.Ｔｈｒｅｅｔｙｐｅｓｏｆｐｒｏｂｌｅｍｓａｒｉｓｅｉｎｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｆｒｅｅｂｏｕｎｄ…     

用ALE方法实现射流侵彻靶板的三维数值模拟

为了给一些非轴对称成型装药的设计提供一种有效的计算手段,需要对射流侵彻靶板进行三维数值模拟。采用软件ＬＳ－ＤＹＮＡ中的ＡｒｂｉｔｒａｒｙＬａｇｒａｎｇｅ－Ｅｕｌｅｒ描述法。成功地实现了切割器射流器射流切割靶板的三维数值模拟,计算结果与实验吻合。     

大规模输水隧道水锤效应三维数值模拟

为研究大型输水隧道的水锤效应,提出基于任意拉格朗日欧拉(ALE)流固耦合技术的三维水锤分析方法,并通过算例与实验结果进行相互对比,验证了该仿真方法的有效性.基于多尺度仿真技术,建立了某大型输水隧道土体-结构-水体三维耦合非线性有限元模型,并利用所述分析方法,结合混合显式积分算法及其并行技术完成三维水锤效应的模拟计算.结果表明,水锤压力随阀门关闭时间延长及隧道长度减少而减小;隧道结构受水锤影响最大的部分出现在靠近出口处.     

油藏热流固耦合渗流问题的有限元方法

提出了一种有效实用的求解油藏热流固耦合渗流问题的数值计算方法。该方法以有限元法为主,结合有限差分法,用有限元法求解耦合温度场方程和岩石耦合变形方程,用有限差分法求解流体耦合渗流方程,发挥有限元法网格技术和单元划分灵活的特点及处理复杂的油藏边界优势,兼顾了有限差分法在流场分析方面的成熟应用,使复杂的热流固耦合数学模型得以完整求解,取得了单由有限元法或有限差分法难以取得的效果,是一种新型的油藏数值模拟方法。     

复杂铝型材挤压成形有限体积仿真

根据型材挤压成形属于特大变形、热-力耦合、坯料头部存在变形死区等特点,采用欧拉描述有限体积法(FVM)模拟了3级复杂型材的挤压成形过程,避免了传统刚塑性有限元法无法模拟变形死区,拉格朗日描述有限变形弹塑性有限元法难以重划特大变形网格等难题．模拟过程中,采用欧拉描述FVM仿真坏料流动,采用拉格朗日描述有限元法仿真模具变形和应力,采用显式动态接触算法仿真坏料与模具之间的相互作用．确定了兼顾仿真精度和速度的有限体积网格的最小尺寸和单元最大数量,提高了计算效率;建立了6063-T5铝合金在不同变形温度下的系列热-本构-摩擦模型,获得了金属流动、力能、温度、密度变化分布．为工艺和模具参数优化提供了依据．     

电场作用下多孔介质中单相流体的渗流速度

研究了外电场对多孔介质中单相流体渗流速度的影响。根据渗流力学和电渗理论,推导了外电场作用下多孔介质中单相流体渗流方程,建立了有限元数值模型,采用有限元方法进行了数值模拟。计算结果与实验结果拟合很好,二者之间的相对误差在5%左右。在此基础上探讨了外电场对多孔介质中单相流体渗流速度的影响,结果表明:在压力保持不变情况下电场可以将流体渗流速度增大1~7.5倍;相同电位梯度情况下,压力梯度越大,渗流速度之比越小。