正常人咽腔气体流场数值模拟

为研究人体咽腔内的气体流动状况,基于10名志愿者的螺旋CT医学图像,应用表面重建的方法对人咽腔进行三维重建,并采用有限单元法和有限体积法两种数值方法对志愿者吸气过程中咽腔中的气流场进行了数值模拟及分析. 所建模型较真实地反映了咽腔实际解剖结构形态,有限单元法和有限体积法两种数值模拟方法计算结果相近,从数值模拟结果可以得到人体呼吸过程中气体流场在咽腔内压力与速度的分布规律. 本研究对吸气时人咽腔中气体流动特性、临床上咽腔解剖结构相关疾病的诊断及发病机理等问题深入探讨具有参考价值.     

太阳能地下混凝土储热桩蓄热过程中的数值模拟

建立了太阳能地下混凝土桩蓄热过程的数学模型,采用了有限单元法对地下垂直埋管周围混凝土桩的非稳态温度场进行数值模拟,给出了不同边界条件下数值计算格式,分析了换热器周围混凝土温度变化的规律,为U型垂直管埋深及混凝土桩的配合比,在确定方法上提供了参考依据。     

长大引水隧洞岩爆的数值模拟及其应用

通过开挖卸荷的计算原理,运用有限单元法对长大引水隧洞进行数值模拟,并结合工程实际情况分析围岩应力状态,分别计算不考虑开挖卸荷影响和考虑开挖卸荷影响的长大引水隧洞围岩断面切向应力.数值模拟结果表明,应力集中部位在洞腰附近区域,且考虑开挖卸荷的计算方法能更好地反映实际工程情况.     

导热问题中4种有限体积方案对比

为研究平面导热问题中常用的3种有限体积方案(FVM2、FVM3、FVM4)和新提出的方案(FVM1)的精度差异问题.采用理论推导和实例验证的方法,对解算区域进行三角形网格划分,建立了平面导热问题有限体积法数学模型,推导出了有限体积法解决平面温度场问题的线性方程组,分析了各种有限体积法方案以及有限单元法计算公式的类似性和公式中参数的差异.编制了数值计算软件,结合特例,解算出不同有限体积方案的温度分布,并与理论解进行了对比.研究结果表明:方案FVM1与FEM精度相同,且与理论值基本一致,为最优方案.在不考虑第三类边界情况下,FVM4的精度也与FEM精度相同.该结果对工程计算数值模拟有一定的参考价值.     

基于框架结构建筑物的拆除爆破模拟分析

采用有限单元法与多刚体动力学数值仿真方法相结合的仿真技术,对框架结构建筑物拆除爆破进行了模拟分析.该仿真技术可对结构的失稳、解体、倒塌运动过程、堆积范围等问题进行预测或再现,有助于提高拆除爆破设计方案的安全性和可靠性.     

学校计算机房室内气流分布的数值模拟

运用k -ε紊流模型对学校计算机房 (学生机房 )室内气流组织 ,主要是速度场的温度场进行了数值模拟 .采用有限单元法和交错网格 ,将人体散热和设备散热及围护结构得热作为能量方程的附加源项 .求解了计算机房室内空气流动与传热问题 ,为改善空调计算机房室内气流组织形式提供了依据     

延河泉域岩溶地下水数值模拟研究

在分析晋城市延河泉域地质、水文地质条件的基础上,建立了泉域岩溶地下水的概念模型和数学模型,采用基于迦辽金(Galerkin)有限单元法的AQUA3D软件对泉域岩溶地下水资源进行数值模拟研究.通过模型识别与检验,将岩溶地下水位数值模拟计算值与实测值较好地拟合,表明所建模型是合理和有效的,可以用于实际.据此用所建模型计算了两个降水方案条件下的泉域岩溶地下水可开采资源量,最终确定可开采资源量为6.26 m3/s.研究结果可为泉域岩溶地下水开发利用和保护提供科学依据.     

基于二次场算法的大地电磁二维有限单元法正演

推导了同时考虑电阻率与磁导率变化的大地电磁二维方程,并应用有限单元法进行数值模拟.为了提高计算精度与效率、简化计算节点生成,采用格林定理处理二次场方程源项,并设计实现了一种基于二叉树结构的收缩网格剖分算法;采用基于最少填入元思想的稀疏矩阵符号分析方法,实现了稀疏线性方程组的LDLT求解.利用二次场算法进行模型试算,结果表明所采用的新计算方法大大减少了计算单元数量,提高了计算精度与效率.     

有限元与离散元混合法在裂纹扩展中的应用

基于有限元与离散元混合方法研究裂纹扩展模拟问题。对含原生裂纹的结构进行单元离散,用有限元计算单元内部,采用离散元计算单元界面,通过单元连接形式的转变实现连续到非连续的转化;采用平面半弹簧法进行接触判断,通过显示迭代求解运动方程,不断更新单元坐标,实现裂纹扩展的数值模拟。以单裂纹与雁形裂纹在单向位移载荷作用下的扩展为例,对比数模结果与试验结果。结果表明:采用有限元与离散元混合方法可有效模拟单、多裂纹的扩展过程;岩桥为90°的雁形裂纹受对向挤压载荷作用发生翼裂-翼裂贯通。     

有限元与离散元混合法在裂纹扩展中的应用

基于有限元与离散元混合方法研究裂纹扩展模拟问题。对含原生裂纹的结构进行单元离散,用有限元计算单元内部,采用离散元计算单元界面,通过单元连接形式的转变实现连续到非连续的转化;采用平面半弹簧法进行接触判断,通过显示迭代求解运动方程,不断更新单元坐标,实现裂纹扩展的数值模拟。以单裂纹与雁形裂纹在单向位移载荷作用下的扩展为例,对比数模结果与试验结果。结果表明:采用有限元与离散元混合方法可有效模拟单、多裂纹的扩展过程;岩桥为90°的雁形裂纹受对向挤压载荷作用发生翼裂-翼裂贯通。     

太阳能土壤源热泵蓄热过程中的数值模拟

建立了太阳能土壤源热泵系统蓄热过程的数学模型,在求解模型时考虑了换热器管壁和土壤的接触热阻,定义了一个综合换热系数;在蓄热量的计算上,把换热器沿深度方向上离散成M份,算出每段的蓄热量相加后得出总换热量。文中采用了有限单元法对地下垂直埋管周围土壤的非稳态温度场进行了数值模拟,分析了换热器周围土壤温度变化的规律。     

电导率线性变化测井二维有限单元法数值模拟

以往电测井有限单元法的数值计算中往往假定电导率分块均匀，或者在纵向分段均匀，或者在纵向上不变．为模拟电导率连续变化的情况，提出一种测井二维有限单元数值模拟方法．允许电导率在矩形单元内纵向(井轴)和横向上都可以线性变化，使之能模拟复杂的地电模型．采用异常电位法在变分中消除了电源项这个奇点，使电源附近的电位计算更加精确．此外还考虑了地面的影响，可以对地表附近的测井曲线进行研究分析．经过对多种模型的计算，证明了方法的正确性。     

弹性力学中三种有限体积法方案的对比

为了研究弹性力学中三种典型的有限体积法方案(FVM1,FVM2和FVM3)的精度差异问题,采用理论推导和算例验证的方法,建立了基于有限体积法原理的力平衡积分方程,利用三角形网格进行离散化,在计算出内部单元和边界单元对力平衡贡献的基础上,对每一种有限体积法方案确立了与有限单元法方案(FEM)刚度方程组相类似的线性方程组,对比所建立的各个方程组的待定系数.结果表明:方案FVM2与FEM精度相同,即为最优方案;在不考虑集中力的情况下,方案FVM3的精度也与FEM相同.最后以一个数值算例,对这三种有限体积法方案进行了对比分析,验证了上述分析.该结果对工程计算数值模拟具有一定的参考价值和指导意义.     

有限体积法仿真金属塑性成形的基本理论

基于有限体积和塑性成形基本理论，推导出金属塑性成形的有限体积质量方程、动量方程、能量方程等控制方程，给出有限体积单元的速度分量和温度关于时间的微分方程，并提出了求解成形体的速度、温度、应变速率和应力等物理场量的计算方法。从而建立起了用有限体积法对金属塑性成形进行数值模拟的基本理论体系。     

非稳态导热问题有限体积法

为了研究非稳态导热问题中的常用有限体积方案(FVM1)和新提出的有限体积方案(FVM2)的精度差异问题,采用理论推导和实例验证的方法,建立基于有限体积法原理的热平衡积分方程,利用矩形网格进行离散化,建立了平面非稳态热传导问题有限体积法数学模型,推导出与有限单元法(FEM)方案相类似的线性方程组,对比分析所建立的各个方程组中参数的差异.研究结果表明:方案FVM2与FEM精度相同,为较优方案.最后结合一个典型实例,用VB编制了数值计算软件,对比分析这两种方案,验证了上述结果.该结果对工程计算数值模拟有一定的参考价值.     

空调列车室内流场的数值模拟

运用 K-ε紊流模型对 K2 5型空调列车 (硬座车 )室内气流组织 ,主要是速度场进行了数值模拟 .采用有限单元法和交错网格 ,将送风气流与车厢形状及障碍物作为一体考虑 ,研究了送风方式和送风速度对空调列车室内流场的影响 .结果表明 ,送风方式对空调列车室内流场影响较大 ,而送风速度在 2～ 3m/ s范围内 ,对空调列车室内流场影响较小 .研究结果对空调列车室内气流组织优化设计及舒适性评价提供了依据 .图 9,表 1,参 8     

岩体力学中层状岩体及带有节理裂隙的弹性平面问题有限单元法算法源程序在PC机上实现的几种方法

有限单元法对于确定井巷和硐室开凿后围岩应力场和位移场的应用是当今研究地压问题的一个有力分析手段和工具。但有限单元法的计算工作量是很大的,以剖分200个节点的平面问题为例,基本方程将是一个400阶的线性代数方程组。因此,有限单元法的解题过程必须借助电子计算机来完成。有限单元法一般是在大、中型计算机上实现的。为了使广大的科技工作者能在PC机上应用有限单元法来解决研究工作和实际问题,这里介绍在PC机上实现的四种方法。     

有限单元法在桩基托换的应用研究

应用有限单元法对广州地铁一号线某幢多层楼房托换桩基进行计算机模拟，具有一定的理论和工程实践意义。     

原油油船液货温度场的数值计算

基于有限单元法及有限差分法，结合有限单元的自动网络划分，对油船舱内货油进行数值计算，得到基本符合规律的数值解，对于了解油船舱内原油温度变化，指导学员正确装卸货油，具有一定的指导意义。     

过渡期开采矿山的有限单元法数值模拟

研究数值模拟在露天转地下过渡期开采矿山的应用，是一项很有价值的工作。着重探讨了有限元数值模拟的方法和技巧，如边界条件的确定、岩体力学参数的确定以及模型的建立等等，并结合石人沟铁矿进行了验证，提出了相应的保证边坡稳定的防护措施。