二维不可压材料线弹性有限体积法的研究

发展了一种针对二维不可压材料线弹性问题的格点型有限体积法(CV-FVM),将不可压约束条件加入到线弹性体控制方程中,采用双线性四边形单元,对控制方程的数值离散过程做了详细的推导.将位移以及静水压力作为待解量进行直接求解,其分别存储在单元节点以及单元中心,并假设静水压力在单元内分布一致.对不可压材料的方板以及无限长圆管的线弹性问题进行了数值验证.通过数值解与理论解的对比,发现采用发展的CV-FVM可以避免有限元中当泊松比为0.5时所出现的闭锁现象,通过增加网格密度可以得到较高精度的数值解.     

封闭方腔内自然对流问题的高精度紧致差分格式

提出数值求解二维非定常不可压涡量-流函数Navier-Stokes/Boussinesq方程组的高精度紧致差分格式,格式空间为四阶精度,时间为二阶精度,并且是无条件稳定的.为了验证高精度紧致差分格式的精确性和可靠性,对有解析解的二维非定常不可压Navier-Stokes/Boussinesq方程组的Dirichlet问题和典型的封闭方腔自然对流问题进行数值模拟.     

二维稳态Navier-Stokes方程的有限元方法

Navier-Stokes方程是流体力学中一类重要的数学物理方程,其相关控制方程是非线性的.设计二维Navier-Stokes方程的有限元格式,并实现该算法.对于非线性项采用Newton迭代格式.数值结果表明,该方法不仅具有稳定性,而且具有较好的收敛性.     

ALE有限元法解二维自由面流体大晃动问题

从Navier-Stokes方程和连续性方程出发，在ALE描述下，用四边形单元对所求区域加以划分；并借助于Galerkin加权余量法导出相应的有限元方程组，在有限元计算中速度和压力均采用四节点线性插值函数；通过二维自由面流体大晃动问题实例的计算，给出相应的计算结果，阐明了该方法的优越性和局限性。     

二维采空区非线性渗流问题和解法

本文针对二维采空区非线性渗流问题不能建立如二维线性渗流的势函数方程,提出了非线性渗流的流函数方程。流函数方程的建立为解决二维采空区非线性渗流问题提供了理论基础,使二维采空区非线性渗流问题归结为求解二维非线性渗流流函数方程的边值问题。文末简单分析了用有限元方法和差分法解此边值问题的途径以及用改进的牛顿迭代法解高次非线性方程组问题。参考文献5。     

不可压Navier-Stokes方程的一阶有限元解法

不可压Navier-Stokes方程求解的困难之一在于如何确定压力场并且同时要满足不可压条件.压力项在连续性方程中并不出现,但是却对速度起约束作用.为了解决这一问题,对于粘性不可压流动,提出了以速度和应力为基本变量,不含压力项的一阶流体动力学方程系统及对应的积分形式.采用有限元方法,对于速度和应力进行同阶插值,对于非线性对流项,采用牛顿迭代法进行处理,对于时间项采用后向欧拉方法.基于FreeFem++平台,对两平行平板间的稳态粘性流动及二维非定常圆柱绕流进行了数值计算.分别通过和精确解及标准算例的对比,验证了方法的可行性和有效性.采用不含压力项的一阶系统,避免了连续性方程中不合压力项给不可压缩Navier-Stokes方程求解带来的困难.     

求解不可压缩流动的一种新算法

在Jameson有限体积法的基础上发展了一种模拟不可压流动的数值方法。该算法用四步Runge-Kutta时间推进法直接求解非线性的动量方程,充分利用了良好的非线性收敛特性,并从连续方程出发推导了求解压力的方程,解决了压力与速度的耦合问题。最后用该方法在同位网格上,对二维平板边界层流、二维顶盖驱动方腔层流及二维扩压器管道湍流进行了数值模拟。计算结果与理论值、标准解及试验数据进行了比较分析,从而证实了该方法对模拟不可压流动的适用性,并显示出了编程简单、易于推广、计算效率高等优点。     

求解Stokes方程的最小二乘等几何分析方法

针对采用C0型基函数的最小二乘有限元需增加辅助独立变量的问题,提出了一种改进的方法———最小二乘等几何分析方法。采用具有高阶光滑性的非均匀有理B样条作为基函数,直接用原始变量定义最小二乘泛函,建立了求解Stokes方程的改进算法。该方法不需引入新独立变量,且网格可在数值分析中自动生成并能精确表达区域的几何形状。用所提出的方法求解了二维不可压Stokes流动,计算结果与解析解符合较好,表明该方法可用于Stokes方程的求解,提高基函数光滑性的k细化具有指数收敛速度。     

带非线性动量平衡方程,偏应力、压强、速度并存的混合有限元方法(英文)

本文给出一种求解定常Navier-Stokes方程的混合有限元方法,其中非线性动量平衡方程在投影意义下成立。这个方法可以采用常规的一次或二次混合单元,在求解的每一步迭代过程中,只需求解节点速度以及在每个单元上为常数值的压强平均值。本文并就一个例子证明了最优的误差上界。     

二维非线性对流扩散方程特征有限元方法

应用特征有限元Galerkin方法,研究对流占优的二维非线性对流-扩散方程的数值求解问题。建立了非线性对流-扩散方程的特征有限元Galerkin形式,给出了特征有限元法的最优阶误差估计。误差分析及数值结果表明,该方法具有较好的收敛性与稳定性,并且克服了用有限元或差分法经常出现的数值振荡现象。     

用面向对象的方法作有限元计算结果的可视化

有限元分析的结果是大量的数据,将得到的数据可视化能快速、准确的判断计算结果的正确性。笔者采用面向对象的程序设计方法给出适用于任意形状单元原彩色云图的通用生成方法,采用VC6．0中的MFC实现了三点三角形、六点三角形、四点四边形、八点四边形和九点四边形的计算结果图形显示。结出的算例说明彩色云图能很好地显示有限元的计算结果。     

粘性不可压流场数值模拟的无网格方法

采用无网格伽辽金法(elementfreeGalerkinmethod,EFG)对二维不可压粘性流场进行了数值模拟,主要计算了几个经典的流体力学问题:管道流、绕台阶流以及方腔驱动流。计算中采用标准的Galerkin离散,使用规则分割产生的背景网格来形成积分单元,并与有限元、有限差分法计算所得的速度剖面图进行了比较,结果相差很小。更重要的是,与有限元法相比,无网格虽然计算量比较大,但是它能够处理结点分布畸形甚至重合的情况,从而为解决多相流动直接数值模拟中网格重构的问题奠定基础。     

声悬浮条件下扇谐振荡液滴的内部流动规律

采用激光片光源照明和高速摄影技术,并使用聚苯乙烯微球作为示踪颗粒,研究了声悬浮条件下二阶和三阶扇谐振荡液滴的内部流场.耦合Level Set方法和标记网格法数值求解了不可压两相流的Navier-Stokes方程,模拟了液滴的扇谐振荡过程中的形态演化及其内部流动状态.数值计算的流场与实验结果吻合很好.对液滴扇谐振荡过程中的内部流速分布进行定量分析,发现流速在液滴中心区域几乎为零并沿液滴自由表面方向逐渐增大.二阶和三阶扇谐振荡的内部流速沿径向分别呈线性和二次函数分布并与理论预测结果相一致.     

曲线边界差分方程研究

近代传热工程的研究,不仅丰富了解析解法,而且使数值解法得到了迅速发展。其中有限差分法和有限单元法,是处理较复杂传热问题的有力工具。第一部分介绍两维Taylor级数展开,说明建立曲线边界节点差分方程式的数学方法。第二部分为推荐的简便实用方法,着重描述曲线边界控制体的各种取法,以及应注意的几条原则。第三部分详细列出了予测两维稳定导热温度场的解题步骤,使差分方程式的数学推导和物理概念密切结合起来。最后引用较精确的有限单元法计算实例的结果,证实介绍的简便方法计算结果是较准确的.     

水砂混相流运动的CIP-DEM耦合数值模型

为建立精确模拟水砂混合流(如:挟砂溃坝溢流)问题的数值计算方法,提出了模拟固液混相流运动的垂向二维CIPDEM法耦合数值计算模型。模型采用CIP(constrained interpolation profile scheme)法求解描述水体运动的Navier-Stokes流体运动方程,采用DEM(discrete element method)法求解描述泥沙粒子团运动的牛顿力学方程;并通过水砂间的相互作用关系将水-砂运动进行耦合。通过分别对溃坝溢流和砂体下落的单相体运动进行数值模拟并与前人的实验结果进行对比,验证了CIP法流体计算模型和DEM法砂体计算模型妥当。在此基础上,采用所建立的CIP-DEM水砂耦合数值计算模型对干床面上的挟砂溃坝溢流问题进行了数值模拟,计算得出的挟砂溃坝溢流中的水、砂运动形态和运动过程与Zhang(2009)等的实验结果吻合良好,表明提出的CIP-DEM耦合模型在对具有大自由表面变形的水砂运动问题的模拟中具有较好的适用性。     

双重介质分形油藏非线性流动分析

在非线性偏微分方程中 ,根据弱可压缩液体的假设 ,忽略了二次梯度项 ,这在混气石油和低渗透储层的计算中将产生误差。对于双重分形介质流动系统及其物质平衡方程 ,在保留非线性偏微分方程中所有项的前提下建立了新的双孔模型。采用Douglas Jones方法 ,获得了定产生产和定压生产时分形介质双孔模型的数值解。结果表明 ,对于定产生产 ,油藏参数cLD对非线性影响更敏感 ,线性解和非线性解的偏差约为 10 %。对于定压生产 ,cLD的影响可忽略不计。讨论了液体压缩系数和双重分形介质参数变化时的压力变化规律 ,给出了典型压力曲线。     

柔性杆梁结构振动主动控制的有限元分析

基于结构的有限元模型，用分段压电片作为控制执行器，利用线性二次优化法，由Ｒｉｃｃａｔｉ方程求出反馈增益矩阵及反馈控制力，并由此对系统（悬壁梁主体结构）实施的主动控制进行了有效地计算机模拟。     

不可压粘性定常旋转流关于粘度的一致有界性

对于描述不可压缩粘性流体流动的 Navier- Stokes方程 ,其解的定性分析结果对于该方程的数值求解及其分歧问题的研究都是十分重要的 .经典理论认为 ,不可压缩粘性流体定常旋转流在Sobolev空间 [H1(Ω ) ]3中的范数的上界与流体粘度成反比 ,随着流体粘度的减小 ,这一上界会无限地增大 .文中利用空间分解定理、高斯公式及 Sobolev空间方法证明了不可压缩粘性流体定常旋转流在 Sobolev空间 [H 1(Ω ) ]3中存在一个与流体粘度无关的上界 .     

轴向流中固支弹性薄板的大挠度流固耦合系统的数值模拟

就轴向流中两端固支大挠度弹性薄板的流固耦合振动特性,固支薄板的结构动力学方程用有限元法离散,流场采用不可压缩的二维粘性流体(N-S方程)用有限体积法离散,结合ADINA中的流体单元划分技术,建立了双向流固耦合作用下轴向流中两端固支薄板的二维仿真模型.通过模拟仿真分析研究了给定不同流速下固支板的流固耦合振动特征和大挠度系统的振动稳定性.分别得出了不同流速下固支板中点的挠度—流速曲线、挠度时程曲线及挠曲线图.结果表明:当流速小于固支板的临界流速时,板将处于稳定的直线平衡状态;当流速大于固支板的临界流速时,板将在新的位置达到弯曲平衡状态,以及在弯曲平衡位置附近发生极限环振动.