空间轴对称塑性问题的统一特征线场理论

提出一种基于统一强度理论的统一空间轴对称特征线场理论，新理论充分考虑了各种不同材料的中间主应力效应和拉压强度比，可以适用于各种没的材料，现有的基于Tresca准则、Mises准则和Mohr-Coulomb理论的特征线场以及Haar-vonKarman完全塑性条件和Szczepinski假设的轴对称征线场均为此理论的特例，此理论还可以构造出一系列适用于不同材料的新的空间轴对称特征线场，系统地形成了空间轴对称塑性问题的特征线场理论，它可以应用于机械、土木和塑性理论等领域中的很多空间轴对称塑性问题。给出两个计算实例，并与用统一弹塑性有限元程序UEPP的计算和文献中的Mohr-Coulomb理论的实例进行了比较，结果表明提出的统一特征线场在理论上是可靠的，在实用中是可行的，它的工程应用可以取得相应的经济效益。     

空间轴对称塑性问题的统一特征线理论

提出了一种基于统一强度理论的统一空间轴对称特征线场理论. 新理论充分考虑了各种不同材料的中间主应力效应和拉压强度比，可以适用于各种不同的材料. 现有的基于Tresca准则、Mises准则和Mohr-Coulomb理论的特征线场以及Haar-von Karman完全塑性条件和Szczepinski假设的轴对称特征线场均为此理论的特例.[KG*2]此理论还可以构造出一系列适用于不同材料的新的空间轴对称特征线场，系统地形成了空间轴对称塑性问题的特征线场理论.它可以应用于机械、土木和塑性理论等领域中的很多空间轴对称塑性问题. 给出两个计算实例，并与用统一弹塑性有限元程序UEPP的计算和文献中的Mohr-Coulomb理论的实例进行了比较. 结果表明提出的统一特征线场在理论上是可靠的，在实用中是可行的，它的工程应用可以取得相应的经济效益.     

法向透射边界条件

为改进同时模拟以不同波速传播的若干单侧波动的能力，将由单一人工速度控制的多次透射公式解析地发展为用多个人工速度控制的推广的ＭＴＦ，将此推广的ＭＴＦ离散化并用空间外推方法进一步加以推广，为改进模拟大角度入射暂态波动的精度。ＭＴＦ的上述相继两次基于法向透射概念的推广导致局部无反射边界条件的一个紧凑的公式，它不仅为现有局部边界条件的主要方案提供了一个一般表达式，而且能用于生成兼备不同方案优点的新方案。     

一种模拟弹性波在层状地基中传播的简化高阶双渐近透射边界

在强烈地震作用下,层状地基与结构之间的动力相互作用将对结构的动力响应产生重大影响,其难点是模拟波动在无限层状地基中传播引起的辐射阻尼效应.基于比例边界有限单元法(SBFEM)构建的层状介质标量波高阶双渐近透射边界能够在全频范围内快速收敛到准确解,具有很高的计算精度和计算效率,并且具有良好的数值稳定性.以二维水平等高层状地基为研究对象,将弹性动力学方程强行解耦得到两个独立的标量波方程,基于解耦的标量波方程构建了一种层状地基弹性波传播模拟的简化高阶双渐近透射边界.同标量波高阶双渐近透射边界一样,该透射边界具有良好的计算性能.数值算例结果表明,该透射边界对底部为固定边界条件的水平层状地基具有良好的模拟精度.     

土的统一硬化函数的构造

弹塑性本构模型中的硬化函数在加载条件下应该与应力路径无关.本文基于两条正交的加载路径(即等平均正应力剪切和等向压缩)下的土的变形规律,构造了能够统一地描述剪缩和剪胀特性的硬化函数,称为统一硬化函数.然后根据格林公式和试验数据,分别从理论和试验的角度验证了统一硬化函数在加载条件下的应力路径无关性.最后通过与各种加载应力路径下黏土、砂土的应力应变关系的试验结果进行对比,进一步证明了统一硬化函数及其统一硬化本构模型的合理性.     

透射边界与无穷远辐射条件

研究了无穷远辐射条件和用于近场波动数值模拟的透射边界之间的关系.结论为透射边界近似地等价于一大类无限介质中的无穷远辐射条件,这一近似的误差和用有限元或有限差分模拟波动的数值误差具有相同的数量级.这一结果为用于近场波动数值模拟的透射边界提供了健全的理论基础,并对将透射边界应用于此数值模拟所积累的主要经验提供了全面的解释.     

透射边界与无穷远辐射条件

研究了无穷远辐射条件和用于近场波动数值模拟的透射边界之间的关系. 结论为：透射边界近似地等价于一大类无限介质中的无穷远辐射条件，这一近似的误差和用有限元或有限差分模拟波动的数值误差具有相同的数量级.这一结果为用于近场波动数值模拟的透射边界提供了健全的理论基础，并对将透射边界应用于此数值模拟所积累的主要经验提供了全面的解释.     

广义非线性强度理论及其变换应力空间

基于摩擦材料的试验规律和在前人研究成果的基础, 提出了广义非线性强度理论, 它用一个表达式统一描述π 平面及子午面上各种材料的非线性强度特性, 包含或逼近了现有的非线性单一强度理论. 在主应力空间中, 广义非线性强度理论在π 平面上的破坏函数为介于SMP准则和Mises准则之间的光滑曲线;在子午面上的破坏函数为幂函数曲线. 在基于广义非线性强度理论的变换应力空间内, 广义非线性强度理论可以合理地与各种以p和q为应力参量的本构模型相结合, 使模型简单地实现三维化.     

基于完备剩余格值逻辑的自动机理论——Ⅱ.可逆性及同态

揭示了基于完备剩余格值逻辑的自动机(称值自动机)与真值格(剩余格)之间的一些等价关系.特别是建立了值自动机的可恢复性(retrievability)的各种等价刻画.最后澄清了自动机之间的同态关系与连续映射和开映射之间的相互联系.因此,进一步建立了更为深刻的模糊自动机理论.     

基于完备剩余格值逻辑的自动机理论

揭示了基于完备剩余格值逻辑的自动机(称l值自动机)与真值格(剩余格)之间的一些等价关系. 特别是建立了l值自动机的可恢复性(retrievability)的各种等价刻画. 最后澄清了l自动机之间的同态关系与连续映射和开映射之间的相互联系. 因此, 进一步建立了更为深刻的模糊自动机理论.     

高速可压缩流动壁函数边界条件的改进与应用

为发展适用于高速流动的壁函数边界条件以降低摩阻和热流模拟时的网格相关性，针对Nichols等人提出的可压缩壁函数边界条件开展了改进研究．首先，通过数值试验修正了可压缩速度壁面律的参数取值·9其次，基于数值试验和理论分析，对温度壁面律的表达式进行了修正；最后，推导了近壁区的热传导项表达式，更准确地实现了壁函数边界条件与CFD程序的耦合．之后，对修正的可压缩壁函数边界条件开展了应用研究．对超声速平板湍流边界层的模拟结果表明：壁函数在壁面法向第1层网格y＋〈400时均能给出准确的壁面热流密度和摩擦系数值，且在稀网格下也可得到合理的边界层速度型、温度型以及湍流涡黏性系数分布；数值实验表明对原始壁函数的修正显著提高了热流密度和摩擦系数的模拟精度．对包含分离流动的超声速凹槽和高超声速轴对称压缩拐角算例的数值模拟发现：基于充分发展的附着湍流边界层理论建立的可压缩速度壁面律对分离区内部近壁区仍然近似适用，可保证分离区内部给出可靠的摩擦系数和热流密度；而对于分离／再附点附近，壁函数的模拟精度相对较差，其原因在于分离／再附点附近的真实速度型与壁函数中速度壁面律形式出现明显差别．     

顺层交叉钻孔预抽瓦斯技术在高瓦斯低透煤层的试验研究

针对高瓦斯低透煤层瓦斯预抽效果不佳、抽采工艺参数设置不够合理的问题,通过对交叉钻孔围岩塑性区应力叠加效应的理论分析,阐述了其增透利抽、提高本煤层瓦斯预抽效果的机理,罗列了交叉钻孔施工参数要求;结合某矿12103工作面交叉钻孔预抽瓦斯技术的试验应用,量化对比分析了两种钻孔瓦斯预抽效果。结果表明:在不增加工程量的条件下,与传统的平行钻孔相比,交叉布孔方式可将本煤层瓦斯预抽率提高0.77倍左右,有效改善了高瓦斯低透煤层瓦斯预抽效果,降低了工作面回采时瓦斯事故发生的概率,为矿井安全生产增添了保障。     

一种刚柔统一的并联机构构型综合方法

刚、柔两类机构的构型综合问题一直是机构学领域的研究热点，但统一构型综合的问题尚未提及及讨论．基于对当前刚柔两类机构构型综合方法研究的现状分析，指出了可统一实现刚柔机构构型综合的可行性，并提出了一种以旋量系理论为理论框架，基于数学、物理与机械模块分层映射的机构构型综合思想．该方法的核心在于建立几何模块、运动（约束）模块与机械模块三者之间的映射关系，优点在于简单、可视化．基于所提出的模块分层映射方法，通过实例初步验证了该方法对刚、柔两类机构构型综合的有效性，为系统构筑可视化的刚柔机构统一构型综合（或概念设计）的算法及软件提供了理论支撑．     

斜向波与任意多个长水平圆柱的相互作用

采用多极子展开法对有限水深下线性斜向波与任意多个完全淹没的长水平圆柱相互作用的散射和辐射问题进行了研究. 首先建立由多极子线性组合表示的散射势和辐射势的级数形式的解析表达式, 然后利用Bessel函数的加法定理和物面边界条件来确定该级数表达式中的未知系数, 在此基础上, 导出了波浪力、附加质量和透反射系数的解析表达式. 采用边界元方法对本文的解析解进行了验证, 同时利用本文的解析方法研究了3种不同工况的线性斜向波与多个水平圆柱的相互作用问题. 结果表明, 圆柱个数、排列方式及其间距对波浪力、水动力学系数以及透反射系数有显著影响, 并在数值实验中发现了一些重要而有趣的物理现象.     

水利水电工程地质三维统一建模方法研究

针对水利水电工程地质的三维建模与分析问题, 提出了面向水利水电工程地质建模的混合数据结构; 以面向对象的分类思想, 基于混合数据结构实现了地形类、地层类、断层类、界限类4类地质对象的拟合构造与几何建模, 并提供可供选择的建模机制, 为解决倒转褶皱、复杂断层等建模难点发展了新的方法; 集成地质对象和人工对象模型, 实现了水利水电工程地质三维统一模型的构建. 基于三维统一模型可进行一系列水利水电工程地质分析应用, 包括岩体质量可视化分级、三维模型任意剖切分析、大坝和地下工程地质分析等, 为分析复杂地质条件下水利水电工程勘测、设计与施工中的地质问题提供了理论基础和技术手段.     

基于模型诊断的发展与展望

在智能故障诊断领域中,基于模型诊断方法已经成为研究者们主要研究的对象。但是,其计算的难解性、诊断结果的数目的庞大,对实际问题没有统一、寻求适当的模型表示方法是基于模型智能故障诊断必须面临的瓶颈问题。针对国内外专家学者的研究成就和现状,本文对基于模型诊断方面的主要研究成果进行了简要地介绍,对各种方法的优点和不足进行分析,并对进一步的研究提出了一些建议。     

开放域静态电磁场问题数值解的渐近边界条件技术研究

基于电势的多极展开理论, 对开放域静态电磁场问题数值解的渐近边界条件(ABC)技术的近似实质给出了解释, 揭示了传统高阶ABC的缺陷, 提出了建立新型高阶ABC的概念和相应的表达式. 数值例题表明了新型高阶ABC的优点.     

微三角形槽道内非均匀定热流加热下的滑移流动换热

针对微三角形槽道, 利用正交函数法求解了滑移流区内带温度跳跃边界条件的能量方程, 理论分析了多种不同非均匀定热流密度加热条件下不可压缩气体在微三角形槽道内热充分发展滑移流动的换热特性, 获得了相应的温度分布及平均Nusselt数的计算式. 讨论了Knudsen数、微槽高宽比及不同加热边界条件对平均Nusselt数的影响. 计算结果表明: 正交函数法适用于微三角形槽道内滑移流动换热特性的分析计算; 在滑移流区, 微三角形槽道内的平均Nusselt数随Kn数的增加而减小, 但减小的幅度随微槽的高宽比和加热边界条件的不同而不同. 对微正三角形槽道而言, 相比单独底边加热条件, 两斜边加热条件下的换热性能在小Kn数时下降较缓, 在大Kn数时下降较大. 最后得到了非均匀加热边界条件下微正三角形槽道内平均Nusselt数的计算关联式.     

水利水电工程地质三维统一建模方法研究

针对水利水电工程地质的三维建模与分析问题，提出了面向水利水电工程地质建模的混合数据结构；以面向对象的分类思想，基于混合数据结构实现了地形类、地层类、断层类、界限类4类地质对象的拟合构造与几何建模，并提供可供选择的建模机制，为解决倒转褶皱、复杂断层等建模难点发展了新的方法；集成地质对象和人工对象模型，实现了水利水电工程地质三维统一模型的构建．基于三维统一模型可进行一系列水利水电工程地质分析应用，包括岩体质量可视化分级、三维模型任意剖切分析、大坝和地下工程地质分析等，为分析复杂地质条件下水利水电工程勘测、设计与施工中的地质问题提供了理论基础和技术手段．     

基于CVODE求解器的饱和-非饱和土壤水分运动数值模型

为研究地表滴灌条件下的土壤水分分布特征和运动规律，构建了基于二维Richards方程的土壤水分运动数值模型TIVS（TsinghuaIntegratedVariablySaturatedsoilwatermovementmodel）．将Richards方程空间半离散后利用CVODE常微分方程求解器进行求解，改进了地表滴灌积水动边界的处理方法，提高了数值求解稳定性和计算效率，模拟结果能保持良好的水量平衡．数值模拟检验和试验验证结果表明，模型具有较高的模拟精度，可用于地表滴灌复杂边界条件下的土壤水分运动长期模拟．