明渠紊流中淹没柔性植被流固耦合大涡数值模拟

水生植被广泛存在于天然河道、湖泊及湿地,是河流生态系统的重要成分.它通过改变明渠水流时均及紊动结构来改变河道水流阻力,并在水流作用下发生弯曲和摆动,形成复杂的流固耦合作用.研究柔性植被在水流作用下的运动响应,能够更精确地解析植被的阻水效应.本文采用基于嵌入式迭代浸入边界法的高效能三维紊流计算程序CgLes,开展流固耦合数值模拟,研究柔性植被在水流作用下的弯曲及运动响应,分析植被涡激振动特性及水流阻力规律.模拟结果表明,植被运动以展向摆动为主导,植被刚度对植被运动轨迹和摆动周期有显著影响,进而影响植被的阻水规律.在水动力条件相同的情况下,植被的摆动周期与植被的弹性模量有关,且不受流场影响.随着刚度系数增大,植被运动模式从准周期性摆动变成周期性摆动,最终发展为刚性情况下的静止直立状态;植被刚度较大且间距较小时,植被存在逆流向弯折现象;在刚度较大时,柔性植被随着水流而摆动,抑制流速发展;但是当柔性植被刚度较小时,植被接近倒伏,明渠的平均流速对比刚性植被情况增大;本文算例中植被刚度对平均流速的影响最大约为2.47%.植被间距对植被的下弯幅度影响较小,但对展向摆幅作用显著;平均流速随植被间距增大...     

不同边界条件薄壁截锥壳的高阶振动特性研究

采用传递矩阵法研究了不同边界条件下薄壁截锥壳的高阶振动特性.基于Love壳体理论建立薄壁截锥壳振动微分方程,根据薄壁截锥壳子段间的状态向量,通过传递矩阵法得出整体传递矩阵,并用高精度的精细积分法计算固有频率,通过文献和有限元法进行验证,并分析了薄壁截锥壳在不同边界条件下的高阶振动特性.结果表明,不同边界条件下,采用传递矩阵法计算高阶固有频率与有限元法的计算结果基本一致.当轴向半波数增加时,频率明显增大;随着周向波数的增加,频率先减小后增大.固支-固支和简支-简支边界下在m=1和n=7处得到最小频率,固支-自由边界下在m=1和n=6处得到最小频率,三种边界下最小频率值分别为400.1、325.6和226.1 Hz;边界条件约束越多,最低阶固有频率越大.     

基于ANSYS Workbench有预紧力的高强螺栓群有限元分析

本文以1 600t造桥机为研究对象,采用SolidWorks软件建立箱梁及螺栓群三维实体模型后,导入ANSYS Workbench对箱梁螺栓群进行有预紧力的有限元分析。计算结果可以为螺栓接头的实际应用提供数据支撑,同时表明采用有限元分析方法可以更加全面、准确地指导架桥机的设计。     

径向井排引导水力压裂裂缝扩展机理研究

为探究径向井排系统对裂缝的影响，明确水力裂缝的扩展规律，利用扩展有限元理论建立了流固耦合三维裂缝扩展模型，模拟了受径向井排引导的水力裂缝扩展过程。重点分析了3种影响因素（径向井排方位角、水平地应力差、径向井孔径）对水力裂缝的引导机理。首次提出了"引导因子"的概念，并将其作为有效评价径向井排引导效果的量化参数。研究发现，径向井方位角、水平地应力差、径向井井径会对水力裂缝的引导效果产生影响：较小的径向井方位角、水平地应力差以及较大的井径都使径向井排具有较强的引导能力和较好的引导效果，反之亦然。同时，较大井径对增加水力裂缝宽度有明显作用。最后，利用大尺寸真三轴水力压裂模拟试验证实了数值模拟结果具有一定的准确性。     

一种改进大步长静力隐式有限元接触搜寻算法

大步长静力隐式有限元方法具有快速的计算速度和较高的计算精度,在金属板料的成形模拟领域中得到了广泛的应用.在接触搜寻阶段,由大步长引起的大量历史接触信息改变的特点使接触搜寻问题变得更困难,因此有必要针对该问题设计一种高效稳健的搜寻算法.基于主从面法的思想,提出了一种结合位置码法和ADT(Alternating Ditigal Tree,交替数字二叉树)法的改进接触搜寻算法,并集成到自主研发的QuickForm软件中;通过数值算例对该方法的计算性能进行了测试.结果表明:改进算法具有良好的搜寻性能,平均搜寻效率提升了20%左右.     

VLCC船首外飘结构冲击及砰击强度

现有CSR规范仅考虑了冲击压力对VLCC船首外飘结构的影响而忽略了砰击压力的影响,使得具有较大船首外飘结构的VLCC常由于遭遇较大波浪载荷而受损.本文借鉴CSR规范载荷体系提出两种冲击压力的假设,并结合实船案例数据,采用有限元法对受损结构进行逆向工程计算,采用最小二乘法分析实验数据以寻求最优解.最后,根据最佳方案对损坏结构提出修改方案并验证.本文的研究结果可为超大型油船的结构设计提供思路.     

复合材料双悬臂梁试验Ⅰ型分层扩展的三维近场动力学模拟

近场动力学(peridynamics,PD)模拟复合材料分层损伤,相较于传统的数值方法有一定优势。双悬臂梁试验(double cantilever beam,DCB)是测量复合材料Ⅰ型层间断裂韧性GIC的标准试验。本文研究了复合材料双悬臂梁试验Ⅰ型分层扩展过程的三维近场动力学模拟。计算模型选用了球型域的常规态近场动力学复合材料模型,并引入了基于能量的失效判定准则。结果表明,近场动力学模拟的载荷-位移曲线与试验结果吻合得很好,并且模拟结果能够捕捉到DCB试验的"指甲盖形"分层前缘。在此基础上,进一步比较了Ⅰ型分层扩展过程的近场动力学模拟结果与试验结果,验证了本文采用的复合材料近场动力学模型计算Ⅰ型分层扩展的有效性。     

锚题比例与年级离散度对垂直等值的影响

采用锚题设计,选择年级1作为参照基准,通过蒙特卡洛模拟方法,考察锚题比例与年级离散度对垂直等值的影响.研究结果表明:与基准年级的距离影响垂直等值效果,越靠近基准年级,估计精度越好;从整体而言,垂直等值锚题比例设为30%,等值效果最好;垂直等值锚题比例的设定受年级离散度影响,2者存在交互作用,锚题比例设为"变"值更好.     

相参频率捷变雷达目标稀疏重建性能边界综述

相比频率固定的脉冲多普勒体制, 频率捷变体制在抗干扰方面具有显著优势。但在该体制下, 基于匹配滤波的信号处理算法存在旁瓣平台问题, 难以与动目标检测兼容。压缩感知理论将目标参数估计建模作为欠定方程求解, 为该问题提供了解决思路。在相参频率捷变雷达中, 压缩感知能否准确重建目标是一个基础性问题。本文梳理了针对该问题的相关研究, 借助相变理论与相变曲线的解析表达式, 定量描述了捷变频雷达重建目标的成功概率与主要系统和目标参数之间的关系; 该理论性能边界与仿真实际所能达到的性能相接近。此外, 还探讨了现有成果在实际应用中的价值, 展望了未来研究方向。