基于激光雷达数据的小流域暴雨山洪二维数值模拟研究

为精确分析小流域暴雨洪水坡面汇流过程,以湖南省宝盖寺小流域为研究对象,基于高精度激光雷达点云数据,构建二维水动力学模型,对2012年场次洪水过程进行模拟,并将模拟结果与分布式水文模型模拟结果和实测结果进行对比分析．同时为解决网格数量多、运算速度慢的问题,该模型采用GPU并行算法．研究结果表明:1）采用的高分辨率地形数据,可以较好地模拟小流域坡面降雨径流过程,且可得到整个流域上的洪水汇流过程;2）二维水动力学模型的计算结果和分布式水文模型计算结果与实测值吻合较好,水动力学模型计算洪峰出现的时间误差1 d,洪峰流量误差为23%,且可应用于高分辨率地形数据;3）采用的GPU并行算法,可使模型的计算效率提高近50倍,使得计算时间小于小流域汇流时间．该模型可用于暴雨山洪的预报预警和三维推演工作．      

基于直接力浸入边界法的线形排列多球颗粒沉降特性研究

本文运用直接力浸入边界法对低雷诺数的单个及线形排列的两个和多个球形颗粒自由沉降的特性和过程进行了数值模拟,首先通过单个球形颗粒自由沉降模型验证了该方法的准确性,同时研究了颗粒刚体假设(RBA)对结果精确性的影响,然后,在不同的颗粒间距分布条件下对竖直排列的不同数量的球形颗粒沉降进行了直接数值模拟。模拟结果表明,相对间距在一定范围内的线形排列双球和多球颗粒都可发生相继的牵引、触碰、翻滚过程;当线形排列球颗粒数量大于3时,颗粒的数量不会影响最下方两球初始的牵引和触碰运动;线形排列多球可改变发生牵引的两球的受力从而加速牵引和触碰的过程。     

泥石流启动试验的数值模拟研究

采用离散元颗粒流程序PFC3D(Particle Flow Code)对泥石流启动过程的模型试验进行数值模拟研究.考虑泥石流启动过程中砂土的非饱和特性,在前期研究的基础上对模型进行改进,利用微小颗粒模拟水团,并通过设置黏结模型模拟土颗粒间的基质吸力.将数值模拟结果与室内模型试验进行对比分析,分析得出泥石流的启动表现为后部土体推挤前部土体快速下滑.非饱和状态下,颗粒间的基质吸力提供了一定的土体强度,当渗透力和重力引起的下滑力克服这种颗粒间的黏结力时,土体由非饱和状态逐渐转变为饱和状态,泥石流才会启动.与原有未考虑非饱和特性的数值模拟方法对比,结果表明,使用PFC3D并考虑土体非饱和特性,可以更接近地模拟流滑型泥石流的破坏形态和启动过程.     

基于有限元数值模拟的宽厚板热轧过程宽度控制ANN模型

利用商业有限元分析软件DEFORM-3D,建立宽厚板热轧过程中立辊侧压和随后平轧过程的三维热力耦合刚塑性有限元模型.模拟了不同板坯厚度、板坯宽度、立辊压下量和平辊压下率条件下320种立辊侧压和随后平轧过程,探讨了不同工艺参数对调宽效率的影响规律.模拟结果表明,调宽效率随着板坯宽度和立辊压下量的增加而升高,随着板坯厚度和平辊压下率的增加而降低.基于上述有限元数值模拟结果,借助BP人工神经网络,建立了热轧宽厚板立轧-平轧宽度控制模型,经测试,模型预测的调控效率与有限元数值模拟结果符合很好.将宽度控制模型用于宽厚板实际热轧过程的有限元数值模拟,模拟轧件宽度与实测宽度吻合很好.     

PC轧机轧制过程轧制力三维有限元模拟

详细介绍了应用ANSYS/LS-DYNA软件建立PC轧机有限元模型求解轧制力的方法,对某1880精轧机组F3机架的轧制过程进行了模拟分析。结果表明,轧制过程等效应力场、等效应变场与实际相符,轧制力模拟值与实测值基本一致,计算结果真实可信,可以为工业生产提供参考。     

自由活塞初速度对微发动机燃烧特性的影响

根据自由活塞发动机的动力学特点,提出单次冲击微型均质充量压燃（HCCI）自由活塞发动机工作过程的模拟方法,并对目前定容燃烧模型进行一定的修正．考虑自由活塞的动能变化对燃烧参数的影响,提出自由活塞截断速度的概念,比较改进后的燃烧模型与目前的定容燃烧模型的计算结果,显示出改进模型的合理性．同时运用改进模型对HCCI自由活塞发动机不同初始速度下的燃烧特性进行模拟,得到了工作压力、温度、着火时刻的变化规律,以及自由活塞运动特性,为该微动力装置的设计提供了理论依据．     

公路隧道火灾的模型试验与数值模拟分析

为研究公路隧道火灾烟气温度场的分布规律,提升公路隧道的火灾安全性,以相似理论为依据,结合某实际隧道工程实例,设计了一套隧道火灾模型实验装置。模型隧道横截面为0．88m×0．5m,长12m,隧道内的风速可在0～5m／s范围内调节。采用该试验装置,进行了火灾时隧道内温度场的纵向、横向分布规律以及温度场扩散范围的火灾模型试验。试验中设定了不同的通风风速来模拟实际的隧道火灾场景,隧道内烟流温度通过数据采集系统读取。用FDS火灾动力学模拟软件进行了数值模拟计算,总体来看数值模拟的结果与试验数据的吻合程度较好。并依据试验及数值模拟的结果对隧道火灾的控制、救援和人员疏散提出了一些建议。     

含铝炸药水下爆炸特性研究

对1kg柱形某含铝炸药进行了水下5m的水池爆炸实验,并基于AUTODYN软件模拟了含铝炸药水下爆炸冲击波与气泡脉动规律,研究了非理想爆轰对冲击波与气泡特性的影响.模拟研究表明,Miller能量释放模型能够准确地反映含铝炸药的非理想爆轰过程,可准确模拟出冲击波后期压力值、气泡二次压力以及气泡的周期与半径,计算值与实验值具有较好的一致性.以此为基础研究了装药参数及起爆方式对近场冲击波压力峰值的影响,有限元模型、方法以及计算结果对相关研究和计算具有一定的参考价值.     

岩石宏细观弹塑性损伤破坏对比研究

为了考虑岩石内细观局部塑性变形,基于应变空间理论导出岩石弹塑性损伤增量本构方程,提出了在计算程序中用破坏单元网格消去法清晰模拟裂纹扩展的方法,解决了有限元模拟裂纹的难题,分别从宏观尺度和细观尺度研究了岩石I型裂纹弹塑性损伤破坏问题。对比分析表明,宏观尺度研究I型裂纹扩展符合断裂力学理论分析;细观尺度研究岩石破坏过程能深入解释细观破坏机理,岩石宏观破坏直接与其内部的细观损伤破坏有关;三维数值模拟破坏过程比二维破坏更为复杂;大理岩偏三点弯曲梁弹塑性损伤破坏数值模拟得到的结果与试验结果较为吻合,验证了新建细观尺度模型模拟岩石破坏问题的合理性。     

基于Matlab的微型发动机燃烧过程仿真建模

为研究微型HCCI自由活塞发动机的工作性能,应用Matlab软件对其单次冲击的燃烧过程进行仿真建模,分别建立考虑传热、漏气的零维总包化学动力学模型和理想气体模型,并将仿真计算结果与试验结果进行比较.运用传热漏气模型对微型HCCI自由活塞发动机不同初始速度下的燃烧特性进行模拟,得到自由活塞初始速度对工作压力、温度、活塞运行位置的变化规律的影响以及不同初始速度下自由活塞的运动特性.结果表明气体泄漏和传热对燃烧过程影响较大,考虑传热漏气模型的微燃烧模拟结果与试验数据吻合较好,为微动力装置的性能评价和设计提供理论依据.     

多机协同的分布式海上攻防视景仿真

基于高层体系结构,构建了在分布式网络环境下多机协同的海上攻防对抗仿真系统.根据舰载反舰导弹的攻防过程设计仿真模型.为逼真描述作战环境和态势进行视景仿真,采用改进的快速傅里叶变换算法进行海浪建模;利用粒子系统的基本原理,结合OpenGL的纹理映射技术,实现动态爆炸模拟.根据仿真模型设计各联邦成员,将三维视景仿真作为联邦成员加入仿真系统的联邦执行以实现多机协同渲染,从而大幅度提高了显示帧率,并使视景仿真可灵活扩展.     

环己酮肟二段重排工艺的动态模拟

通过对环己酮肟二段重排工艺的分析，对其进行了合理的假设，结合物料衡算、能量衡算和反应动力学，建立了两个全混流反应器串联的动态数学模型，并使用序贯模块法求解。模拟计算结果与工厂实测数据的比较证明了动态模拟符合实际过程，所建立的反应器模型可以很好的模拟工艺流程。     

冻结条件下土壤水热耦合迁移数值模拟的改进

根据冻结条件下土壤水分运动和热量迁移的基本方程，推导出了冻土水热耦合方程，并构造了采用变化的空间步长和自动调节时间步长的全隐式有限差分计算格式，使模型求解中的迭代计算过程大为简化，计算速度有很大提高。用本模型对张掖壤土的室内冻结过程进行了模拟，土壤水分、温度的计算值和试验值吻合较好。计算结果表明，该方法不仅能模拟冻结过程中土壤水分、温度的变化，且在计算中土壤含水量较低时不需要在冻结区引入冰的阻抗系数的概念，较好地改进了已有的数值模拟，为模拟各种不同条件下的土壤冻结过程创造了条件。     

飞机机体模型撞击混凝土靶体动力学行为研究

飞机撞击混凝土建筑物的撞击过程中,机体和发动机的撞击可以分开考虑.机体结构在强轴向冲击情况下会发生包括高度非线性的变形、断裂和飞散等的渐进撞毁现象,这些物理现象主要会影响冲击载荷的时间历程.本研究采用显式有限元方法对飞机机体模型撞击载荷试验进行了的动力学模拟,模拟中机体采用了Johnson Cook材料模型和失效模型.计算得到的飞机尾部减加速度曲线、靶体上承受的冲击载荷时间曲线与试验测量和Riera理论计算结果均具有较好的一致性,说明研究采用的计算方法和材料模型及参数是合理的,可用于后续的大型民用客机撞击载荷的数值模拟,也证明了Riera理论模型的实用性.     

数值模拟喷射夹角对VIGA制粉雾化过程的影响

通过计算流体力学软件数值模拟和实验相结合的方法，以高温合金雾化过程中气、液、固三相的交互作用机制为研究对象，采用欧拉-拉格朗日法的VOF(volume of fluid)多相流模型和DPM(discrete phase model) 离散相方法，研究了喷射夹角对熔体主雾化和二次雾化过程TAB(Taylor analogy breakup)破碎过程和粒度分布的影响，并与同步实验结果进行了对比.研究结果表明，随着喷射夹角的增大，回流区面积逐渐减小.金属熔体的初次破碎形态呈“倒喷泉状→伞状”，初次液滴的尺寸为0.3~0.9mm.初次破碎液滴的气体韦伯数(We)为10~90，随喷射夹角的增大，粉末的平均粒径逐渐降低，喷射夹角为36°时，实验制备的粉末粒径与数值模拟得到的粉末粒径基本一致，表明了数值模拟合金雾化破碎过程的合理性.     

高强度钢板热塑性行为及在车身轻量化中的应用

为深入研究板材热塑性变形机理以及促进热成形工艺在汽车结构件生产制造中的应用,采用理论、试验与仿真相结合的方式,基于高强度钢板热-力-相变耦合本构关系,结合弹塑性非线性大变形分析建立了热塑性成形动力显式有限元列式,开发了高强度钢板热成形数值仿真有限元分析软件,对一款U型试件的热成形过程进行数值模拟,模拟结果与试验一致,且通过拉伸试验获得了成形后零件的力学性能,屈服极限在1 100 MPa以上,强度极限可达1 500 MPa以上. 并通过数值仿真对比一款热成形前保险杠与原始冷成形保险杠的碰撞过程,得出保险杠采用热成形件可减重36.5%,比吸能比原始模型增加16.0%.     

脂肪醇装置酯分馏过程模拟

由于脂肪醇装置中涉及极性物质，使得酯分馏过程模拟计算非常困难，文中考虑使用UNIFAC(Dortmund)基团贡献模型应用于酯分馏过程相平衡计算中，并把所推导的热力学模型用于酯分馏全流程模拟计算，确定了精馏过程的最佳回流比以及精馏塔内浓度分布。把所得模拟结果和实际生产相比较，对工艺流程进行分析，获得了对脂肪醇实际生产具有指导意义的优化操作参数。     

像管动态成像过程的计算机模拟仿真

模拟像管的动态成像过程．根据线性滤波理论和传递函数理论计算分析光电成像系统整体的成像特性．基于成像过程的滤波理论和像管动态传递函数数学模型，编制了像管动态成像过程的计算机数字模拟仿真程序，以成像方式给出了像管动态成像过程的计算机模拟仿真结果．证明了用计算机模拟仿真光电成像系统的可行性，所建立的像管的动态模型可以较好地模拟像管的动态成像．     

冲刷坑冲刷过程的数值模拟

为了探索用数值模拟的方法来模拟冲刷坑形成过程及预测冲刷深度的可行性,在贴体非正交曲线坐标系中,采用控制体积法对二维散粒体河床的冲刷进行了数值模拟,根据冲刷过程中坑底动水压强和冲刷深度之间的平衡关系,来控制坑底边界网格移动进而模拟冲刷坑的冲刷过程及流场变化过程,实现了对冲坑底边界动态发展过程的自动模拟.计算得到的控制参数变化规律,表明用此方法模拟冲坑发展过程的可行性;计算结果与试验吻合较好,说明本方法可以有效地用来模拟冲坑发展过程,并能正确的反映挑流冲刷中流场结构和速度、压力等参数的变化.     

系绳拖曳半物理试验装置设计与方案可行性验证

空间绳系系统需进行地面试验,以验证其理论研究结果的正确性。针对其非线性动力学模型较为复杂,地面难以模拟太空复杂情况而不易开展全物理试验的问题,设计了系绳拖曳地面半物理仿真试验装置。其中,仿真系统中系绳收放与张力控制部分以实物的方式引入仿真回路,拖曳过程中系统动力学部分以数学模型描述并转化为仿真计算模型,与实物部分构建成半物理仿真闭合回路。采用基于模糊PID的主从位置闭环控制器对张力控制器进行控制,搭建半物理试验装置拖曳过程simulink仿真模型,对闭合回路实现仿真计算以验证半物理试验装置方案设计的可行性。仿真结果表明：(1)张力控制器满足半物理加载机构对模拟被动星的系绳控制指令要求;(2)半物理试验装置设计方案原理正确,可通过模拟不同工况下动力学模型特性,考核系绳收放装置性能。