双参数法解轴对称体小攻角斜出水非线性问题

本文首先引入新算子,将自由面条件改写为便于计算的形式,然后用双参数摄动法和富里埃级数展开法将三维非线性问题化为二维非线性问题求解.数值结果给出了椭球体在斜出水过程中各阶自由面形状和力系数随物体细长比及佛汝德数变化的情况.     

近水面细长体的兴波问题

本文采用细长体假定,把三维的定常兴波问题化为沿船长步进的二维不定常兴波问题,自由面条件是非线性的。二维问题的计算应用边界元法,非线性的自由面条件用拉格朗日法表示,用有限差分近似。作为例子,本文计算了细长回转体的近水面兴波问题,细长比ε=D/L=0.10,绘出了波形、细长体的升力系数和阻力系数随Froude 数变化的曲线。为检验数值计算的合理性,进行了细长回转体模型的PMM 试验。试验结果与数值结果比较吻合。     

二维数值波浪水池中的潜体绕射试验

在摇板式造波机生成的二维数值波浪水池中进行了潜没圆柱的模拟绕射试验。先在频率域中确定造波机的运动形式 ,并在时间域中模拟摇板运动生成带有波前的高品质Stokes波的过程 ,作为入射波条件。数值造波和数值绕射试验采用边界积分方程的时间步进法 ,探讨了在自由面和板面交点处自由面条件与物面条件的相容性、开边界辐射面边界条件、时间与空间域上的数值离散方法等 ,得到了稳定、合理的波形和波浪力时域非线性结果 ,并与相应的频域二阶解的结果作了比较 ,证实了本数值波浪水池试验方法的适用性。     

二维物体入水数值模拟

基于势流理论和边界元法模拟了二维剖面以恒定速度入水问题,采用双点模型处理自由面物面交点、4阶龙格-库塔法对自由面进行迭代求解,并利用自由面平滑技术和网格重新划分技术阻止自由面不稳定现象,根据射流区截断模型处理射流区,采用辅助函数法求解物面压强分布以保证数值解的准确性和稳定性.探讨了网格划分对数值结果的影响以及剖面斜升角对最大压强值以及垂向力的影响.预报了不同斜升角的V型剖面的自由面形状和剖面压强分布、最大压强值以及垂向力,并与相似解进行了比较.比较结果验证了本文方法的有效性和准确性.     

快艇在海浪中的运动和弯矩计算

将铁摩辛梁理论与普通切片法结合起来，对具有任意剖面的快艇，建立规则波运动的非线性水弹性方程，然后用数值方法步进求解，对于不规则的波中的运动，用时域分析方法预报了快艇的运动和弯矩，并以２１艇为例进行了计算，与刚性艇结果以及试验作了比较。     

五体船纵向运动预报的一种工程算法

针对五体船型的特点,基于STF切片理论,计入船体运动时湿表面的变化及其对船体流体动力性能的影响,提出了五体船纵向运动预报的一种工程算法.计算结果和五体船模试验结果在多个工况下进行了对比.结果表明,该算法对五体船运动预报具有相当的准确性,且简单实用,对五体船的主尺度、侧体位置优化等方面有着积极的意义.     

潜艇大攻角非稳定运动时的水动力计算方法

将艇体看作回转体，在轴线上分布离散的点源模拟艇体，用升力面理论的涡环栅格法模拟附体；用分离涡模型考虑大攻角时的边界层分离效应，并将三维稳定流动的分离问题简化为二维非稳定流动的分离问题。非稳定运动时，结合潜艇六自由度空间运动方程计算水动力，同时预报潜艇的运动。     

超声速细长锥型射弹超空泡流动数值计算方法

基于超声速细长体运动理论,采用理想可压缩流体无旋定常流动以及超空泡尾部Riabushinsky闭合方式假定,建立了描述水下超声速条件下细长锥型射弹超空泡流动的非线性积分-微分方程.针对超声速流动特点,发展了该方程数值离散和迭代求解的新方法,采用一阶近似解作为超空泡流动数值计算的初始解,优化了初始迭代条件,提高了计算速度和精度.通过与超空泡细长比渐近解结果进行比较,验证了理论模型和计算方法的正确性及有效性.在超声速条件下,分析了流体压缩性效应以及不同马赫数对细长锥型射弹超空泡形态、表面压力系数和压差阻力系数的影响,为超空泡射弹的弹型优化和水中弹道预报提供了理论基础.     

刚性细长柱体倾斜姿态落水冲击的附加质量法

运用切片理论和Ｔａｙｌｏｒ的平面圆柱附加质量表达式，在考虑刚体耦合运动的情况下建立了刚性细长柱体在纵向平面内倾斜姿态落水冲击时的运动方程，利用变步长辛普生积分和变步长龙格－库塔法求得了细长柱体的入水轨迹以及弯矩和剪力分布规律，并指出了最容易产生弯矩、剪力破坏的位置及发生的时间     

非饱和带地下水运动的数学模型和算法

$本文在分析有关文献的基础上!给出了描述地下水在饱和带和非饱和带中运动规律的数学模型,即相应的偏微分方程及其定解条件,并通过对二维渗流方程的求解,简要介绍了Galerkin有限元方法以及非线性偏微分方程的迭代解法。     

基于无网格法的浮体与波浪相互作用模拟与试验验证

浮体在波浪中的运动现象广泛存在于海洋石油及新能源领域,属于流固耦合问题,同时涉及自由表面流动和运动边界等复杂现象,使得基于欧拉模式的数值方法并不擅长该类问题的求解。采用一种拉格朗日无网格法,即光滑粒子动力学(SPH)方法,建立流固耦合数值计算模型,模拟浮体在波浪水槽中的运动过程,通过线性波浪理论和水槽试验验证了模型的准确性。结果表明:SPH方法能够有效模拟浮体在波浪作用下的非定常运动,并且捕捉到越浪、浮体侧倾等现象,预测的浮体位移时间关系与试验结果一致;在无约束条件下,浮体在水槽中发生横向位移,且位移受浮体形状和尺寸影响较大。     

基于高速摄影技术爆破鼓包运动规律的研究

为研究球形药包爆破漏斗实验中自由面鼓包运动规律,采用能够较好模拟现场岩土的相似材料制作了一组水泥砂浆模型进行了爆破漏斗实验,利用高速摄影系统记录了模型在球形药包作用下自由面的鼓包运动,得到了鼓包运动轮廓、鼓包表面中心位移和速度分布.结果表明:鼓包表面中心在速度分布上呈现出加速-匀速-二次加速-减速的特征,鼓包上升到约1.5倍抵抗线后,抛体按照弹道运动规律进行抛掷.      

低比转速离心泵叶轮的水力设计数值方法

低比转速离心泵叶轮因扬程高、流量小、流道长而使内流状态复杂,其水力设计普遍采用基于相似理论的方法,叶轮水力性能高度依赖叶轮模型和设计者的经验.综合考虑相似理论设计经验成熟和叶轮空间流动理论设计的优势,采用二元流动理论,应用准正交线法绘制轴面流网,结合欧拉能量方程,进行轴面速度的迭代计算,根据轴面速度的分布要求,不断优化...     

水陆两栖飞机全机模型静水滑行水动性能预报

水面起飞性能是水面飞行器的基本性能,也是总体技术的核心,涉及多个学科领域。水陆两栖飞机水面高速滑行水动力性能与排水型船不同,具有速度高、运动复杂等特点,高速滑行时一方面受到较大的水动升力,另一方面受到机翼的升力。本文结合水陆两栖飞机水面高速滑行特点,利用RANS数值方法和重叠网格技术对水陆两栖飞机全机模型开展数值仿真模拟,分析了自由液面水气分布、机身底部压力分布特征,并将阻力、姿态和升沉与水池模型试验结果进行对比,验证了数值方法的准确性,为水陆两栖飞机静水滑行水动性能数值预报提供技术基础。     

爆破漏斗鼓包运动模型的构建及验证

为研究爆破漏斗鼓包运动规律,采用动量守恒定律对鼓包运动速度进行理论分析,并通过爆破漏斗模型试验、高速摄影系统、数值分析开展试验研究.研究结果表明,将鼓包运动岩体划分为若干单元,运用动量守恒定理推导出爆破漏斗鼓包速度服从指数模型,整个过程做变速运动;通过高速摄影对爆破漏斗鼓包运动进行记录分析,图像表明鼓包运动过程中,自由面裂隙向四周扩散,使自由面岩体破碎并呈规则的扇形状;在爆生气体推动下,岩体进一步的抬升与破裂,炮孔中心质点做变加速运动;不同时刻下,随自由面炮孔中心为原点的坐标距离增加,鼓包运动呈指数递减,当自由面鼓包完全破裂后,破碎岩体以最大速度做抛掷运动,当抛射角度与水平成45°时,达到最远抛距.      

静压桩沉桩及已打入桩遮拦效应的数值模拟

采用三维有限差分软件 FLAC3D 建立了数值模型, 对比了圆孔扩张理论的解析解与数值解, 并在此基础上建立了桩实体单元基于位移贯入法模拟桩-土间摩擦作用, 且与相关文献中施加节点力模拟摩擦效应的方法进行了对比, 二者的计算结果较吻合. 基于此数值模拟方法 对静压桩单桩、双桩的沉桩过程进行计算分析, 并就已打入桩体对沉桩过程中土体位移的影响 进行研究, 得到以下结论: 模拟桩-土问摩擦效应的两种方法中, 位移贯入法计算所得土体水平位移在地表处较大, 这是因为桩体以固定速度向下运动时, 为阻止圆孔缩径而约束了其径向位移, 消除了摩擦效应对土体水平作用的影响. 沉桩结束后, 在大于地表下1/4 桩长深度范围内 的土体水平位移较大, 是主要的变形区域. 上部土体沉降较大, 而下部土体沉降较小, 其中距地 表下1/8 桩长至 1/4 桩长处沉降最大, 说明已打入桩的存在改变了土体水平位移的大小, 更使得土体水平位移随深度的变化趋于线性. 待打入桩的沉桩过程使得已打入桩身产生一定的倾斜. 由于沉桩扩孔的影响, 受到水平挤压的桩前土体在已打入桩的阻隔下沿着桩身向上隆起, 表明已打入桩的存在改变了土体位移的分布模式, 最终达到了减小水平位移的目的.      

一种新型柔性加减速算法

针对传统的直线加减速和指数加减速算法在进给过程中存在柔性冲击的问题，提出了一种适用于高速进给的新型柔性加减速算法，采用三角函数构造加减速曲线。对这种加减速模式进行了详细的分析和探讨，并提供了一种新型数控进给系统设计方法。     

平面弹性力学中的细胞自动机方法

用细胞自动机作平面弹性力学分析 ,将结构的静平衡认为是在力和位移边界条件下 ,物体元胞间的自组织过程。探讨了该方法的可行性 ,给出元胞的划分和力学特性 ,编制了相应的程序。由于该方法不必解结构的偏微分方程边值问题 ,或形成有限元的总体刚度矩阵 ,并解大型线代数方程 ,因而计算工作量小。算例表明 ,该方法对结点位移和应力、应变的收敛速度均较快 ,是一种分析固体力学问题有前景的新方法     

基于冗余自由度的数控加工轨迹运动分解

为降低曲面数控加工中机床运动轴的冲击,提出了采用具有冗余自由度的数控机床实现复杂曲面高速进给加工的思路,通过增加数控机床冗余自由度运动轴,以分解冲击较大机床轴的运动.本文对冗余自由度下机床各轴之间的运动分解原理进行分析,给出了冗余自由度下合成加工轨迹的计算和误差确定方法,并以计算实例验证了所提出思路和方法的有效性.     

三维洪水流动的SPH数值模型

对光滑粒子动力学(SPH)方法进行了改进,提出了高精度的耦合动力学边界处理方法,保证粒子的无穿透条件,通过液面粒子的支持域求和准确施加自由液面条件,准确预测水流的翻卷、破碎效应。建立洪水流动的简化模型,分析防波堤对洪水的阻碍作用,准确预测洪水流动中各种三维特征。应用SPH模型对三维圆柱形水体坍塌过程进行模拟,结果表明,SPH数值模拟结果与实验结果吻合很好,从而验证了SPH模型模拟剧烈自由液面流动的有效性。