应用二维有限元计算船体垂向振动

采用二维有限元法计算高速船垂向振动，船体结构部分采用二维有限元法计算，流体部分采用流体力学的二维边界元法计算，考虑了船体的变形，运用切片理论，可得船体的附连水质量，通过改变水下结构密度的方法，将附连水质量加在船体水下结构上，计算得到船体的固有频率，计算结果同实验值和Ｓｕｐｅｒｓａｐ计算结果进行了比较，表明本方法是有铲的合理的。     

表面对氢负离子在梯度电场中光剥离的调控研究

利用闭合轨道理论对氢负离子体系在梯度电场和弹性表面附近的光剥离进行了研究,重点探讨了弹性表面对氢负离子在梯度电场中光剥离截面的影响.研究结果表明,氢负离子体系在梯度电场和弹性表面附近的光剥离与弹性表面的位置有关.当弹性表面距离氢负离子的距离比较远时,弹性表面对光剥离截面的影响较小,光剥离截面和只有梯度电场时的截面基本吻合;但是随着弹性表面到氢负离子距离的减小,弹性表面的影响越来越明显,光剥离截面的振荡振幅越来越大.除此之外,我们还对弹性表面位于Z0的空间和位于Z0的空间的情况进行了比较.结果表明,当弹性表面到氢负离子之间的距离给定时,弹性表面位于Z0的空间时的光剥离截面的振荡要比位于Z0的空间的情况要复杂.因此,我们可以通过调整弹性表面的位置对氢负离子在梯度电场中的光剥离进行调控研究.本文的研究对于理解负离子体系在非匀强电场和表面附近的光剥离可以提供一定的参考价值.     

近加热壁面的双空穴对颗粒堆传热性能的影响

为了探究临近加热壁面的双空穴对颗粒堆加热过程的影响,构建了含双空穴的颗粒堆传热模型,并利用搭建的颗粒堆传热性能实验系统对模型进行了验证,研究了双空穴与加热壁面距离和双空穴相对距离的变化对颗粒堆传热性能的影响规律。研究结果表明:随着双空穴与加热壁面距离增加,加热壁面的研究区域热流量先减少后增加,颗粒堆研究区域热阻先增加后减少,空穴影响区域范围和空穴影响区域面积比均先增加后减小,研究区域热流量最小值、颗粒堆研究区域热阻最大值、空穴影响区域范围和空穴影响区域面积比最大值均出现在空穴与加热壁面距离为1倍粒径时。随着双空穴相对距离的增加,加热壁面总热流量增加,颗粒堆热阻减小,但是变化的趋势逐渐平缓,当双空穴相对距离增至8倍粒径时,双空穴之间的相互影响消失。     

近自由面水翼性能分析

为了研究近自由面下水翼附近的黏性流动,通过有限体积法对雷诺时均N-S方程进行数值求解,速度压力耦合方式采用SIMPLEC解法,用流体体积函数模型来捕捉自由液面。首先将数值计算结果与实验值进行对比以验证所用数值方法的可行性,随后进一步研究了水翼的兴波、表面压力分布以及其水动力性能,并针对翻卷波现象进行了分析。从计算结果可以看出,距离自由面越近,水翼的升力和阻力越小。当水翼距离自由液面4倍弦长距离后,自由液面的影响基本可以忽略。     

汽油缸内直喷多孔喷油器喷雾碰壁特性试验

为了研究缸内直喷汽油机多孔喷油器的碰壁喷雾特性,建立了定容碰壁喷雾试验装置,对不同喷油压力和不同环境压力条件下的碰壁喷雾过程进行了拍摄,同时考虑壁面与喷嘴的距离和壁面倾角对碰壁喷雾特性的影响.结果表明:增加喷油压力可以使碰壁喷雾高度和半径增大,但是碰壁喷雾高度的增加率随喷油压力的增加而减小;随着环境背压的增大,碰壁喷雾高度和半径均减小,进一步增大环境背压,则碰壁喷雾高度增大;加大撞击壁面与喷嘴的距离和壁面倾角,碰壁喷雾高度和喷雾半径均增大,当壁面倾角进一步增大,碰壁液滴总动能减少,而且受到喷雾油束边缘的运动阻力,碰壁喷雾半径减小.     

薄壁杆件组合扭转中约束扭转占比研究

为确定在不同边界条件下薄壁杆件以组合扭转方式抗扭时自由扭转和约束扭转的比例关系,首先,基于Vlasov薄壁结构理论建立组合扭转微分方程,并按照初参数法推导出薄壁杆件在集中扭矩和均布扭矩作用下的约束扭转占比公式。以简支边界为基准,通过引入约束刚度系数β,分析边界条件对于约束扭转占比的影响。然后,使用有限元软件ABAQUS对公式进行验证。最后,给出钢结构桥梁常见截面的约束扭转特征系数κ的计算公式,并统计双工字钢板组合梁桥与钢箱梁桥的κ分布范围。研究结果表明：所推导的约束扭转占比公式与ABAQUS计算结果吻合良好;约束扭转占比与截面的κ和边界条件有关;κ越大,约束扭转占比越小,且随着κ变化,边界条件对于约束扭转占比的影响程度发生变化;β可以表征边界条件对约束扭转占比的影响程度;简化分析时,当0<κ≤0.6时可以忽略自由扭转的影响,仅按约束扭转进行分析,当κ≥40时可以忽略约束扭转的影响,仅按自由扭转进行分析,当0.6<κ<40时需按组合扭转进行分析;所统计的双工字钢板组合梁桥的κ为0.71～1.58,钢箱梁桥的κ>39。     

基于伽辽金法的圆柱形衬壳限制失稳研究

研究了圆柱形衬壳的限制失稳问题.应用最小势能原理导出了圆柱形衬壳在均匀外压作用下屈曲的控制方程;通过伽辽金法对圆柱形衬壳的临界屈曲问题进行了求解;引入波长缩短比例因子,研究了衬壳与外围设备壁面之间的接触对衬壳屈曲临界压力的影响.研究结果表明,在不考虑衬壳与外围设备壁面的接触而只是将衬壳的屈曲位移限制在外围设备空腔内部的情况下,相比于衬壳自由失稳其限制失稳的临界压力在所选模型尺寸范围内提高了36%左右;边界接触可使衬壳失稳的临界压力有很大提高,当衬壳屈曲环向波长缩短至其自由失稳的一半时,衬壳限制失稳临界压力可达其自由失稳临界压力的3倍.     

一系悬挂刚度对六轴宽轨机车垂向动力学影响

建立某型六轴宽轨电力机车的多体动力学仿真模型,研究机车在(60～160)km/h运行速度范围内和AAR5级轨道谱的激励下,一系悬挂刚度对其垂向动力学性能的影响。结果表明,横向和纵向定位刚度对机车垂向动力学性能的影响几乎可以忽略,但垂向定位刚度对机车垂向动力学性能的影响较大。当机车追求舒适性时,需要匹配较大的垂向刚度,否则就必须限制其最高运行速度。当机车运行速度超过100 km/h时,随着刚度的增加,轮轨垂向力会一定程度减小。     

隧道下穿民房爆破振动效应监测

依托右线隧道穿过民房正下方的福建省厦门市石堀山隧道工程,在民房第一、二层墙角处各布置一台自动化爆破振动仪,对爆破开挖引起的振动进行长期监测.结果表明:爆破振速整体上随着测点与掌子面距离的减小而增大;在三向振速中,垂向振速不一定总是最大,但主频小于30 Hz,垂向振速占比最多;分析时应综合振速与主频,选择优势分向振速,或根据建筑物固有频率,选择接近的主频对应的分向振速;当测点与掌子面距离为10~50 m时,爆破振度显著放大,而主频有一定的衰减,径向和垂向主频衰减至与房屋固有频率接近;当测点与掌子面距离为50 m内时,随着掌子面远离测点,振速影响系数C_v先增大后减小,主频影响系数C_f先减小后增大;空洞影响垂向最大,径向次之,切向最小;C_v最大值为3.4,C_f最小值为0.35.     

非均质表面诱导液滴脱落的数值模拟

采用伪势格子玻尔兹曼方法 (LBM)多相流模型对均质表面上液滴脱落临界直径与壁面润湿性的关系以及非均质表面上液滴聚合脱落现象进行了研究,分析了液滴尺寸、壁面润湿性的差异、液滴半径比对非均质表面液滴聚合脱落的影响。结果表明:非均质表面在一定程度上可以诱导相应尺寸大小的液滴聚合并脱落,可通过增大中间区域的接触角来扩大非均质表面诱导聚合脱落液滴的尺寸范围;非均质表面接触角差值越大,液滴聚合速度越快,同时液滴在壁面上的铺展能力越强,液滴纵向振荡幅度越小;在一定范围内,液滴半径比越大,两液滴的内部压力差越大,融合速度越快,液滴可获得额外的动能并从壁面上脱落。     

不同端部形状的细长圆柱体的附加质量研究

基于势流理论,并结合有限单元法,研究了在流体中运动物体的附加质量.首先,通过无限域中小球及管流中作横向运动的圆柱的附加质量的计算,验证了算法的正确性.其次,着重分析了具有不同端部形状的细长圆柱体在不同直径的无限长管流中沿轴向运动时的附加质量.结果表明:在管流外半径一定的情况下,细长圆柱体的附加质量与其柱体长度成线性关系,其斜率随着圆柱与管壁间距离的减小而迅速增大;而且,当圆柱体长度远大于其直径时,其两端的形状对其附加质量影响不大.     

两层流体中大直径圆柱体的水动作用力

研究了两层流体中大直径垂直圆柱体上的水动力特性．基于分离变量法,建立了绕射势和辐射势的解析解,导出了作用在大直径圆柱体上水动作用力的计算公式．与单层流体不同,对两层流体,作用在大直径圆柱体上的水动作用力,除了表面波模态的波浪力、附加质量和阻尼系数外,还有内波模态的波浪力、附加质量和阻尼系数．对所建立的求解模型进行数值计算分析的结果表明,在某个频率范围内,流体的分层效应对这些水动力量的影响是不可忽视的．     

截断柱群波浪绕射性能的时域数值分析

随着海洋油气资源开发力度的加大,半潜平台等柱群结构的强度校核及设计应用、波浪与截断柱群之间的干扰作用越来越被人们所重视．运用时域三维边界元法对截断立柱群在规则和不规则波中的波浪绕射f生能进行了数值分析,远方辐射面上采用多次透射边界条件,自由面上采用积分格式的自由面边界条件．为满足半潜平台设计中对准确预报载荷和柱群周围波高的要求,将对截断面形状、浪向角、柱间距和埋深比对柱群中单柱所受波浪力的影响进行研究,探讨考虑柱群间干扰作用后对柱群周围波浪场的影响．     

动脉硬化血管疲劳裂纹扩展与破裂理论与数值分析

 动脉粥样硬化的斑块破裂是中风和心肌梗死的主要原因.斑块破裂与血液和剪切应力存在一定的关系.基于血管是天然的周期性低应力环境,本文将血管斑块破裂处理成一个疲劳问题,将血管简化成圆筒,探讨斑块中的裂纹扩展与疲劳破坏,并考查血管内外径比、血栓、血压等因素对疲劳寿命的影响.应力强度因子的计算采用经典圆筒内壁单边裂纹的理论公式,疲劳裂纹扩展利用著名的Paris法则,并利用数值方法求解裂纹扩展过程.研究发现,在血管内外径比不变时,内径的大小对疲劳裂纹扩展的影响几乎可以忽略不计;血栓形成会增加血管壁厚,降低应力集中,该单一因素在疲劳意义上反而会有利;血压对血管疲劳寿命的影响非常大,成指数次减小或增加.     

应用高速摄影技术研究空化现象

高速摄影技术是研究空化现象的有力工具。文中利用高速摄影技术研究了液体粘性、 含沙量及流速对电火花空泡溃灭过程的影响。主要结论有：液体粘性使空泡溃灭过程变 缓；含沙量的影响类似于液体粘性：流速使空泡膨胀过程变缓但使溃灭过程加速；近固壁 处空泡溃灭时微射应朝向壁画，而当壁面具有高弹性或在自由表面附近溃灭时则微射流将 背离壁面；空泡溃灭时将使泡周围的固体颗粒产生运动。文中附有典型高速摄影照片。     

水中悬臂梁的自振频率的简便计算公式

本文分析了无粘性的、不可压缩水域中的圆截面的悬臂梁的自由振动。在忽略水面波影响的情况下,求解梁与水体耦联的振动微分方程,得到悬臂梁在水中自由振动的频率和振型的解析表达式,并给出了算例。最后应用附加质量的概念,得到了计算梁在水中的自振频率的简易公式,该简易公式和解析表达式的结果吻合极好。     

纳米通道内气泡核化的分子动力学模拟

为了探讨壁面浸润性与流体初始密度对气泡核化位置以及纳米气泡在凹槽内生长核化影响规律,本文采用分子动力学方法研究纳米结构微通道内液体氩的沸腾核化过程。通过改变固液势能的相互作用参数来调整壁面浸润性。结果表明：纳米凹槽壁面浸润性对气泡核化过程具有重要的影响。一方面,当固体表面的浸润性较弱时,凹槽内流体受排斥力的作用,原子排布比较稀疏,原子碰撞频率增大,局部活化能聚集,从而导致气泡在纳米凹槽内形成。另一方面,当壁面浸润性较强时,气泡会在微通道中央形成。此外,区别于均质浸润性纳米凹槽内气泡曲率半径及接触角保持不变的核化动力学行为,其在异质亲疏水匹配的纳米结构微通道内产生了显著的差异。当壁面浸润性维持不变,核化气泡的曲率半径随着流体初始密度增大而增大,与之相反,稳态接触角却随之减小。     

电磁力控制圆柱体三维绕流场的脱体涡模拟

利用Maxwell方程组直接数值计算表面包覆电极与磁极圆柱体产生的电磁力分布,将其加入到动量方程中,采用脱体涡模拟(DES)方法,在雷诺数Re=3 900时,对电磁力作用下圆柱体在弱电解质中的绕流场结构及其升阻力特性进行了数值模拟与分析.结果表明,电磁力作用可提高圆柱体边界层内的流体动能,抑制流动分离的产生,减弱圆柱绕流场的三维特性,在电磁力作用参数达到某个临界值后,在圆柱体后方产生射流现象;同时,随着电磁力作用参数的增大,圆柱体压差阻力及其总阻力减小,但摩擦阻力增大,而且电磁力的作用还可以显著减小升力脉动幅值.     

帽型钢板桩挡墙土压力分布离心模型试验

采用离心模型试验模拟了帽型钢板桩挡墙支护的基坑开挖过程,研究了钢板桩挡墙两侧土压力分布的变化规律,并与等效截面刚度的平板挡墙支护开挖试验进行了对比,分析了钢板桩挡墙迎土面的起伏几何形状对土压力分布的影响.试验结果表明,钢板桩挡墙的截面形状影响其后土压力分布,相同高程处钢板桩挡墙凹凸部分的土压力不相等,大小关系与其位移模式有关.当墙体远离土体运动时,迎土面凹处土压力大于凸处,当墙体靠近土体运动时,凹处土压力则小于凸处.随着基坑开挖深度的增加,墙体变形模式产生变化,导致钢板桩挡墙两侧土压力的时空分布在不同埋深处也有所区别.     

环形间隙内振动圆柱流固耦合动力特性研究

应用有限元法，建立了粘性流体速度和压力振荡方程．考虑流固耦合作用，导出了环形间隙内振动圆柱流固耦合动力模型，提出了流体附加质量和阻尼系数的计算方法．结合实例研究了间隙大小、圆柱在环形间隙内的偏心以及圆柱振动频率等参数的影响．指出流体反作用力随环形间隙的减小、偏心距的增大和振动频率的降低而非线性增大．考虑耦合作用后，附加质量系数基本不变，而附加阻尼系数减小，在大偏心、小间隙和振动频率低时差别比较明显．