水力驱动作用下的地貌演变数值模拟Ⅱ.模型应用

应用基于物理概念的水文／侵蚀数值模型InHM,成功模拟了夏威夷群岛中Kaho’olawe岛100年的地貌演变过程．受计算机运算能力所限,全岛被分为84个小流域分别进行模拟．人类活动的影响通过植被覆盖率的变化进而地表／近地表土壤的水力参数变化来体现．结果表明,InHM能够有效模拟区域尺度上的长时段地表侵蚀过程,在给定降雨过程的条件下,土壤水力参数、地表坡度、植被情况是影响地表产流与侵蚀过程的主要因素．敏感性分析表明,降雨数据时间步长、土壤水力参数对长时段地表径流和侵蚀有显著影响,而初始地下水位和地下水压强分布影响不大．     

轴流泵水力模型内部流场数值模拟

基于Reynolds时均N-S方程,采用标准k-ε湍流模型,压力、速度耦合使用SIMPLEC算法,离散采用具有二阶精度的隐式格式差分,对轴流泵过流部件内部流场进行三维定常湍流数值模拟,得到泵内流动的速度和压力矢量分布图,以及其他一些流动的信息.数值模拟结果表明,设计工况下的流场分布和流态总体较好,但叶轮叶片背面进口靠近轮缘处出现局部低压,导叶外壁区域负荷大,说明该轴流泵水力模型还有进一步改进和对其性能进一步提高的必要.     

山区典型地貌表土层采动滑移规律的数值模拟分析

山区采动滑移是在复杂的地形、地质及采矿条件下多种影响因素的综合结果,用有限元法从岩石力学角度出发研究采动地表和岩层内部的移动与变形的力学机制,选取了4个山区典型地貌,在整个采动覆岩至地表的全断面上进行力学模拟分析,并与实测资料分析对比,着重研究了表土层采动滑移的特点,并从中总结出山区表土层采动滑移的一般规律。     

多工程和波流耦合作用下养护海滩的地貌演变特征

为探究秦皇岛市戴河口至洋河口岸段海滩在养护工程实施后的地貌演变特征,采用双重嵌套网格技术在验证良好的波流耦合水动力模型基础上建立该海域的泥沙输运及海床演变模型,模型得到了实测资料的良好验证。模型的计算结果及实测剖面资料表明:潮流和常浪耦合下的泥沙分布与潮流和和强浪耦合下的泥沙分布形式一致,平均泥沙浓度及工程前后泥沙浓度增加值落急时刻大于于涨急时刻;工程后沙坝周围出现悬沙高浓度带,常浪时位于沙坝向岸侧,强浪时带位于沙坝向海侧;工程后沙坝处发生侵蚀,沙坝向岸侧发生淤积,沙坝向岸移动,工程在有无风暴潮的情况下均能起到保护海滩的作用。     

东亚沙尘暴的数值模拟：（Ⅰ）模式建立

在有限区域模式ＭＭ４的基础上，发展了一个沙尘暴传输扩散模式，对模式中源汇的处理作了精细考虑。用１９９１年４月３０日的实况资料检验模式的性能，结果表明，模式能够模拟沙尘暴的总体特征。     

水力旋流器数值模拟参数的基础研究

水力旋流器广泛应用于固液、固气、固固等分离领域,因水力旋流器具有结构小、效率高和操作方便等特点使之广泛应用于各个分离领域。为不断开发水力旋流器的分离能力,单纯的实验方法优化旋流器已满足不了工业需求。随着计算机的发展,数值模拟与实验结合利用是未来水力旋流器的发展方向。数值模拟的准确性很大程度上取决于模拟模型的选择,针对旋流器模拟参数中湍流模型、多相流模型和曳力模型进行模拟研究,模拟结果与前人实验对比验证,结果表明,雷诺应力模拟(RSM)、欧拉模型(Eulerian)和Schiller-naumann曳力模型组合更加适合水力旋流器模拟。模拟结果可为旋流器深度模拟研究提供指导,对于旋流器实际工业化应用提供理论参考。     

动力作用下加筋土挡墙的数值模拟

通过引入筋—土、面板—土、面板—面板接触单元,建立由土体单元、接触单元、面板单元和加筋材单元组合的加筋土挡墙有限元模型,用ANSYS对一足尺加筋土挡墙进行了有限元数值模拟．主要研究了地震荷载的频率成分和最大水平加速度对加筋土挡墙地震下性能的影响,得出了一些关于加筋土挡墙动力响应的定性结论．     

水力式静态混合器的设计与数值模拟

设计出一种水力式静态混合器,内部无任何阻隔构件,通过变化流道截面尺寸来提高混合强度,剪切作用特别小．数值模拟得知：同样结构尺寸的混合器,配以同心套管管接头时的混合效果要远好于配以普通管接头,且不论混合比为多少,在ｄ一定的情况下,ｄ１越大,混合效果就越好．     

减压孔板水力特性的数值模拟

减压孔板是消防系统中不可缺少的减压设施,对其正确的设置与计算是消防系统设计中重要的环节。借鉴前人基于设计手册中水头损失公式进行改进的做法,采用数值模拟方法,对减压孔板的水力特性进行了较为系统的研究。结果表明,随着出流流量的增加,减压孔板作用增强,压降幅度增大,孔径d与管径D比(d/D)越小降压效果越明显。     

压电智能驱动器力学模型的建立及数值模拟

基于PZT逆压电效应和结构动力学波动原理,建立粘贴式PZT驱动器与主体结构耦合简化力学模型及数学模型;考虑粘结层阻尼效应,建立PZT驱动方程并求解输出力表达式,确定驱动器力学与电学特性的对应关系;通过胶层材料特性、传递的切应力及其厚度变化对PZT驱动性能的影响进行算例分析,拟合出胶层传递剪切力与胶层厚度关系曲线,证明了运用所建立的驱动模型能有效地模拟检测PZT的逆压电规律,可为利用压电智能驱动器控制工程结构检测提供理论依据.     

复合板起皱失稳数值模拟模型的建立

复合板被广泛应用于汽车工业、航空航天、国防军工等各大领域,起皱失稳是复合板塑性成形过程中影响零件质量的主要问题之一,而目前能够准确复现复合板起皱形貌的数值模拟模型的建立方式尚不明晰。因此本文以方板对角拉伸试验(YBT)作为对比验证对象,在ABAQUS软件中采用特征值屈曲分析分别与动力显式和静力通用两种常规算法相结合的buckle-dynamic算法以及buckle-static算法,对选用不同建模方式和单元类型建立的模型,以起皱高度、厚向位移和应变云图等为评估依据,进行了起皱形貌模拟对比分析。结果表明,采用buckle-static算法对复合层建模方式建立的常规壳模型分析所得结果的综合性能最佳。若模拟工况复杂或计算不易收敛,分析方法也可选用buckle-dynamic算法。     

压电智能传感器力学模型的建立及数值模拟

以单片压电陶瓷(如锆钛酸铅,简称PZT)晶体、粘贴式和埋入式压电传感器为研究对象,从压电本构方程和结构动力学的振动原理出发,采用集总质量法推导出PZT传感器正压电效应的电荷表达式及等效刚度表达式,建立粘贴式和埋入式PZT传感器的简化力学模型,得到考虑多参数影响的电荷表达式.考虑黏结胶层阻尼吸收能量的作用,建立了胶层阻尼效应影响的传感模型,并求得压电传感器的电压表达式.数值模拟结果表明:在PZT传感模型中,利用压电方程和振动方程联合求解可以快速得到PZT的传感信号,而且PZT片的电压输出特性与作用力的大小及黏结胶层有关.通过测量和分析PZT传感器输出电信号峰值与频率的变化,并与数值分析结果进行对比,证明了运用所建立的传感模型能够有效地模拟检测PZT的正压电规律.     

IN718合金多步锻造过程中微观组织演变数值模拟

为研究多步锻造过程中工艺参数对大锻件微观组织演变的影响,将再结晶模型和晶粒长大模型加入到模拟软件中,实现了金属高温塑性变形-传热-微观组织演变的耦合.采用数值模拟的方法,研究始锻温度、压下量和空冷时间对多步锻造过程中IN718合金微观组织演变的影响.结果表明,在多步锻造过程中,始锻温度和变形量对微观组织演变影响显著,空冷温度决定了晶粒尺寸大小,而空冷时间对晶粒尺寸影响较小,长时间空冷不会造成晶粒明显粗化.     

激光作用下复合材料损伤的数值模拟

针对激光对纤维增强复合材料的破坏问题,在考虑复合材料细观结构的情况下,运用有限元软件ANSYS对材料温度场、热应力以及烧蚀损伤的演化进行了数值模拟.详细研究了激光参数、材料参数(如功率密度、材料热导率等)对复合材料损伤和烧蚀过程的影响.特别给出了温度场、热应力场和烧蚀场随时间的变化.研究表明考虑细观结构的模型比均匀化模型能更好地模拟复合材料的破坏.     

铀尾矿库周围地下水运动数值模拟

铀尾矿库中的放射性核素及重金属等有害物质随着渗水进入含水层后,将随地下水的运动而进行迁移。为了研究污染物在地下水中的迁移规律,采用二维稳定流数学模型对铀尾矿库周围地下水流场进行概化,并用Galerkin有限元法对模型进行了求解。将数值模拟的等水位线同实测的等水位线进行对比可以发现,两者拟合较好,将流场模拟的结果作为水质模型的输入参数是比较可靠的。     

水力自控水处理工艺絮凝区数值模拟

絮凝是水处理最重要的环节之一,对水处理的效果影响很大。文章从数值模拟的角度,模拟水力自控工艺进水口在不同倾角情况下的絮凝效果,并依此为根据改进水力自控工艺。结果证明,在不同进水流量和不同进口倾角的情况下,当水力自控工艺在进水口倾角为45°时,水力自控工艺的絮凝效果最佳。     

矫形力作用下下颌骨重建过程的数值模拟

下颌骨在矫形力作用下重建过程研究,对矫治方案确定等具有重要的指导意义.作者首先建立下颌骨与颞下颌关节的三维有限元模型,并以此为基础,依据Cowin重建规律,对在矫形外力作用下下颌骨矫治过程中骨的法向重建进行了数值模拟.对重建前后数值模拟结果的比较表明,法向重建过程对于下颌骨的表面应力分布和应力梯度的分布具有较大的影响,因而在下颌骨矫治方案的制定过程中这一因素不可忽视.