波动数值模拟的常加速度显式算法

给出了一种将隐式时域逐步积分算法转换为显式时域逐步积分算法的方法,避免了求解耦联方程组,提高了计算效率.对于暂态波源作用下的弹性半空间,利用有限单元法划分网格、建立结构动力方程,并应用Fortran语言对中心差分算法和平均常加速度显式算法编程,求解脉冲荷载作用下的出平面运动.2种算法计算结果对比表明,常加速度显式算法可以较好地应用于工程波动数值模拟中.     

无结构网格二维潮流模型的开发及应用

基于无结构网格的半隐海洋环流模型——“类UnTrim (unstructured grid version of trim)模型”开发了一个二维潮流数学模型.模型在平面上采用无结构三角网格,并采用二维浅水方程作为控制方程.利用水槽试验对模型的潮流模拟和干湿判别进行了验证,验证结果显示模型是稳定可靠的.将模型用于长江口的水动力过程模拟,并利用实测水文资料对模型进行了率定和验证计算.结果表明,模拟结果与实际情况一致.     

澳门周围水域潮汐流动的数值模拟

采用有限体积法求解二维浅水流动方程,建立了一种在非规则结构化网格上数值求解平面二维浅水流动的数值方法,其中应用Roe格式计算数值对流通量,并通过MUSCL途径插值界面状态,以对水位插值代替水深插值来消除地形变化对格式的影响;对源项采用分步法及半隐式求解,防止了源项引起的计算不稳定;处理动边界采用人工小水深的方法.应用于澳门水域潮流的模拟,计算结果与实测吻合较好.     

二维非结构网格Euler方程高效解法

在非结构网格上应用多重网格技术加速 Euler 方程的收敛,在多重网格中通过聚合法进行粗网格生成,并对粗网格中的多边形网格做了等价面处理.在空间离散上采用 Roe 格式,在时间推进上分别采用了显式和隐式算法.通过对 NA-CA0012 翼型和 RAE2822 翼型的流场模拟,比较了显式多重网格法和隐式多重网格法的计算效率.     

参数曲线的二次代数样条近似隐式化

参数曲线曲面和代数曲线曲面是计算机辅助几何设计和几何造型中两种主要研究对象.将参数曲线曲面转化为代数曲线曲面的过程称为精确隐式化.由于精确隐式化过程不一定可以实现,即使可以实现隐式曲线曲面的阶数高计算复杂,并且具有不希望的自交点和奇异分支,从而限制了隐式化的运用,所以寻求参数曲线曲面的近似隐式化问题成为很实际又重要的问题,提出利用二次代数样条曲线来实现一般平面参数曲线近似隐式化的一种算法.该算法得到的逼近曲线二次代数样条曲线既不会产生多余的分支和不希望的奇异点,又达到整体C2连续.实例说明,该算法是有效可行的.     

二维浅水数值模拟的有限差分MADI法

在贴体平面二维正交曲线网格基础上,采用对交替方向隐式ADI法变量位置分布进行了改进的MADI法对二维水深平均的浅水方程进行差分离散求解,并将这一算法应用于长江南通河段的水流模拟.数值模拟计算结果和实测资料比较结果表明,该算法能较好地模拟复杂条件下天然河道涨潮、落潮水流归槽和流速分布过程.     

板料成形快速模拟的中间构形构造方法

为了解决传统静力隐式增量算法收敛困难的问题,提出一种基于大步长静力隐式有限元算法的板料成形快速模拟算法,即将板料成形中的弯曲和拉伸变形过程分开计算,根据板料和模具的位置关系计算中间构形.同时,提出了一种基于预应力膜单元的中间构形的准确构造方法,其中采用接触判断算法确定板料与模具的接触状态,接触区的板料形状取决于模具形状,而非接触区的板料形状采用预应力膜单元的平衡迭代计算获得,并采用平衡迭代方法计算中间构形,通过实际算例验证其有效性.结果表明,所提出的算法能够快速计算理想的中间构形,符合快速模拟的计算要求.     

极坐标系下等离子体模拟的粒子推进算法

提出了一种在极坐标系下快速推进带电粒子的等离子体粒子模拟算法,该算法在每个时间步长内对带电粒子位置附近的区域采用局部直角坐标系近似,并通过坐标变换,得到粒子运动方程求解的显式格式,从而避免了极坐标系下隐式格式直接迭代求解所带来的容许误差,并提高了计算效率.数值实验表明:显式粒子推进算法的计算速度比容许误差取10-3时的隐式算法提高了约1倍.该算法可用于轴向均匀等离子体器件和高功率微波器件的2 5维粒子模拟.     

双向嵌套水动力数值计算模型在同安湾的应用

在厦门港采用ECOM3D模型进行研究并对其二维模态进行了改进.对二维模态用隐式算法进行计算,采用大小网格双向耦合嵌套技术模拟和预测了海域工程开发前后水动力环境的变化情况.通过对同安湾综合整治的海域环境影响评价的实践,证明了本模型的实际应用可以为海域工程开发和海洋环境评价提供科学依据和技术支撑.     

二元复合驱数值模拟隐格式和应用

研究化学采油中聚合物-表面活性剂二元复合驱数值模拟问题。数学模型包含压力方程、组分浓度方程以及基于水相组分浓度方程形成的水相饱和度方程。提出了一种隐式顺序解法。先隐式求解压力方程,再隐式求解水相饱和度方程, 最后隐式求解组分浓度方程; 通过聚合物驱和二元复合驱模拟,对该隐式算法与传统的隐式压力-显式浓度算法进行了比较。 该隐式算法稳定性好,提高计算效率大约30％。     

对流项二次迎风插值格式在非结构化网格中的应用

在有限容积法的基础上发展了非结构化网格的对流项二次迎风插值（QUICK）格式．详细推导了扩散项采用格林函数法、对流项采用改进的QUICK格式的离散方程，对顶盖驱动流和圆柱绕流问题进行了计算，讨论了不同Re下计算的准确性和格式的收敛性，并与高精度结构化网格计算结果进行对比分析．结果表明，该格式的临界网格Peclet数为8／3左右，与中心差分相比较，该格式的计算精度与其相当，对流稳定性好，收敛速度高．同等条件下较结构化网格对复杂区域的模拟更接近实际测量结果，是一种对复杂区域计算有应用前景的对流格式．     

四阶紧致格式有限体积法湍流大涡模拟

为准确预测不可压复杂湍流,提出了一种应用于大涡模拟的高精度有限体积法。该方法在非交错网格上数值求解大涡模拟方程,空间离散采用有限体四阶紧致格式,时间推进用四阶Runge-Kutta法,压力速度耦合应用四阶紧致格式的动量插值。通过直接求解顶盖驱动方腔流动和振荡平板上方的流动,证实了该方法具有近四阶精度;并在此基础上,采用动力Smagorinsky亚格子应力模式,成功地完成了充分发展槽道湍流的大涡模拟计算,所得结果与直接数值模拟结果吻合良好。结果表明,该方法是实现高精度湍流大涡数值模拟的一个有效途径。     

软土地区深大基坑支护方案优化三维数值模拟分析

以软土地区某内支撑体系深基坑为研究背景,实际工程对原方案的基坑分区进行了合并,并调整了支撑的水平和竖向布置。为了研究方案调整后的优化效果,运用数值模拟软件PLAXIS建立了原方案和优化方案模型,首先通过优化方案计算结果与工程实测结果的对比证明了数值模拟的有效性,然后对比了原方案和优化方案的模拟结果,对比结果表明：优化方案对坑外土体和围护结构变形的控制优于原方案,最后对比了两方案的造价和工期,结果表明优化方案造价更低,工期更短。因此,此次优化的效果明显。优化方法和得到的结论可为类似工程提供参考。     

Selective Smoothed Finite Element Method

The paper examines three selective schemes for the smoothed finite element method (SFEM) which was formulated by incorporating a cell-wise strain smoothing operation into the standard compatible finite element method (FEM). These selective SFEM schemes were formulated based on three selective integration FEM schemes with similar properties found between the number of smoothing cells in the SFEM and the number of Gaussian integration points in the FEM. Both scheme 1 and scheme 2 are free of nearly incompressible locking, but scheme 2 is more general and gives better results than scheme 1. In addition, scheme 2 can be applied to anisotropic and nonlinear situations, while scheme 1 can only be applied to isotropic and linear situations. Scheme 3 is free of shear locking. This scheme can be applied to plate and shell problems. Results of the numerical study show that the selective SFEM schemes give more accurate results than the FEM schemes.     

解不可压缩流动N-S方程的隐式SMAC方法

该文基于SMAC(SimplifiedMarkerandCell)方法推导出了的一种直接求解不可压缩N-S方程的隐式数值方法。求解的基本方程是任意曲线坐标系下以逆变速度为变量的N-S方程和椭圆型的压力Poisson方程。压力Poisson方程用TschebyscheffSLOR方法交替方向迭代求解。N-S方程数值离散时对流项采用了Chakravaythy-OsherTVD格式。用该方法计算后台阶流场的结果与经典的实验结果相当吻合,表明该方法是可靠的,在合适的边界条件下求解不但是稳定的,而且能有效抑制流网扭曲大的地方产生较大的非物理振荡误差。     

对流扩散方程的一种高精度特征差分格式

根据已发展的二阶微商三次样条四阶逼近公式,提出了基于线性插值的求解对流扩散方程特征差分格式．通过Fourier方法讨论了文中格式的稳定性．数值结果表明,本文的格式明显优于基于线性插值的特征差分格式．     

基于多松弛格子Boltzmann方法插值反弹运动边界研究

采用多松弛格子Boltzmann方法,结合曲边插值边界处理方法,在固定笛卡尔坐标系均匀网格下,模拟了运动圆柱绕流问题.结合非平衡外推思想,提出了一种新的预估格点分布函数的方法:通过"圆柱表面垂直方向附近的流场内格点的密度和圆柱的速度"构造平衡分布函数,并将其作为新生成格点的分布函数.利用对绝对误差的频谱分析技术,与现有两种方法(基于平均和预估思想)对比结果显示:新提出的方法在具有更高的精度的同时,可以保证仅需要流体域内较少的流动信息,从而为流体内的颗粒碰撞等问题提供了有利条件.通过误差频谱结果,进一步对相应方法中的误差根源进行了讨论,为进一步改进方法提供了依据.对相同雷诺数下加大一倍流场区域的计算结果表明,加大网格可以减小升阻力误差在低频时频谱幅值.     

高阶非线性薛定谔方程的离散梯度法

提出了一种新的离散梯度法求解高阶非线性薛定谔方程．首先利用离散梯度法离散高阶非线性薛定谔方程,得到高阶非线性薛定谔方程的离散梯度格式,然后利用高阶非线性薛定谔方程的离散梯度格式和相应的辛格式,在不同饱和非线性效应和不同振辐下对孤立子进行数值模拟．数值结果表明,离散梯度格式能很好地模拟高阶非线性薛定谔方程中孤立子行为,比辛格式更好地保持Hamilton系统的能量．     

基于分水岭变换的彩色细胞图像分割

提出了一种彩色细胞图像的分割方法,重点解决邻接或者重叠的细胞核或者细胞质之间的分割问题。算法主要基于数学形态学方法,首先利用k-均值聚类和直方图上的分水岭变换对像素进行聚类,从而得到细胞图像背景、细胞质和细胞核的粗略估计;然后利用形态学滤波和分水岭变换提取细胞核、细胞质的边界。结果表明:在少量人工干预的情况下,所述算法获得的细胞核、细胞质边界与实际情况比较吻合。对于含有邻接或者重叠的细胞核或者细胞质的图像,算法仍能提取理想的细胞组织边界。     

色散方程的交替分组迭代方法

给出了求解具有周期边界条件色散方程近似解的交替分组迭代法.构造了逼近色散方程的两层隐式差分格式,以此隐式差分格式为基础设计出一种适合在并行机上进行计算的交替分组迭代方法,并证明了上述隐式差分格式的绝对稳定性和交替分组迭代过程的收敛性.数值试验对色散方程的隐格式与Crank-Nicolson格式分别应用交替分组迭代求解.结果表明,该方法具有很好的数值精度和良好的实用性.