熔液法晶体生长流场的数值模拟

本文给出了对二种熔液法生长晶体的液相流场进行的计算机模拟的结果，对ＣＺ法晶体生长的一常流场数值计算，采用了二阶迎风ＱＵＩＣＫ差分格式的有限控制体积法，通过对１２种不同参数的流场情况所作的计算表明，二阶ＱＵＩＣＫ格式具有更高的计算精度和数值稳定性。     

涡旋重联的Hall-MHD模拟及其在高纬磁层顶的应用

应用2.5维可压缩Hall-MHD数值模拟方法研究了高纬磁层顶进入层的磁场重联过程. 当同时考虑Hall效应和流场剪切的效应时, 产生了同心的流体涡旋和磁岛; 在磁层顶两侧看到了等离子体的交换, 磁层顶的边界区趋于模糊; 日下点附近产生的重联结构会在向高纬流动的过程中随着剪切流的增强而产生变化; Hall效应可提高涡旋重联的重联率; Hall效应产生的3维磁场和流场分量在剪切流的作用下重新分布, 使得等离子体交换过程更为复杂. 模拟的结果有助于增进对高纬磁层顶的动力学过程的理解.     

三维离散元方法及其在冲击力学中的应用

离散元方法是近年来国际上出现的几种新概念数值模拟方法之一. 探讨了三维离散元理论模型, 推导了稳定性条件, 参数确定方法等, 并对几种典型的冲击动力学问题进行了三维数值模拟, 模拟结果与实验有较好的一致性. 由于不受连续介质力学3个支配方程的显式限制, 且无网格, 离散元方法在各类非连续材料、多相混合物、非均匀局域以及大变形和结构失效破坏等复杂过程及其机理的研究中将有广泛的用途.     

透射边界与无穷远辐射条件

研究了无穷远辐射条件和用于近场波动数值模拟的透射边界之间的关系.结论为透射边界近似地等价于一大类无限介质中的无穷远辐射条件,这一近似的误差和用有限元或有限差分模拟波动的数值误差具有相同的数量级.这一结果为用于近场波动数值模拟的透射边界提供了健全的理论基础,并对将透射边界应用于此数值模拟所积累的主要经验提供了全面的解释.     

考虑心墙不同破坏模式的黏土心墙坝漫顶溃坝过程数学模型

基于黏土心墙坝的漫顶溃决机理,提出一个模拟其溃决过程的数学模型.该模型基于坝体形状和漫顶水流特征确定下游坡冲蚀时的初始冲坑位置,采用宽顶堰流量公式计算溃口流量,并利用溯源冲刷公式模拟坝壳料的冲蚀;通过力矩平衡法与力学平衡法分别模拟了心墙的倾倒破坏与剪切破坏;为了模拟实际溃坝情况,模型考虑了坝体的单侧冲蚀、两侧冲蚀及坝基的冲蚀;采用按时间步长迭代的数值计算方法模拟溃坝时的水土耦合过程.选择国内外10个具有实测资料的心墙坝漫顶溃坝案例对模型进行验证,通过比对峰值流量、溃口最终宽度及溃坝历时等参数发现,模型计算结果与实测值的相对误差可满足工程需求,验证了模型的合理性.     

三维平面转捩射流中的拟序结构

对具有中等雷诺数Re=5000的三维湍流转捩射流中的拟序结构进行了直接数值模拟,并把流场统计结果跟相关的实验数据进行对比,以验证数值算法的可靠性。其中对控制方程组的空间离散采用有限容积方法,时间积分采用低存储的、三阶精度的Runge-Kutta积分格式。重点研究了三维拟序涡结构的空间演化过程及其相互作用,发现三维展向涡的演化模式与二维射流中的相似。展向涡结构受到三维不稳定性的影响,从而会诱发流向和横向涡结构的形成。当展向涡结构出现混合破碎时,流向涡管和横向涡管也开始断裂破碎,流场中形成混合排列的小尺度结构。最后对展向、流向和横向涡结构间的排列关系进行了分析,探讨了各种涡结构间的相互作用。     

透射边界与无穷远辐射条件

研究了无穷远辐射条件和用于近场波动数值模拟的透射边界之间的关系. 结论为：透射边界近似地等价于一大类无限介质中的无穷远辐射条件，这一近似的误差和用有限元或有限差分模拟波动的数值误差具有相同的数量级.这一结果为用于近场波动数值模拟的透射边界提供了健全的理论基础，并对将透射边界应用于此数值模拟所积累的主要经验提供了全面的解释.     

基于模拟有限差分的嵌入式离散裂缝数学模型

嵌入式离散裂缝模型划分网格时不需要考虑油藏内的裂缝形态,只需对基岩系统进行简单的网格剖分,可以大大降低网格划分的复杂度,从而能够提高计算效率.并且该模型可以将现有成熟的油藏数值模拟技术和离散裂缝网络模型有机地结合起来,能精细地模拟流体在裂缝性油藏中的流动.本文模型求解采用模拟有限差分方法,该方法基于单个网格的节点和面信息构造数值计算格式,理论上适用于任何复杂网格系统,且具有良好的局部守恒性,将其推广到嵌入式离散裂缝模型后,克服了该模型基于有限差分方法求解时不能有效处理全张量形式的渗透率以及不适用于复杂边界形状裂缝性油藏的局限性.最后通过实际算例验证了本文方法的正确性和优越性.     

导波在全长粘结锚杆中传播的有限差分数值模拟

基于导波理论,把锚固锚杆当波导质来考虑,利用有限差分数值模拟软件FLAC3D4.0的动力学模块建立了三维锚杆锚固模型,模拟了导波在全长粘结锚杆中的传播特征,同时结合模型试验验证了数值模拟的正确性.在前人的研究基础上,深入和全面地研究了导波在锚杆锚固结构中传播的波速、波系和衰减特征,发现了一些新的规律和现,并对前人没有发现的一些现了探讨.研究结果表明：导波在锚杆锚固结构中传播的时,当体波衰减掉,还存在面波—stonely波,而stonely波在锚杆轴是不衰减的.研究结果可为锚杆检测及锚杆检测最优激发波的选取提供一定的鉴意义.     

Science China Technological Sciences 2024年67卷第4期中文摘要

<正>独立覆盖流形法的基本原理与研究进展苏海东,林绍忠,颉志强,龚亚琦,祁勇峰针对有限元法和有限体积法等现有数值方法的网格剖分难题、计算稳定性和计算精度控制等问题,基于数学流形思想,提出连续介质力学的数值计算新方法——独立覆盖流形法,形成偏微分方程的“分区级数解”.在“分区”上,覆盖网格具有任意形状、任意连接和任意加密的特性,有望从根本上解决网格剖分难题,还能模拟CAD精确几何边界并严格施加边界条件.在“级数解”的选择上,     

温度对混凝土箱梁结构模态参数的影响

在结构动力学关于多自由度自由振动的理论前提下,以两端箍支的混凝土箱梁为模型,通过有限元程序ANSYS建模,得到了相应温度条件下的结构响应;分析了不同温度场分布、不同季节、不同跨度对结教模态参数的影响。得出的结论对混凝土箱梁结构的健康检测具有重要的借鉴意义。     

自移式掘进机辅助支护设备的改进

为了提高自移式掘进机辅助支护设备的稳定性,依据围岩与支护的作用关系分析作用在自移式掘进机辅助支护设备上的围岩压力。在此基础上对其结构参数进行优化改进,同时增加了垂直导杆机构,并进行了有限元分析。分析结果表明,通过改进设计,既提高了自移式掘进机辅助支护设备结构的合理性,同时增加导杆机构减小顶梁的前移量,提高了稳定性。     

双块式无砟轨道温度场试验研究和数值分析

为较准确掌握无砟轨道温度场的分布规律,建立无砟轨道温度与环境温度的对应关系,为温度应力的计算和无砟轨道设计提供基础参数,本文测试了双块式无砟轨道不同部件、不同位置的温度和环境温度变化情况,建立有限元模型对无砟轨道温度场进行了数值模拟和对比.实测数据及数值模拟的结果均表明:道床板温度随外界气温呈以日为周期的周期性变化,秋季平均每天的升温时间约为8 h,降温约16 h;由于热交换条件的差异,距轨道表面越远,轨道温度受环境气温的影响越小,道床板角部的温度变化幅度大于中部,支撑层与基床表层的温度变化幅度很小;道床板内存在较大的温度梯度,随着距表面距离的增大,温度梯度逐渐减小,至支撑层时温度梯度可忽略不计;采用有限元模拟的方法获取无砟轨道温度随气温变化规律是可行的.     

构造应力场对煤层巷道围岩稳定性影响的数值模拟

为了研究向斜构造应力场对煤层巷道围岩稳定性的影响，运用Phase2软件对巷道布置在向斜构造中不同位置时的稳定性进行了数值模拟分析.分析得知巷道位于向斜轴部时较位于两翼时围岩稳定性差。对此，提出在以后布置巷道时应根据地应力的显现规律，尽量避免巷道布置在向斜轴部处。     

露天煤矿采场软岩边坡稳定性研究

针对某露天煤矿采场边坡出现的不稳定现象,通过大量现场地质调查,总结分析出滑坡主要是由采区软岩地质造成。在此基础上采用FLAC-拉格郎日显式有限差分法对采场的边坡进行分析,并根据模拟采场边坡的应力、应变及位移情况,通过分析确定危险边坡的潜在不稳定范围。分析过程中充分利用FLAC-拉格郎日显式有限差分法对应力应变逼真的模拟这一特点,采用理论分析与数值模拟二者相结合,计算得出边坡的稳定系数,对露天煤矿边坡稳定性做出了客观评价,为露天矿下一步滑坡防治方案、边坡监测方案的制定提供了决策依据,对实际生产有着及其重要的指导意义。     

混凝土材料三维弹塑性本构模型

非线性统一强度准则将材料的强度特性分解为4个相互独立的因素,由4个材料参数分别描述,在主应力空间内的强度面连续光滑,存在连续的偏导数.本文将非线性统一强度准则作为屈服函数,以塑性剪应变的函数作为硬化/软化参数,硬化/软化函数参考单轴压缩条件下的应力应变关系给出,建立了混凝土材料的非线性统一弹塑性本构模型.通过混凝土材料单轴、双轴和三轴试验结果对本构模型的验证,以及偏心受压构件试验结果对数值模拟结果的验证表明,所建立的非线性统一弹塑性本构模型可较好地描述混凝土材料的三维变形与强度特性,并可反映应变软化特性,将模型用于数值计算时易于获得收敛解,且具有较高的精确度和计算效率.     

基于自然边界元与有限元耦合的重叠型迭代算法

了更充分地利用有限元与自然边界元各自的优点，并尽量减少由于方法的局限性造成的在计算量及计算精度上的不足，本文引入了有限元与自然边界元耦合的方法。在文中简单介绍了自然边界元法及其与有限元耦合的原理，通过设置含有重叠区域的圆形人工边界，实现自然边界元与有限元的耦合，并把该方法应用到无界区域的实际算例中。从计算结果的比较中可以看出自然边界元与有限元耦合算法的收敛速度更快，充分体现了耦合法在解决无界区域问题上的优越性。     

基于DDS技术的多路高精度信号源设计

本系统将DSP2812与CPLD相结合;采用DDS（即DDFS,直接数字频率合成）技术设计的多路高精度信号源;可以根据用户设定的电流、电压参数,实现12路模拟量的输出;其模拟量的基本波形为：正弦波、三角波、方波和用户自定义的波形;同时可根据需要实现20次以内任意次谐波的迭加。     

两硬薄煤层综采工作面围岩运动规律与矿压显现规律研究

针对姜家湾煤矿8213薄煤层综采工作面的地质条件,并结合8213薄煤层工作面现场连续观测矿压数据,应用相似材料模拟和现场实测两种方法对工作面矿压显现规律及围岩运动规律进行研究.研究表明,姜家湾矿8213工作面老顶初次来压范围是40～41 m,老顶周期来压是12～22 m,来压期间矿压显现强度平均在20 MPa左右,顶板运动范围为工作面上方6～23 m.这说明薄煤层工作面顶板的运动范围较小,工作面来压强度较低.     

铝锂合金高速铣削表面完整性实验研究

铝锂合金密度低、比强度高、比刚度高等优良特性使得其成为新一代航空航天飞行器的主要结构材料.飞机蒙皮作为维持飞机外形的主要结构件,在飞机起飞降落过程中承受舱内外压差变化所引起的交变载荷作用,因此对于蒙皮结构零件的疲劳强度要求十分苛刻.零件的疲劳裂纹萌生往往是从表面的微观缺陷开始,并且表层以及亚表层的力学状态将影响裂纹萌生以及扩展速度.表面完整性包括表面的几何轮廓、显微硬度、金相组织、残余应力等,这些因素综合影响着零件的疲劳性能.与此同时,表面完整性表征参数与被加工材料属性、热处理状态以及加工工艺等具有密切的联系.研究了铝锂合金的机械铣削加工工艺对于其表面完整性的影响.传统蒙皮结构加工往往采用化学铣削的方法进行,占用厂房面积大,污染严重,废液处理费用高等,不符合现代可持续绿色制造的理念.目前对于铝锂合金的超塑成形工艺研究较多却鲜见有相关铝锂合金切削表面完整方面的相关研究.研究在干切情况与液氮冷却情况下切削三要素以及上一道滚压工艺对于表面完整性的影响,通过正交试验的方法全面考察了工艺参数对于表面形貌各个指标、表层亚表层金相组织以及残余应力的影响权重,并且验证了其显著性.比较了干切与液氮低温切削情况下表面形貌以及残余应力状态的异同点,验证了液氮冷却切削对于铝锂合金表面完整性提升的有效性,为提高铝锂合金疲劳性能提供了实验依据.