门机流固耦合与数值风洞的数值仿真模拟

港口向离岸深水化、设备密集化的发展对港口装卸设备的防风能力提出了更高要求,文中以港口门座起重机为对象,对突发强阵风下门座起重机的风场特性、整机风载进行了研究。运用计算流体动力学理论和流固耦合分析方法,分析了强阵风作用下码头前沿流体场的压力和流速分布特征。运用ADINA的流固耦合分析功能,对起重机进行了数值风洞模拟与分析,并对不同工况下起重机各个坐标方向上的风载荷合力以及合力矩进行了量化计算,根据结果对门座起重机的防风方式进行了分析,从而为目前港口起重机的防风安全提供管理策略和理论依据。     

螺旋桨流固耦合特性的数值模拟

基于ANSYS Workbench平台,利用其多场分析功能,采用求解RANS方程的方法,利用CFX求解器对螺旋桨3维流场进行数值模拟,利用有限元求解器计算螺旋桨结构响应,并将有限元求解器的设置输出为结构求解子程序,供CFX计算时调用以实现数据的实时双向传递,从而将流体计算与结构变形计算耦合起来,给出一种求解螺旋桨流固耦合问题的3维数值模拟方法,并通过与试验数据的比较验证了方法的可靠性.设定2种材料特性,对螺旋桨的水动力性能、桨叶变形及应力应变特性等进行了数值模拟.结果表明:材料特性对变形及应变较为显著,弹性桨的变形与应变较刚性桨约高1个量级;变形后的螺旋桨又对水动力性能及周围流场产生影响,弹性桨的推力和转矩均比刚性桨小.     

加筋圆柱壳流固耦联振动步长样条元分析

本文用步长样条元分析了加筋圆柱壳流固耦联振动特性.利用流固交界面运动协调条件求出流场势函数与流体位移场的关系式;由变分原理推导出系统运动方程.对加筋圆柱壳振动特性进行了数值分析,探讨了液动压力对结构固有频率的影响.     

复合材料圆柱壳非线性热弹耦合振动

根据复合材料圆柱壳热状态下的非线性动力方程，研究了复合材料圆柱壳的非线性热耦合振动，应用Ｇａｌｅｒｋｉｎ原理及改进的Ｌ－Ｐ法对其非线性热耦合振动进行求解，并讨论了分析了温度、长径比、厚径比对复合材料圆柱 非线性热振动固有频率的影响。     

复合材料圆柱壳非线性热弹耦合振动

根据复合材料圆柱壳热状态下的非线性动力方程,研究了复合材料圆柱壳的非线性热耦合振动,应用Galerkin原理及改进的L－P法对其非线性热耦合振动进行求解,并讨论分析了温度、长径比、厚径比对复合材料圆柱壳非线性热振动固有频率的影响。     

浸在可压缩流体中多层圆柱壳的自由振动

研究了无旋、无粘、可压缩流体中多层圆柱壳的自由振动问题．壳体的运动方程考虑了流体动压力的作用，流场用波动方程描述，通过采用合适的位移函数和速度势函数，使耦合问题的基本方程得到简化并进行数值求解，求得了几种不同参数的多层圆柱壳在流体中的频率特性     

充液圆柱壳中的振动能量流

研究一无限长弹性薄壁充液圆柱壳的自由振动特性，获得了在不同周向波数时充水圆柱壳的频散曲线，讨论了此耦合系统自由振动时的传播波所对应的振动能量流，得出了各内力所传播的能量流之间的相对值     

煤层瓦斯流固耦合渗流的二维数值模拟

将渗流力学与弹塑性力学相结合,考虑煤层瓦斯和煤体骨架之间的相互作用,建立了煤层瓦斯运移的数学模型,并给出其数值解。对煤层瓦斯渗流方程和煤体变形场方程分别进行离散,得到其相应的泛函方程,根据有限元法原理推导出其耦合求解方法,最后进行了实例计算。     

风电机组叶片流固耦合的数值模拟方法

 以某5 MW 风电机组叶片模型为对象,研究一种适用于风电机组叶片流固耦合数值模拟的风轮旋转模拟方法。以风切变形式模拟风轮旋转及来流风速的综合效应,对叶片各截面翼型的扭角进行修正,建立风电机组叶片的风轮旋转模拟模型,利用有限元法模拟风电机组叶片的风洞流场实验,仿真模拟旋转效应下风电机组叶片的周围气压、绕流分布、表面压力及结构位移,并进行数据交叉迭代求解,得到风电机组叶片的流固耦合结果。与额定风速均匀来流条件下的初始模型计算结果和文献实验结果进行对比分析,验证了风轮旋转模拟方法的可行性。     

柔性防护结构对爆炸冲击波衰减作用数值模拟1

为了应对小当量的爆炸物,减小爆炸冲击波对人员的伤害和财物的损害,研究了一种柔性防护结构。根据爆炸相似理论,对爆炸物TNT当量为3 kg的典型目标选择1∶50缩比模型,建立二维仿真简化模型。采用欧拉算法数值模拟圆柱形柔性防护结构对爆炸冲击波的衰减作用,对不同厚度柔性防护结构的防护效果进行对比研究。仿真结果表明,柔性防护结构能有效的减小冲击波超压峰值,增加正压作用时间;得到的柔性防护结构水介质防护层厚度优化值,能很好的满足防护效果与轻量便携的应用背景,对柔性防护结构设计具有参考作用。     

岔管流动的数值模拟

应用k-ε模型和控制体积法建立了三维紊流数学模型,根据工程需要对某抽水蓄能电站的引水岔管和尾水岔管的不同体型进行了流态、流速、压力分布的数值模拟研究,在原方案计算结果的基础上提出了修改方案并进行了对比计算,给出了不同工况的水流流态、流速分布和压力分布以及相应的水头损失系数.计算结果表明,修改方案流态有明显改善,水头损失系数明显减小.     

波浪与斜坡堤护面块体相互作用的SPH-DEM数值模拟

基于SPH方法和离散单元法(DEM)建立了二维流固耦合数值模型,模拟了波浪作用下斜坡式防波堤护面块体的水动力变化特性.流体模型采用经黎曼接触算法和CSPM修正后的SPH方法,水槽固壁和造波边界以及结构物边界采用固壁粒子法处理.离散护面块体的运动和受力采用DEM方法来模拟.流体与固体的交界面处满足界面力平衡条件.应用所建立的二维SPH-DEM耦合数值模型模拟了波浪与斜坡堤护面块体的相互作用,分析了波浪爬坡过程中的流场变化以及波压力沿胸墙的分布规律.物理模型试验验证了所建立的数学模型.     

建筑物外部爆炸超压荷载的数值模拟

在对易于遭受爆炸危害的建筑物进行抗爆设计与加固时,首先需要确定作用在建筑物上的爆炸超压荷载模型.但是由于受到建筑物自身特征及周围环境等多种因素的影响,作用在建筑物上的爆炸超压荷载十分复杂.为了掌握作用在建筑物上的爆炸超压荷载的特性,应用非线性显式动力分析软件建立了建筑物外部爆炸超压荷载的数值分析模型,分析了网格划分尺寸的大小对爆炸超压荷载计算结果的影响,模拟了建筑物外部的刚性地面上发生爆炸的过程,研究了爆炸冲击波在建筑外部空间中的传播与衰减规律,以及作用在建筑物外表面的爆炸超压荷载的特性.模拟了邻近建筑物对爆炸冲击波的反射和阻挡作用,同时研究了邻近建筑物的几何尺寸和位置等因素对作用在目标建筑物上的爆炸超压荷载的影响,从而为在建筑物的抗爆设计与加固中确定合理的爆炸超压荷载模型提供了理论依据.     

竖向荷载下土工袋的有限元数值模拟

利用有限元数值模拟方法,研究土工袋在竖向荷载下的变形、孔隙水压力、应力及袋子张力。土工袋由土体和编织袋2种材料组成,土体采用修正剑桥本构模型,编织袋采用改进的两节点张拉杆单元模拟。计算结果表明,竖向荷载下土工袋的最大水平位移和竖向位移分别发生在土工袋两侧边缘和土工袋表层,孔隙水压力随加载时间先增长后消散,同时,袋子的平均张力与荷载呈近似线性关系。     

近岸港口风暴潮与台风浪相互作用的数值模拟

为了模拟近岸港口风暴潮与台风浪的相互作用,利用ECOMSED和SWAN,采用嵌套方法,使用海图水深数据、Holland台风模型气压场,选择具有代表性的200808号台风为天气背景,规划4组数值试验,通过单向耦合研究该港区及邻近海域的台风浪和风暴潮水位相互影响。使用ECOMSED模式,按是否考虑波浪作用分别计算苏澳港风暴潮水位。对比结果表明,考虑海浪影响的风应力以后,风暴潮水位更加接近实测值,海浪通过风应力对苏澳港风暴潮位有全局性的调制作用,苏澳港内聚集更多的海水,内外的水位高度差加大,海平面更加倾斜。使用SWAN模式,按是否考虑风暴潮位影响分别计算了苏澳港的台风浪,试验结果表明,波高受风暴潮位的影响是局部的,靠近岸边的有效波高有所增大,增大的幅度约1m,而水位较深的地方有效波高变化不明显。     

不耦合装药爆炸波分离及衰减规律的试验研究

通过混凝土中爆炸试验,实测不耦合装药系数K为2.0,2.5,3.0和3.5时,距爆源中心距离R在8～16 cm范围内的爆炸波径向动应变信号和爆后混凝土损伤变量D分布;将爆炸波分离为爆炸冲击波区、应力波区及爆生气体膨胀作用区,并就各分离区的应力峰值σmax、加卸载应变率峰值εmax、质点运动速度峰值umax与K和R之间的关系进行研究.研究结果表明:爆炸冲击波σmax为752～1 720 MPa,umax为95.9～184.0m/s,作用时间约3μS,加卸载应变率ε以(4.85～10.00)x 104/s的峰值呈周期变化,σmax,εmax和umax随K和R的增大而减小;应力波作用形式以压、拉应力为主,加卸载应变率ε和质点运动速度u在2.6～3.8μs内近似呈周期变化,σmax,εmax和umax随K和R变化复杂,且在损伤边界显著增大;爆生气体膨胀作用区以持续的拉或压应力为主,也在损伤边界显著增大,ε和u近似为0,作用时间约17μs,σmax随K的增大基本不变.     

Numerical simulation of oasis-desert interaction

Based on a simplified dynamic model and the entropy balance equation, by describing the energy and moisture exchange between oasis and desert, the characteristics of the oasis-desert interaction are studied dynamicallv and thermodynamically. The dependence of the oasis evaporation rate on the oasis wetness and the oasis scale is revealed. The results show that the oasis scale and oasis wetness are two key dominant factors controlling the cold island effect. A smallest critical oasis scale for maintaining and developing oasis is obtained.     

接触导体球对电荷分配的数值模拟

自由空间中两个带电导体接触瞬间,即可实现电荷的重新分配.由于导体合二为一,构成了形状复杂的单一导体,带来了电荷分配计算的困难.采用数值模拟可以很好地解决该问题.其中一个典型的模型是不同尺寸的接触导体球对.采用优化离散表面点电荷体系位形的方法实现总能量最小化,求得了导体球对电荷分配与其尺寸之间的数值关系.     

孤立波作用下斜坡堤越浪量的数值模拟

海啸对海面上的船舶、建筑物及周围环境破坏极大,而对于海啸的研究通常采用孤立波来模拟.为了探究海啸对斜坡堤越浪的问题,在FLUENT软件中,建立二维数值波浪水槽,采用用户定义函数(user defined function,UDF)边界造波,流体体积函数(volume of fluid,VOF)方法追踪自由表面,模拟出孤立波波高随时间变化的情况.并利用斜坡堤数值波浪水槽模拟堤顶处的越浪量,与实验数据对比.进而,研究相对波高、相对超高、相对堤顶宽度对越浪量的影响.研究结果表明,孤立波在斜坡堤作用下,越浪量数值模拟的结果与实验值吻合较好;无量纲越浪量随着相对波高的增大而增大;随着相对超高、相对堤顶宽度的增大而减小;通过模拟不同堤顶宽度的越浪量,总结出孤立波越浪量沿堤顶宽度衰减的经验公式.