谱元法应用于涡声传播问题的研究

为了满足计算气动声学对低色散、低耗散高精度数值离散格式的需求,将高精度谱元法结合声比拟理论应用于求解气动声学问题。以伪声压的时间二阶导数作为非齐次波动方程的声源项,空间离散采用谱元法,时间离散应用隐式Newmark法,并在外边界采用C-E-M吸收边界条件,求解了由两个相距为2r0的等环量点涡组成的同向旋转涡对的发声问题。旋转涡对的不可压缩流场通过复位势理论获得,声源由流场量计算得来,并将数值结果与应用多级匹配展开法得到的解析解进行比较,可得数值解与分析解吻合较好。研究结果表明:应用高精度谱元法进行空间离散时,每波长的网格数为11时可达到很高的精度;网格数一定的情况下,时间步长越小得到的数值解与分析解之间的误差就越小;另外,证明了将伪声压对时间的二阶导数作为声源项,能够高精度求解不可压缩流动引起的气动声学问题。     

基于有限元-无限元耦合的2.5D直流电阻率数值模拟

为了解决传统有限元截断边界所引起的问题,提出一种新的2.5D直流电阻率有限元-无限元耦合数值模拟方法。首先推导无限元2.5D单元映射函数,然后提出一种无限元形函数,将其与传统有限元相结合,取代传统的混合边界,使得电位在无限域内连续并在无限远处衰减为0 V,最终形成的刚度矩阵稀疏对称并与场源位置无关。研究结果表明:在相同的网格剖分下,有限元无限元耦合方法比传统有限元法能够在边界测点处得到更高的计算精度,能够在较小的计算范围内得到更优的计算结果,从而有利于减少节点数,提高计算速度;由于系数矩阵不随场源位置改变,有利于加速反演计算。     

层状地基分析的半解析—无限元法

将半解析法与无限元法结合起来求解层状地基，先取足以能考虑基层状性质影响的适当大的的近场。用半解析法建立其控制方程，再用无限元法建立远场的控制方程，最后将两者耦合起来，这种耦合方法既能较好地考虑地基的层状性质，又能大大地减少近场的未知量个数，同时满足远场在无究远处位移衰减为零的边界条件。     

层状地基分析的半解析─无限元法

将半解析法与无限元法结合起来求解层状地基。先取足以能考虑地基层状性质影响的适当大的近场，用半解析法建立其控制方程，再用无限元法建立远场的控制方程，最后将两者耦合起来，这种耦合方法既能较好地考虑地基的层状性质．又能大大地减少近场的未知量个数，同时满足远场在无穷远处位移衰减为零的边界条件。     

饱和地基轴对称竖向振动有限元-无限元耦合解

根据饱和土弹性波动方程和波的传播特性,建立了饱和地基轴对称竖向振动问题的一种有限元-无限元耦合解法并编制了计算程序;对可蜕化为单相弹性地基的气饱和土(干土)与渗透性很差的水饱和土地基,应用该方法计算了Lamb问题的地表竖向位移,其结果与既有单相弹性地基的理论解吻合良好．所提出方法可为求解层状饱和地基轴对称动力问题、研究饱和土中单桩复合地基动测技术等提供一种较为简便而可靠的分析手段．     

有限元/边界元法求解变厚度板的声辐射

利用超参数壳单元建立了变厚度板的有限元方程,并求出谐波激励下板表面的位移响应和速度响应。利用Rayleigh积分公式得到变厚度板的声压,然后将声辐射功率表示为速度响应的正定二次型。将板的声辐射功率对设计变量求导,求出变厚度板声辐射的灵敏度。以厚度线性变化的简支矩形板为例进行了数值仿真,首先研究了倾斜角对固有频率以及板中心点挠度影响,然后进一步研究了激烈频率以及倾斜角对板声辐射特性的影响。     

二维Poisson方程谱元法有限元预条件分析

考虑二维Poisson方程的谱元法离散系统的预条件求解问题,利用张量积的性质,分析基于GLL×GLL节点上的双线性有限元刚性矩阵s^h作为谱元离散系统A^hU=F^h的预条件,证明了(S^hU,U)l2的等价和(A^hU,U)l2性.     

Poisson方程谱元法的一个有限元预条件分析

考虑一维Poisson方程的谱元法离散系统的预条件求解问题．分析基于整体Gauss-Lobatto-Legendre节点上的线性有限元刚性矩阵Sk作为谱元离散系统AkU=Fk预条件的代数性质．证明了区域分解情形下(SkU,U)t2与(AkU，U)t2的等价性，即存在与h无关的两个正常数c0,c1，使得Sk^-1Ak的任一特征值λk满足c0≤λk≤c1．     

基于速度势面元法的风力机风轮三维气动性能预估

大型风力机风轮气动设计和性能分析需要更加准确、快速的预估方法。风力机风轮三维流场具有低Mach数、高Reynolds数的特点,该文把风轮流场简化为有势流场,将叶片表面和尾迹视为有势流场的边界,采用速度势方程作为流动控制方程,使用面元法进行求解,建立了风力机风轮三维气动性能数值计算的模型,并编制了计算程序。同时,还建立了适用于水平轴风力机的尾迹迭代求解方法,考虑了表面摩擦阻力对风轮转矩和推力的影响,提高了计算精度。与实验结果对比证明,该方法具有很好的计算准确性,为进一步研究常规运行工况下的风力机风轮气动性能,特别是大型变速变桨风力机气动性能提供了一个准确、快速的预估方法。     

远域耦合映射无限元在桩-土相互作用中的应用

推导了平面4节点拉氏无限元（4＋2）匹配型式的无限元函数,采用有限元一无限元耦合方法（FEM-IEM）求解了分别遭受轴力、剪力、弯矩等荷载作用形式的单桩．土静力反应计算问题,实现了对无限体的不遗漏计算．对比结果表明：无限元能实现无穷远处位移为0的边界条件,能应用于大范围内的有限域计算,程序实施上较简便;而采用FEM-IEM耦合法免去了边界设置的繁琐,精度也能满足计算要求,计算效率也较高,因而该方法是有效可靠的,能广泛应用于岩土工程领域的数值分析工作中．     

边界元方法在声辐射问题中的应用

讨论了边界元方法在声辐射问题中的应用.对于由Helmholtz方程描述的声辐射问题,可建立对应的边界表面积分方程,但此方程在特征频率时其解不唯一.本文利用辐射物体内部参考点的积分方程作为补充限制条件,与边界表面积分方程进行线性叠加,可克服这一困难.针对脉动声源,计算表面声压,取得较好的效果.     

2.5维有限元分析高铁荷载诱发非饱和土地面振动

开发一种非饱和地基2.5维有限单元方法研究高速列车荷载引起的地面振动.对时间进行Fourier变换并沿轨道方向进行波数变换将三维空间问题降为二维平面问题,结合边界条件和Galerkin法推导控制方程2.5维有限元格式.轨道结构视为非饱和地基上的Euler梁,所得频域-波数域内解答通过快速Fourier逆变换得到三维时域-空间域内结果.分析了车速和路基液体饱和度对地面振动及超静孔隙水压力的影响.结果表明,路基从完全饱和转为近饱和状态轨道中心处地面振动位移幅值变化显著;非饱和路基地面振动位移随时间衰减更快.距轨道中心8 m远处,同一速度下饱和路基路面振动持时大于非饱和路基;车速提高非饱和土振动持续时间变短,而饱和土地面振动持时变长.近轨道处200 km·h~(-1)下地面振动位移幅值大于其他速度且均以相当速率快速衰减;地面振动加速度级在某些车速下的衰减会出现反弹增大现象,其位置与车速密切相关.轨道中心处超静孔隙水压力主要分布在地表下4.5 m内,最大幅值出现在1.5～2.0 m深,且随路基饱和度降低显著减小.     

车辆声源高度对公路交通噪声预测的影响

目前公路交通噪声预测结果与实际情况存在较大差别,主要原因是声源预测模型存在不足。为了提高交通噪声预测结果的准确性,通过考虑车辆声源的实际高度,运用声学仿真软件Virtual. lab建立竖向高度与车辆声源实际情况一致的声源模型。对受声点的预测结果分析表明:与等效声源模型相比,考虑声源实际高度的噪声模型更符合道路实际情况,提高预测结果的准确性;在3 m高声屏障下道路交通状况全为重型车时预测结果差值最明显,两种声源模型综合噪声差值为1. 71 d B,315 Hz时达到频谱峰值差值3. 03 d B,为道路交通噪声控制提供参考依据。     

基于精细有限元法的车致大跨度斜拉桥整体及局部振动研究

为研究列车-大跨度板桁结构斜拉桥耦合振动引起的整体与局部振动响应问题,提出了基于车-桥耦合动力学的数值分析方法.首先建立桥梁结构精细化三维有限元模型,并由直接刚度法建立桥梁子系统动力方程;列车采用31自由度刚体动力学模型,轮轨之间分别采用赫兹非线性接触模型和非线性蠕滑力模型计算法向力和蠕滑力;利用自主开发软件TRBF-DYNA开展车-桥耦合系统加速度、动位移以及动应力分析.以主跨406m的三塔斜拉桥荆岳铁路洞庭湖大桥为研究对象,开展了不同行车线路、不同车速以及不同轨道不平顺条件下的耦合系统动力响应分析,研究了桥梁整体和局部动力响应,以及列车运行安全性指标和乘坐舒适性指标的变化规律.结果表明:正交异性钢桥面板的局部动力响应远大于钢桁架主梁;大跨度斜拉桥的动力系数较小,受车速和轨道不平顺谱的影响较小;钢桁架主梁下弦杆和腹杆处于高周疲劳应力工作状态,在疲劳性能研究中需要特别关注;设计速度条件下,桥梁动力响应指标以及列车运行安全性和舒适性指标均满足规范要求.     

利用边界元法计算无界声场中结构体声辐射

建立了无界声场中结构体声辐射的边界元数学模型 .计算中以八节点曲边四边形等参元模拟结构体表面 .利用复合亥姆霍兹积分方程解决了边界元方法在计算声学外问题时解的不唯一现象 .同时利用正则化关系式将复合亥姆霍兹积分方程中的超奇异数值积分转化为弱奇异数值积分 .最后以脉动球和振荡球声辐射为例 ,验证了数值计算结果 ,表明利用边界元方法计算声学外问题时必须考虑解的不唯一问题     

基于有限元数据交会的部件毁伤评估方法研究

武器装备部件级战场损伤评估是实现装备精确保障仿真与战时精确预测的基础。以榴弹破片对付主战坦克为例,采用有限元离散法提出一种的弹目交会计算模型,建立了以概率形式表示的破片打击下部件毁伤准则。确定了一定条件下的火炮身管炮口与炮塔附近处损坏的临界侵彻深度,分别是35mm和85mm。编制了主战坦克与榴弹破片的有限元离散交会计算程序,并进行了示例计算。研究结果也适用于榴弹破片对付其他装备部件的损伤评估,从而为战场修复与精确维修保障提供支撑。      

沥青路面碾压过程的离散元仿真

采用离散单元的方法,对沥青路面的碾压过程进行了数值仿真,结果是令人满意的,可为路面压实施工提供必要的理论依据.     

连续体平面应力的有限元算法

在研究平面应力问题时,工程中使用的形状复杂的连续体很难用经典的力学计算求得解析结果,而应用有限元法将能够求得满足工程精度的近似解。本文以受压正方形板的应力分布为例,说明了有限元法在平面应力计算中的具体应用,该应用实例表明了有限元法在工程中用于求解连续体应力问题的重要性。     

基于有限元和神经网络法的桩基础沉降分析

以沉降控制复合桩基础的沉降为研究对象,介绍了有限元和神经网络法的数值分析方法,并运用这两种方法对桩的沉降量进行了预测,对比了它们的结果,分析其产生差异的原因,结果表明:两种方法的沉降预测数据与实测数据误差均小于10%,说明预测精度较高,可以在节省资源的情况下获得较理想的预测结果.     

新型空心火车车轴重要结构参数有限元分析

利用有限元方法对时速250km／h高速火车新型空心车轴重要参数进行了分析，确定了轮轴压装过盈量，以及内孔径取值最佳范围，通过模态分析得出轮对自振频率。说明其具有足够的强度和刚度，可以满足高速运行的要求。