单层网壳结构初始几何缺陷场模拟方法研究进展

单层网壳结构的安全性很大程度上取决于其稳定承载力,而其制作及安装过程中产生的节点几何偏差初始缺陷对其稳定承载力具有重大影响。对单层网壳结构初始几何缺陷场模拟方法的研究进展和现行规范的规定进行了系统综述和分析,结果表明既有的随机性模拟法、确定性模拟法和半随机性模拟法均存在一定问题,规范所推荐的初始缺陷模拟方法脱离实际,因而无法准确确定单层网壳结构稳定承载力的真实概率模型。因此,亟待提出一种考虑结构拓扑约束、基本假定合理、计算成本可控的初始几何缺陷场模拟方法,为完善单层网壳结构整体稳定分析方法提供科学依据,并为分析其稳定可靠度提供理论基础。

区间过程激励下刚柔耦合系统动态不确定性分析的序列模拟方法

针对动态不确定性激励作用下的刚柔耦合系统动力学问题,提出了一种基于区间过程模型的动力学不确定性序列模拟方法,旨在通过区间过程序列抽样及刚柔耦合动力学序列模拟计算结构振动与机构运动等系统动态响应的上下边界。介绍了中心刚体柔性梁刚柔耦合系统动力学方程的构建与数值求解方法。针对动态不确定性激励作用下的刚柔耦合系统动力学分析,引入区间过程模型及其区间K-L展开对动态不确定性进行了度量和高效表征,提出了一种求解系统机构运动与结构振动等动力学响应上下边界的序列模拟方法。该方法利用序列模拟策略识别当前模拟序列中对动态响应上边界或下边界具有贡献的区间过程参数样本集,作为下一模拟序列中的局部加密抽样中心,可有效避免直接蒙特卡罗模拟在计算动力学响应上下边界时因过多无效抽样模拟而导致的低效收敛问题。最后,通过三个算例对所提方法的有效性进行了验证。研究结果表明,对于刚柔耦合系统大范围运动及振动响应上下边界的求解,序列模拟方法相比于直接蒙特卡罗模拟方法具有更好的计算效率和计算精度。

序贯高斯模拟方法在孔隙结构建模中的研究

传统地质模拟算法的目的在于对一个之前的协方差C(h)模型或等价的变差函数进行重构,其实质为空间任意两值Z(μ)和Z(μ+h)之间的统计学关系。序贯高斯模拟方法作为地质统计学模拟算法之一,拥有构建更精确协方差的能力。本文基于真实岩心孔隙数据信息,利用序贯高斯模拟方法进行了孔隙结构建模研究,通过对真实岩心数据进行序贯高斯模拟,随后对模拟结果的各向异性进行变差函数分析,通过最终实验的指数函数图像及拟合指数函数得出,序贯高斯模拟具有良好的模拟性能,经验证可以利用序贯高斯模拟方法来实现未知信息的预测,证明了该方法的实用性。

供水管道内腐蚀鉴定技术与模拟方法研究进展

内腐蚀是引起供水管道漏损、缩径以及水质恶化的重要原因之一。针对上述问题,文中从物理、化学和生物3个角度出发,梳理了供水管道内腐蚀的成因和过程。同时,将内腐蚀鉴定归纳总结为:依据内腐蚀现状形态的直接鉴定法,以及依据内腐蚀导致的运行影响的间接鉴定法。此外,对管道内腐蚀研究中包括实物模拟、机理等效模拟和计算模拟等研究方法进行汇总,最终提出了未来在内腐蚀鉴定和模拟方法的技术展望。

碎冰航道航行船舶的冰阻力数值模拟方法研究

为准确模拟船舶在碎冰航道中航行时船-冰相互作用现象及评估船体所受碎冰阻力大小,以拉格朗日-欧拉法为基础,采用离散元方法对某天然液化气加注船在碎冰航道内航行的冰阻力开展数值模拟方法研究,并通过数值模拟结果与冰池船模试验结果对比评估数值模拟方法的可行性与可靠性。结果表明,本文提出的数值模拟方法可以描绘出航道内碎冰粒子与船体相互作用时的运动状态,且阻力计算精度在5%以内,满足工程应用的要求,可直接应用于相似碎冰区航行船的冰阻力计算及冰区船线型的优化设计工作。

工业离心压缩机数值模拟方法及湍流模型研究

为建立一套能够快速、准确预测工业离心压缩机基本级性能的数值模拟方法,针对某离心压缩机基本级试验装置开展了数值模拟方法的研究。探讨了数值模拟所采用的模型简化、网格型式、网格密度、边界条件、离散方法、湍流模型等,重点讨论了目前广泛使用的k-ε、RNG k-ε、k-ω、SST、SST-RM 5种湍流模型的特点和适用性。采用数值模拟方法对基本级试验装置在不同机器马赫数下的气动性能进行了预测,并与试验结果进行对比,发现数值模拟方法可以准确预测大部分工况,仅在近失速和近阻塞区与试验结果存在较大偏差。其中,采用SST-RM湍流模型的预测结果与试验结果最为吻合,这得益于其对流动分离的起始位置和分离区域的预测较其他湍流模型更为准确。研究结果对提高工业离心压缩机数值模拟精度有借鉴意义。

一体化电网运行智能系统监控模拟方法研究

针对目前方法存在模拟时间长、模拟性能较差的问题,提出一体化电网运行智能系统监控模拟方法。依据时间序列完成系统数据的缺失值插补,建立系统的运行监控模型完成系统的监控;再依据监控结果获取系统模拟时的相关约束条件,制定相关模拟流程;最后依据制定的模拟运行流程完成电网系统的运行模拟。实验结果表明,使用该方法进行运行模拟时,能够有效模拟出系统发电、弃电量,模拟时间短,模拟性能好。

高层建筑中混凝土梁抗剪承载力数值的模拟方法

高层建筑的建设在城市化进程中扮演着重要的角色,而它们的结构安全一直备受关注。混凝土梁作为高层建筑结构中的重要组成部分,其抗剪承载力的研究对确保高层建筑的结构安全至关重要。文章旨在探讨高层建筑混凝土梁抗剪承载力数值模拟方法,以提高设计和施工的准确性和安全性。

基于多层模拟方法的双层梁断裂有限元分析

本文提出一种用于含分层的双层梁线弹性断裂分析的有限元方法.将上下子梁均模拟为多个子层,采用只有平动位移自由度的新型梁单元,假设单元内的位移沿纵向和横向均线性变化,推导了该单元的单元刚度矩阵.将开裂部分和未开裂部分的子梁进行单元刚度矩阵组装,施加相应的等效结点力,得到整体平衡方程,并结合边界条件进行求解.为验证该方法的有效性和精度,开展非对称双悬臂梁(Asymmetric Double Cantilever Beam, ADCB)和单臂弯曲梁(Single Leg Bending, SLB)试样的断裂分析,利用虚拟裂纹闭合技术(Virtual Crack Closure Technique, VCCT)得到了试样的能量释放率及其分量,并将求得的结果与解析解和二维有限元解进行对比.计算结果表明,相对于传统双层模拟方法,该多层模拟方法能够精确、高效地计算各类梁试样的能量释放率及其分量,并且无需引入界面连续条件.

基于统一场景的重力坝极端动力灾害链传递混合模拟方法

针对水电工程多灾害耦合效应连续模拟数据传递困难且缺乏全过程顺次模拟工具等问题,结合灾害链传递过程中的关键节点及参数,提出了多种数值模拟工具和物理引擎耦合的动力灾害链传递混合模拟方法。该方法采用数值模拟工具得到结构强度、变形等物理场及破坏模式,通过二次开发将物理场变量及结构破坏模式映射进入物理引擎,基于计算流体力学方法和物理引擎模拟方法顺次混合模拟结构损毁后的块体运动、库水下泄和洪水演进过程,从而实现极端动力灾害链传递的全过程模拟。某重力坝枢纽极端爆炸毁伤事故动力灾害链传递验证结果表明,该方法克服了单一数值模拟工具的局限性,实现了从原生灾害的结构响应到次生灾害演进全过程的集成一体化仿真预演,在计算精度和效率方面均达到工程应用尺度上较为理想的效果。

活性材料冲击压缩及反应行为模拟方法研究进展

近年来,以含能结构材料、含能非晶合金、含能高熵合金等为代表的活性材料受到广泛关注.由于兼具结构强度特性和冲击反应释能特性,活性材料在高效毁伤和防护领域有十分重要的应用前景.其中,活性材料的冲击压缩响应行为及反应释能特性是该类材料设计和应用中关注的重点,研究人员在考虑其冲击反应行为的数值模拟方法上开展了大量的研究工作.本文基于活性材料宏观反应行为受微/细观结构特性控制的特点,从不同时空尺度对活性材料的冲击压缩及反应行为数值模拟方法的研究现状进行了综述,系统梳理了分子动力学模拟、冲击压缩特性细观模拟、冲击反应行为跨尺度模拟、冲击压缩及反应行为宏观尺度模拟方法等4个方面的研究进展.总结认为,活性材料的冲击压缩动力学响应特性数值模拟及冲击反应特性宏−细观尺度关联机制的研究已取得了较大进展,考虑反应弛豫时间和非自持反应特性的点火模型在宏观尺度数值模拟中得到发展与应用.但是,目前数值模拟中关于反应诱发后活性材料动力学行为的描述主要基于火/炸药等典型含能材料的本构模型,仅能实现对活性材料冲击反应行为的表观呈现,而对活性毁伤元作用过程关键参数的精确预测仍存在一定差距.因此,建立准确描述活性材料撞击点火、反应发展、释能做功过程的全时域理论模型,基于此发展该类材料冲击反应行为高可靠性数值模拟技术,是实现活性材料冲击反应释能特性调控和工程化应用的关注焦点.

物料-干燥箱一体化的香菇热风干燥模拟方法及应用

为了真实模拟香菇物料在干燥箱内的热风干燥过程,本实验开发了物料-干燥箱一体化的香菇热风干燥模拟方法,首先通过热风干燥试验探究香菇在不同工况下的干燥特性,得到不同空气温度、空气相对湿度和风速下的定工况条件下香菇干燥动力学模型;其次,为了可以预测任意变工况条件下香菇的干燥过程,推导适用于变工况条件下的香菇干燥动力学导数模型,并采用该导数模型计算得到任意空气温度、空气相对湿度和风速变化下的香菇液态水蒸发速率;然后将香菇内部液态水的蒸发速率与传热传质方程耦合,构建出物料-干燥箱一体化的数学模型,通过求解该数学模型可以得到干燥箱内任意位置空气温度、空气相对湿度、风速和物料水分比随时间的变化规律。最后,基于开发的物料-干燥箱一体化香菇热风干燥模拟方法,求解并分析干燥箱中香菇干燥的特性。结果表明,物料与干燥箱一体化的热风干燥数值模拟方法可以用于准确模拟大批量的香菇热风干燥过程。在干燥过程中,香菇整体存在明显的干燥不均匀性,且随着干燥过程的进行,不均匀程度逐渐降低;在空气流动方向上,越靠近干燥箱顶部或底部,香菇干燥不均匀性越明显;在横向方向上,越靠近干燥箱中部,香菇干燥不均匀性越明显。综上,本研究开发的香菇热风干燥模拟方法在干燥箱结构设计、干燥工艺优化和提高产品质量等方面具有一定的指导意义。

融合数据同化与机器学习的流域径流模拟方法

环境变化影响下流域径流的精确模拟对洪涝灾害防治与区域水资源管理都具有重要意义。在径流模拟研究中,现有机器学习模型未能充分考虑水文中间状态变量对降雨-径流过程的影响,本研究基于集合卡尔曼滤波(EnKF)更新水文状态变量,结合主成分分析(PCA)提取预报因子的主要特征,采用长短时记忆神经网络(LSTM)构建考虑水文中间变量的机器学习水文模型EnKF-PCA-LSTM。以赣江流域为例,评估EnKF-PCA-LSTM模型的径流模拟效果,同时将模拟结果与LSTM模型、物理水文模型HYMOD做对比分析。结果表明,EnKF-PCA-LSTM模型模拟径流的纳什效率系数、Kling-Gupta效率系数和对数纳什效率系数分别为0.954、0.971和0.972,比LSTM模型和HYMOD模型具有更好的模拟性能,说明考虑水文状态变量可有效提高机器学习模型的径流模拟精度及稳定性。研究成果可为流域径流模拟提供技术参考。

介观尺度模拟方法及其在金属材料微观组织演变中的应用

介观尺度模拟方法是表征金属材料微观结构变化或微观组织结构与力学性能之间关系的重要手段,可以在减少实验数量的基础上,将结果性实验向过程性实验转移,从而更直观地表征实验结果。针对金属材料常见的介观尺度模拟方法,对晶体塑性模型、蒙特卡罗法、相场法以及元胞自动机法进行了综述,回顾了不同方法的理论基础和发展历程,阐述了其特点及局限性;分别从金属材料织构演变、动态再结晶、固态相变和凝固相变等角度介绍了不同方法的典型应用场合,最后展望了该领域未来的发展趋势,以期为金属材料微观组织演变的介观尺度模拟提供更具参考性的方法。

钢管混凝土拱桥拱肋模拟方法探讨与分析

为研究不同模拟方法对钢管混凝土拱桥拱肋的刚度取值和结构力学行为的影响,结合统一理论法与刚度叠加法的优点,按照统一理论双单元法的思路建模分析,根据GB 50923—2013和JTG/T D65-06—2015两本规范针对拱肋轴向刚度和抗弯刚度的差异,建立误差分析模型进行比较。并以净跨径390m中承式钢管混凝土拱桥为研究对象,分别基于统一理论法、统一理论双单元法和刚度叠加法建立有限元模型,探讨分析在恒载作用下不同模拟方法对钢管混凝土拱桥主拱轴力、位移和稳定性的影响。结果表明:通过统一理论法和刚度叠加法计算的刚度误差比较可检验钢管与混凝土的强度等级的匹配性,对于外径1.2 m的钢管混凝土,C60混凝土与Q345钢材的匹配性更优,且钢管壁厚为20~32 mm时最佳;主拱关键截面采用统一理论法、统一理论双单元法的轴力计算结果与刚度叠加法相比,相对差值均不超过5%;统一理论法模拟拱肋的整体刚度和稳定系数均大于刚度叠加法,是分析大跨钢管混凝土拱桥稳定的一种可靠、经济的方法。

现代园林植物群落时空扩散模拟方法研究

以城市园林的文化特色基础为目的建设现代化城市园林绿化规划,并对城市园林植物群落时空扩散进行建模处理,以期建设出更具新颖性的园林,在弘扬优秀文化的同时也可吸引更多游客的到来。传统园林规划没有使游客了解当地的历史文化,造成游客再次游玩的兴趣下降,同时缺少文化设计的园林建设也让游客缺乏记忆点。因此,以园林植物群落的时空扩散模拟方法设计现代园林具有至关重要的意义。该方法根据城市分区,提取城市自然环境特征与历史文化特征;通过设计可以展现历史文化特色的园林城市植物群落空间建设方案,改变原有的空间结构;以CA模型为基础,结合摩尔规则和网格,构建现代园林植物群落时空扩散模拟模型,根据模型建设园林的特色植物和当地稀有植物,实现文化浓厚的园林城市建设。结果可知,此次提出的植物群落时空扩散模拟方法,建设园林的特色植物和当地稀有植物,详细了解该城市园林特色、讲解历史信息、增添游览趣味,为城市的旅游行业发展,提供可靠的技术支持,并且对比分析后,该方法的评估分A1和A2组的分数在9.1分以上,A3和A4组的评分在6.2分以上,该值均高于传统方法,具备了更高的应用价值,由此可见,该建设方法能增添现代园林的特色,更适合当下现代园林的建设需求。

雷电先导下行过程近地电场时空分布与模拟方法研究

在雷电下行先导趋近地面目标物过程中,地面目标物产生的正极性上行先导是影响雷击点和确定目标物引雷范围的主要因素。采用模拟试验是研究上行先导特性及检验各种防雷措施有效性的主要方法,而地面目标物附近电场时空分布的等效性是模拟试验的前提和基础。通过计算定量分析了雷电先导下行过程近地电场时空分布的典型特征,研究并提出了近地电场时空分布等效模拟方法和一种实现电场时变特征模拟的高电压发生方法,在此基础上开发出模拟试验电压源原型样机,样机试验结果验证了该方法的有效性和可行性。该研究对上行先导特性和检验防雷措施有效性的试验方法研究具有指导意义和实践价值。

数值模拟方法在柴油机进气道改进中的应用

以实际产品为研究对象 ,将三维数值模拟方法应用于柴油机螺旋进气道的改进设计中。根据模拟计算结果对气道流场结构进行了分析 ,找出了气道结构中不合理的部位 ,对此部位进行修改 ,再进行三维数值模拟。结果表明 :修改后的气道具有更合适的流场结构 ,从而具有更高的流量系数和更合适的涡流比。将原气道和修改后的气道分别进行气道稳流试验台试验 ,试验结果与计算结果吻合良好。

雾霾模拟方法及其装置研究

雾霾条件下输变电设备外绝缘特性及配置原则的研究逐渐受到重视,但目前开展得并不深入。为了模拟雾霾试验条件,采用有机玻璃制作了直径1 m高2 m的圆柱形封闭式试验装置。配合试验装置,使用燃烧法产生的微粒与超声波加湿器产生的盐雾模拟雾霾成分,使用激光粉尘仪、气溶胶粒径谱仪、温湿度计、电导率仪等设备监测试验区域的颗粒物浓度、粒径分布、温湿度等参数指标,并提出了模拟雾霾环境的方法与雾霾条件下的试验方法。试验中,通过控制加湿时间、燃烧量和雾水溶质质量来改变相对湿度、雾霾体积质量和雾电导率,模拟出了相对湿度范围在80%-90%、雾霾体积质量范围在200-600μg/m3、雾电导率范围在1000-3000μS/cm及气溶胶粒径分布集中于0.25-2μm的多种雾霾环境。试验结果表明,使用该试验装置能产生各种程度、条件可控的雾霾试验环境,可用于探究雾霾对输变电设备外绝缘的影响规律。

岩石爆破开挖诱发振动的等效模拟方法

岩石爆破开挖过程中爆炸荷载的复杂性、岩石介质模型的多变性、本构方程的多样性、以及群孔爆破模拟计算工作量巨大等诸多因素使得准确模拟爆破诱发的围岩振动存在较大的困难,鉴于此提出一种等效数值模拟方法。根据爆破过程炮孔周围岩石破坏范围的空间分布特征,确定群孔起爆条件下爆炸荷载作用的等效弹性边界;通过分析炸药起爆后炮孔空腔动力膨胀、岩体裂纹扩展、炮孔堵塞物运动以及爆生气体的逸出,计算了等效边界上沿炮孔轴向变化的爆炸荷载。结合瀑布沟水电站1#尾水隧洞爆破开挖监测,基于动力有限元法运用该等效技术模拟了围岩的质点振动速度。数值模拟与现场实测数据的对比表明该等效模拟技术用于岩石爆破开挖围岩响应的计算是合适的。计算结果同时还显示,等效边界邻近岩体力学参数的选取对计算结果有重要影响。