非均匀流-固边界耦合介质多参数全波形反演方法

海洋勘探环境可以抽象为下伏固体与上覆流体相互耦合的介质,本文针对流-固边界耦合介质提出了一种高效、稳定的多参数(速度和密度)全波形反演方法.本文采用弹性波一阶位移-应力方程作为过渡层耦合声波压力方程与弹性波位移方程来模拟耦合环境,相比于传统的交错网格建模方法或者构建连续性条件,本文提出的方法在正演精度和稳定性上凸显出很大优势,极大降低了计算内存.反演策略对多参数全波形反演至关重要,由于不同参数之间的相互耦合使得密度在多参数全波形反演中较难获得,因此本文将非均匀流-固边界耦合介质多参数全波形反演分为两个步骤完成:第一步利用变密度声波方程结合推导出的密度梯度算子进行纵波速度和密度的双参数反演;第二步根据链式法则求取横波速度的梯度,结合第一步的反演结果使用流-固边界耦合方程反演横波速度.最后通过与声波动方程数值模拟结果对比证明正演算法的准确性;上覆流体的Marmousi-2模型的数值试验测试说明反演方法的有效性和适应性.

多维流动传热分区计算中边界耦合方法的研究

在分析对流式换热器及其围护结构流动传热特点的基础上，将计算区域划分为热相互耦合的三维计算区与二维计算区，提供了针对某快中子增殖反应堆钠池及其围护结构流动传热模拟的相关算例．结果表明，该方法保持了流动传热三维特征，并有效地降低了运算时间和内存的开销，计算结果的总体趋势合理．

上下游边界耦合对燃烧室流场的影响研究

通过仿真解耦研究了燃烧室上下游边界对燃烧室流场的影响,并与试验结果进行了对比验证。结果表明,相比于单燃烧室仿真,基于多部件的联合变维仿真可以提高燃烧室内各部分压降的预测精度,能够更加真实地模拟出火焰筒内流场分布以及出口温度分布,且与试验值吻合更好;单燃烧室仿真相比燃烧室与高压涡轮导叶联算,火焰筒出口附近流线方向会偏高,进而影响径向温度分布趋势。单燃烧室仿真相比燃烧室与压气机末级导叶联算,会影响对二股流漩涡的预测精度,且不均匀的压气机出口流场,通过影响旋流器进气均匀性来影响燃烧的反应进程。相比单燃烧室仿真,基于多部件联合变维仿真的燃烧室温度分布系数和径向温度分布系数,在70%流道高度处的温度相对偏差最小(为-0.6%),其他高度处的温度相对偏差也相对较小,预测精度有较大的提升。

一类边界耦合的扩散系统爆破现象的数值模拟

对一类边界上非平凡耦合的抛物型系统进行了数值模拟．为验证已有的关于是否出现爆破的理论成果,先用固定网格算法针对四种具体的边界条件进行试验,并根据不同的初始数据分组．为了进一步探讨爆破发生的时刻、位置以及爆破速率,再用移动网格算法针对可能出现爆破现象的两组边界条件和初始数据进行试验,并根据不同的监测函数分组．随后对算法的有效性做出说明并分析试验结果．最后对系统的一种特殊情况给出一个算例．

饱和土–隧道动力响应的2.5维有限元–边界元耦合模型

针对饱和土中异形隧道的三维动力响应问题,建立了2.5维有限元与边界元耦合模型.将隧道结构视为弹性体,采用2.5维有限元建立隧道模型;将地基土视为饱和多孔介质,采用2.5维边界元建立饱和土体模型.借助组合辅助问题基本解消除了边界积分方程的奇异性.利用饱和土与隧道接触面的位移、面力连续和完全透水或完全不透水边界条件,实现2.5维有限元和边界元模型的耦合求解.模型具有计算效率高、适用范围广的优点.通过与完全透水和完全不透水边界条件下轴对称问题的半解析解以及单相介质的2.5维有限元与边界元耦合模型对比,验证了本文模型的正确性.最后利用该模型计算了饱和土体中类矩形隧道在移动载荷作用下的三维动力响应,分析了不同土体渗透性下位移及孔隙水压力沿隧道轴向、环向和深度的分布规律.结果表明:(1)孔隙水压力随土体渗透性增大而显著减小,位移受土体渗透性影响小;(2)位移及孔隙水压力在隧道环向主要分布在距载荷作用点两侧约2 m的范围内;(3)孔隙水压力沿深度的衰减比土体位移快,且孔隙水压力和轴向位移沿深度的分布受土体渗透性影响大.

有限元–边界元耦合法在运动导体涡流场中的应用

基于A,φ-A法和库伦规范,推导了导体区域和非导体区域的有限元方程及自由空间的边界元方程,通过引入交界面条件,实现了将边界元矩阵等效为有限元矩阵求解的有限元-边界元耦合法(finite element and boundary element coupling method,FE-BECM)。将FE-BECM应用于TEAM-7问题的计算,验证了该方法处理开域涡流问题的有效性。当FE-BECM应用于运动导体涡流场(moving conductor eddy current,MCEC)问题时,用有限元离散源电流区域和运动部件,用边界元离散自由空间并关联相互独立的有限元区域。该方法克服了常规有限元法使用1套网格处理运动问题所遇到的麻烦。使用有限元-边界元耦合法对单级线圈炮问题进行了计算,验证了算法处理运动导体涡流场问题的有效性。

基于耦合边界条件的发电机定子非线性温度场计算

介绍了求解大型同步发电机的定子温度场的三维等参元法 ,利用径向通风沟壁面温度、径向通风沟表面散热系数和风沟中风速三者耦合关系 ,解决了流体与构件耦合场的数值求解问题 ,并用有限元法对影响定子温度场的进风口风速进行了数值模拟 。

有限元—边界元耦合法在3维开域涡流场中的应用

基于A、φ-A法和库伦规范,推导了导体区域和非导体区域的有限元方程及自由空间的边界元方程,通过引入交界面条件,实现了将边界元矩阵等效为有限元矩阵求解的有限元—边界元耦合法。分别使用单纯有限元和有限元—边界元耦合法对TEAM 7问题进行了计算,通过对比3种有限元模型的计算结果指出了截断边界和远场单元在处理开域问题上的缺陷。为了探讨有限元—边界元耦合法的建模方式,根据包裹空气层的不同建立了3种模型并进行了对比分析。通过对数值仿真结果和实测数据进行对比,证明了有限元—边界元耦合法在处理3维开域涡流场问题上的有效性。

地铁振动预测的周期性有限元-边界元耦合模型

针对地铁列车运行引起的隧道结构和自由场中的振动响应问题,提出了一个在频率-波数域内的三维周期性有限元-边界元耦合的数值模型,此模型中隧道结构采用有限元法计算,自由场采用边界元法模拟。此模型采用Floquet变换,利用隧道和自由场在隧道轴线方向上的周期性,把无限长的隧道及自由场的网格划分限制在一个基本元内,这样使动力学数值计算的效率大大提高。利用此模型计算了在隧道底板上施加固定单位谐振荷载情况下隧道-自由场相互作用系统的动力响应,结果表明此模型可应用于地铁列车运行引起的隧道和自由场中的动力响应预测。

基于耦合边界的紧凑型光子晶体定向耦合器的优化设计

本文采用平面波展开法分析了双线型缺陷并列平行光子晶体波导的带隙结构、缺陷模式及耦合长度,提出了一种具有耦合边界的光子晶体定向耦合器,并探讨了光波在其中的传输性能.同时基于平面波展开法及时域有限差分法,深入分析和讨论了光波在光子晶体并列波导、光子晶体直角转弯模块中的工作模式和传输特性.利用该光子晶体定向耦合器结合光子晶体转角器件可以将两根平行标准单模光纤传输模式组合成交叉态、直通态和功分态等状态.仿真结果表明在交叉态和直通态时,使用该光子晶体定向耦合器的传输峰值可以在较大频率带宽内达到90%以上.

耦合边界条件下Sturm-Liouville问题的渐近展开

利用分析方法和矩阵方法,解决了利用Wronski行列式与Liouvill公式处理特征值与特征函数渐进展开时遇到的困难.在一般耦合边界条件{(y(b)(py′)(b))=e^(iθ)K(y(a)(py′)(a))下,满足条件k_(12)=k_(21)=0时,给出了所讨论问题的特征值与特征函数的渐近展开.

有限元与边界元耦合法在船舶结构直接设计分析系统中的应用

讨论了船舶结构分析中的结构模型化问题，提出一种适用于船体舭部、肘板等特殊部位的有限元与边界元耦合模型，解决单纯用有限元法难于处理的问题。此方法已用于船舶结构直接设计分析系统（DDASSV1.0），在初步设计中可一次获得较满意的纵横强度，多数情况下不需要进行再分析。因此，本方法可大大减轻前后处理的工作量，并能保证良好的精度。

用时域有限元边界元耦合法计算三维瞬态涡流场

文中首次应用时域有限元-边界元耦合法(T-FEBEM) 研究了涡流检测中有限厚平板导体中含有窄裂缝时的瞬态涡流场。采用伽辽金加权余量法,推导出A-φ位函数的时域有限元-边界元耦合算法,讨论了确定时间步长的基本方法, 用不完全分解共轭梯度法(ICCG)求解线性方程组。研究了平板导体中不同深度裂缝的时域响应,并与频域有限元- 边界元耦合法(FEBEM)和付里叶变换方法所得结果进行了对比。计算结果表明,时域有限元-边界元耦合法效率更高,是一种求解瞬态开域涡流场的有效方法。

耦合边界条件下Sturm-Liouville问题的渐近估计

构造了一个变换,将一般的二阶微分方程化为方程-y″+q(x)y=λy,利用分析的方法和矩阵方法,给出耦合边界条件下Sturm-Liouville问题的特征值与特征函数的渐近估计.

弹性地基中三维动力问题的耦合粘性边界

根据波在地基的3个方向(x、y、z轴)都可以进行传播的特点,假定了地基中质点沿3个方向的振动表达式,通过胡克定律和波动理论,推导了弹性地基中三维动力问题的耦合粘性边界的公式。数值计算结果与理论精确解的比较表明:有限区域的有限元与截断边界的耦合粘性边界结合,能够较准确地求解弹性半空间的三维波动问题。本文耦合粘性边界是和频率无关的,可以适用于频域和时域的计算。

有限元-边界元耦合法在二维电磁场数值计算中的应用及优化措施

在二维电磁场数值分析中，有限元-边界元耦合法将有限元法与边界元法结合，可以同时发挥两种方法的优势．笔者在介绍有限元-边界元耦合法原理与算法的基础上，分别研究子域逼近有限元法、Mortar元法和并行计算与有限元-边界元耦合法结合使用分别为关心区域相对整体区域尺寸较小、求解区域中包含运动导体和大规模高自由度电磁问题的数值计算提供优化途径．

耦合边界条件下蜂窝陶瓷传热及气体流动特性的数值模拟

通过建立蜂窝陶瓷传热及气体流动的三维非稳态模型,运用计算流体力学(CFD)软件,在耦合边界条件下对蜂窝陶瓷的工作过程进行数值模拟,得到了启动过程中蜂窝陶瓷热端和冷端的气体温度及压力变化规律,以及稳定工作期内蜂窝陶瓷内气体温度、速度和压力的分布规律。为采用蜂窝陶瓷作为蓄热体的高温空气燃烧技术的开发提供了一定的理论依据和指导。

耦合边界条件下Sturm-Liouville问题的渐近分析

构造了一个变换,将一般的二阶微分方程化为方程-y″+q(x)y=λy,利用函数论方法和矩阵方法,给出一般的耦合边界条件下,Sturm-Liouville问题的特征值与特征函数的渐近分析.

三维有限元-边界元耦合法的并行计算及优化措施

在应用有限元-边界元耦合法分析大规模三维电磁场数值计算问题时,采用并行计算方式可以有效地节省计算时间和提高求解精度.在介绍并行计算在线性单元和高阶单元问题实施原理的基础上,分别论述了应用自适应交叉逼近技术降低边界元求解区域内存消耗、应用分布式预处理共轭梯度法求解器对复杂且包含易变化部件求解区域进行基于相对编号的建模以提高并行机群的运行效果、应用Borland C＋＋Builder软件实现分析结果导出自动化以降低人工工作量这三种对有限元-边界元耦合法并行计算的优化措施.

耦合边处理的特征无反射边界条件研究

详细分析特征无反射边界条件(Characteristic Non-reflecting Boundary Conditions)中边耦合处理方法,提出耦合处理的数学方法,数值模拟表明,该方法处理声波扰动时有明显的优势.对可压缩圆孔射流进行直接数值模拟,结果与试验吻合较好,表明提出的耦合边处理的特征边界数学分析方法是可行的.