新形势下高校教学模式改革的探索

高等教育模式加速变革,由传统的课堂教学模式转变为线上教学模式,这对教师以及学生都是一次新的挑战。仅线上教学已无法满足学生的学习需求,教学模式将再次发生变革,逐渐向线上线下混合式教学模式转变。只要教师和学生相互配合,就会使线上线下混合式教学模式更加完善,发挥最大的作用,实现效果最大化。

平面剪切来流作用下串列布置三圆柱流致运动特性研究

基于四步半隐式特征线分裂算子有限元方法,对Re=100时,剪切来流作用下串列三圆柱体双自由度流致振动问题进行了数值计算.首先,与现有文献结果进行对比验证该方法的正确性.然后,着重分析剪切率、固有频率比和折减速度三个关键参数对串列三圆柱体结构流致动力响应及流场特性的影响.数值计算结果表明:剪切率、固有频率比与折减速度对结构振幅和运动轨迹的影响较大.随剪切率的增大,上游圆柱最大振幅的变化与单圆柱工况类似.中下游圆柱最大振幅会增大且会出现双向共振现象,同时,发生共振响应区域会扩大.随固有频率比的增大,上游圆柱顺流向锁定区间范围会减小,而中下游圆柱双向锁定区间会扩大.另一方面,均匀来流作用下,结构运动轨迹以'8'字形和不规则形状为主.随剪切率的增大,锁定区间内运动轨迹会由'8'字形转变为'雨滴'形.在大剪切率与高固有频率比工况下,中游圆柱体结构运动轨迹会出现'双雨滴'形状.最后,通过对流场特性的分析,揭示了剪切来流作用下串列三圆柱结构流致运动响应的内在机理.

串列双圆柱体绕流特性与互扰效应研究

基于大涡模拟(LES)方法对亚临界雷诺数(Re=3900)下三维串列双圆柱体绕流问题进行了数值计算。首先,通过求解单圆柱算例来验证计算模型及参数的正确性。然后,着重分析了不同间距比对双圆柱体的流体力系数的影响,并阐述了双圆柱体流场特性变化及其互扰效应内在机理。研究表明:雷诺数Re=3900时,串列双圆柱体绕流临界间距比在3.9~4.0之间;随着间距比的增加,双圆柱体临近流场中二次涡团形成的区域与三维涡结构均会发生变化,导致其结构表面所受的流体力系数在时间与空间上变化的规律性逐渐减弱;达到临界间距比时,流体力系数的变化会呈现出较强的规律性。

亚临界雷诺数下串列三圆柱体绕流特性研究

基于流体计算软件Fluent,本文采用Smagorinsky亚格子模型的大涡模拟(LES)方法,对Re=3900时串列三圆柱体群绕流进行了三维数值模拟。首先,通过求解单圆柱算例来验证计算模型及参数的正确性。然后,分析了间距比对三圆柱体群绕流特性的影响。数值结果表明:随着间距比的增大,剪切层会出现再附着、卷起再附着和无再附着三种形式,同时尾涡第一次卷起位置也会逐渐向上游移动。此外,圆柱体尾流区顺流向时均速度分布由“U”型变为“V”型,横流向时均速度近尾流区分布呈反对称,远尾流区反对称现象会逐渐减弱。在L/D=4.1~4.2范围内,串列三圆柱体群所受的流体力会发生突变。上中游圆柱体平均阻力系数会增大,与双圆柱体工况类似;然而,下游圆柱体会减小。最后,三圆柱体的升力系数主频率值基本一致,并随着间距比的增大而增大。

多塔高层建筑风荷载互扰效应研究

以鄂尔多斯国泰商务广场工程为背景,基于雷诺平均方法(RANS)和标准k-ε湍流模型,对多塔高层建筑周围的风场进行了数值模拟,得到不同风向角下建筑表面风载体型系数.然后,对串列与并列布置两种工况下的风场分布特性进行了分析,且阐明了塔楼之间风场的互扰机理.通过与风洞试验结果的对比表明数值模拟的结果能较准确地获取多塔高层建筑结构表面风压分布,为此类建筑结构的抗风设计提供一定依据.

串列布置三圆柱涡激振动频谱特性研究

对串列三圆柱体双自由度涡激振动问题进行了数值计算,并分析了雷诺数、固有频率比和约化速度对串列三圆柱体结构动力响应及频谱特性的影响.研究发现:雷诺数、频率比对上游圆柱的振幅和流体力系数的影响较小.中游圆柱频率锁定区域随着雷诺数的增大而增大,其动力响应受上游圆柱尾流的影响较大,但频率比的影响较小.同时,流体力系数在约化速度较小时受雷诺数和频率比的影响较大.另外,下游圆柱的振幅和流体力系数受雷诺数及频率比的影响较大.雷诺数、频率比和约化速度对圆柱流体力系数能量谱密度(PSD)曲线中主峰幅值、频谱成分及波动性的影响较大.流体力系数PSD曲线波动性的增强,导致圆柱运动轨迹会从“8”字形转变成不规则形状.当频率比为2.0时,上游圆柱尾流出现P+S模式,导致其发生非对称运动,且升、阻力系数PSD曲线主峰重合.最后,激励荷载平均功率值随约化速度的变化趋势与对应的结构动力响应的变化类似.在同一约化速度区间内,结构振动响应的强弱与位移的平均功率值成正比.对不同约化速度区间内的升力系数功率谱密度分析时,振动频率比(f_(s)/f_(n,y))对结构振动响应的影响更大.

上游静止柱体对圆柱体结构尾激振动的影响

文章运用半隐式特征线分裂算子有限元算法对串列布置的静止上游柱体和下游圆柱的尾激振动问题进行了数值模拟研究。数值结果表明:上游柱体结构的形状、尺寸比(d/D)和折减速度(Ur)三个参数对下游圆柱体结构的动力响应、运动轨迹与涡脱落模态有着显著的影响,且与单圆柱工况相比存在明显区别;随着尺寸比的增大,上/下游柱体结构之间的互扰作用会由流致效应逐渐转变为尾流效应,使得频率特性发生变化,并会导致下游圆柱体结构的振动响应增强;当d/D=0.5和1.0时,下游圆柱体结构的运动轨迹主要为“8”字形;当d/D=1.5时,除了“8”字形外,运动轨迹还会呈现双弯刀形、“双8”字形和不规则形状。通过对流体力系数与位移时程曲线及位移PSD曲线特性进行分析,揭示了其相互作用的内在机理。另外,下游圆柱体结构的尾流场特性也会随参数的变化而变化,其涡脱落模态主要为2S、P+S和2P三种。

剪切来流作用下串列布置双圆柱流致运动分析

基于任意拉格朗日-欧拉方法,将四步半隐式特征线分裂算子有限元与动网格技术相结合,并发展了一种求解流致振动问题的算法。首先,通过求解文献中经典涡激振动算例来验证本文方法的正确性;然后,着重分析了雷诺数Re=160与间距比Lx/D=5.5工况,折减速度与剪切率两个关键参数对串列排布双圆柱两自由度流致运动特性的影响。计算结果表明:随折减速度的增加,上游圆柱振幅变化与单圆柱工况一致;但是,下游圆柱顺流向振幅的变化较为剧烈,且横流向的振幅曲线中会出现两个峰值。随剪切率的增加,双圆柱体两个方向的频率锁定区间会扩大,尤其对顺流向的振幅影响较大。另外,双圆柱体的运动轨迹以‘8’字形与‘O’形为主。最后,分析了剪切来流对双圆柱体之间互扰机制的影响,以及下游圆柱的涡致动力响应特征所发生的变化。

基于哈密顿理论的薄壁结构双向弯曲分析

从能量变分原理出发,由勒让德变换引入对偶变量,导出了薄壁结构双向弯曲问题的哈密顿对偶求解体系,将薄壁结构的控制微分方程转化为哈密顿对偶方程,其系统矩阵具有辛矩阵的特性,可用精细积分法求该体系的高精度数值解。算例计算结果表明,本方法具有较高的精度和适用性,并可方便地用于变截面薄壁结构的计算。

正方形排列四圆柱体绕流特性及互扰效应研究

基于计算流体动力学理论,运用大涡模拟方法对雷诺数Re=3900三维正方形排列四圆柱体结构群的绕流问题进行数值计算,主要分析来流攻角与间距比两个参数对四圆柱体结构群流体参数及流场模态的影响。结果表明:来流攻角与间距比均对四圆柱体结构群绕流特性有较强的影响;来流攻角θ=0°、22.5°、45°下,临界间距比分别为3.5、4.0、3.0;间距比的变化会导致下游圆柱表面压力系数分布发生改变;另一方面,间距比较小时,四圆柱体结构之间的互扰作用均以临近效应为主;随间距比增大,上游圆柱尾流对下游圆柱有显著影响,其互扰作用会转变尾激效应。

低雷诺数下串列布置双圆柱涡激振动特性研究

基于四步半隐式特征线分裂算子有限元方法,对串列布置双圆柱双自由度涡激振动问题进行了数值模拟计算,并分析了间距比、剪切率、频率比以及折减速度4个参数对圆柱结构动力响应的影响.研究发现:不同固有频率比与剪切率对下游圆柱振动幅值影响较大,然而对上游圆柱振动幅值影响较小.上游圆柱在两个自由度方向达到最大值的折减速度不同,然而下游圆柱基本同步.上游圆柱共振区的范围明显宽于下游圆柱,同时上游圆柱较下游圆柱会更早进入与退出共振区间.另一方面,双圆柱主要在锁定区间完成相位的转变,随频率比增大能量从流体传递到柱体的速度会减慢,导致圆柱体结构完成从同相到反相的转变速度会减慢.剪切来流工况下,当间距比大于3.5时,升力与位移相位差会出现"平台期".当间距比超过临界值时,随着折减速度的增大,流体力功率谱密度曲线出现的杂频会增多,导致出现能量"反哺"现象.最后,在均匀来流工况下,升阻力功率谱密度曲线中主频率值呈两倍关系,然而随着剪切率的增加,流体力功率谱密度曲线会基本重合.

振荡流下双圆角柱体结构群绕流特性数值研究

基于流体计算软件Fluent,对零均值振荡流(Re=160,KC=7)工况下双圆角柱体结构群绕流问题进行了研究。首先,对单柱体绕流进行求解以验证数值模型、计算参数的准确性;然后,着重分析布置方式、圆角半径和间距比对双圆角柱体结构群流场特性和流体力系数的影响。结果表明:三个关键参数的变化均会改变双圆角柱体结构群的流场分布和各柱体的流体力系数。在小间距工况下,圆角半径增大对各柱体的漩涡脱落模式无明显影响。然而,在大间距比工况下,各柱体的流体力系数会发生改变。另一方面,圆角半径增大均会导致各柱体的拖曳力系数和惯性力系数减少。同时,在任意圆角半径工况下,间距比增大会使得各柱体的流场分布和流体力系数发生较大变化。

五圆柱体结构群绕流特性及互扰效应研究

基于Fluent流体计算平台,运用大涡模拟方法对亚临界雷诺数Re=3900下“X”形排列五圆柱体结构群三维绕流特性进行研究,主要分析来流攻角α与间距比L/D两个关键参数对五圆柱体结构群的尾流区三维涡结构演化与流体力系数的影响,并揭示其内在流动互扰机理。研究表明:来流攻角和间距比的变化对五圆柱体结构群流动控制及互扰效应的影响显著。在小间距比工况下,观察到柱体群间隙区域内流体高速流动的现象,导致五圆柱体之间的互扰作用十分强烈。间隙流对中间圆柱体和下游圆柱体有较强的冲击作用,对其表面的流体力分布特性有显著的影响。另外,大间距比工况下,当α=0°与L/D≥5.0工况时,柱体群尾流效应强于其间隙流效应。当α=22.5°与L/D=7.0时,位于下游与中间处的圆柱体流体绕流特性存在较大差异。而当α=45°与L/D≥6.0时,位于上游与中间处的圆柱体尾流区均会产生正负交替的漩涡结构。

外形变化对圆柱体结构绕流特性的影响

基于CFD流体计算平台Fluent计算软件,对雷诺数Re=3900下波浪型圆柱体结构三维绕流问题进行了研究,主要分析波长比(λ/D_(m)=1.8~5.0)与波幅比(a/D_(m)=0.05~0.2)两个关键参数对波浪型圆柱体的绕流特性及其尾流场分布特性的影响且引入了光滑圆柱(UC)计算结果作对比,并进一步揭示其内在的尾流控制机理。研究表明:波浪型圆柱体尾流特性存在强烈的三维效应,节点处与鞍形处流场特性分布存在明显差异;波浪型圆柱尾流区的顺流向时均速度分布呈现出半对称U型,而轴向方向的时均速度分布则呈现出强烈的三维效应;波浪型柱体沿径向方向压力分布也呈现出强烈的三维效应,一般在节点处的压力达到最小值,在中间截面处压力值达到最大;随波幅比增大,阻力系数平均值与脉动性升力系数大致呈现出衰减趋势,并在a/D_(m)=0.2处达到最小值。波浪型柱体结构压差阻力的减少为结构流动控制提供相关支撑。

剪切来流下串列三圆柱横向振动响应机理研究

基于四步半隐式特征线分裂算子有限元方法,对低雷诺数工况下串列布置三圆柱体结构的单自由度流致振动问题进行了数值模拟,并重点分析了雷诺数、剪切率以及折减速度这三个关键参数对三圆柱体横流向动力响应、流体力、相位、频谱特性以及尾流模态的影响。计算结果表明,随雷诺数的增加,三圆柱体结构的最大振幅值增大,且超过共振区间后中下游两圆柱体振幅值在不同剪切率工况下的差异明显增大。不同雷诺数工况下,三圆柱体结构的振幅曲线随剪切率呈现出阶段性变化。雷诺数的增加对下游圆柱体升阻力系数最大值的影响较大,而剪切率对结构表面受力的影响则主要集中于共振区间以及大折减速度范围内的升力系数均方根值。随着雷诺数和剪切率的增加,中下游两圆柱体相位差发生转变以及“相位开关”后出现的“下凹段”所对应的范围明显扩大。另外,横流向位移PSD曲线中频率的阶数以及主频所对应的能量值变化较大。在流体速度差以及惯性作用的影响下,三圆柱体结构的尾流模态呈现出较大的不规则性。

注浆法控制巷道底鼓机理及其数值模拟分析

该文分析了高水速凝材料注浆控制巷道底鼓的机理,并针对东庞矿2610工作面巷道底鼓破坏严重的情况,提出具体的控制底鼓的注浆方案,应用FLAC软件进行了数值模拟分析,模拟结果显示没注浆和注浆后巷道的底鼓量降低,围岩塑性区减少,岩体完整性增加。

组合断面薄壁杆件弯扭耦合分析

根据薄壁杆件结构约束扭转的一致性理论,研究了由多个薄壁杆件组成的组合薄壁杆件结构的弯扭耦合问题。在符拉索夫刚周边假定,库尔布鲁纳-哈丁理论对纵向翘曲位移的假定和弯曲时的平截面假定下,得到了弯扭耦合作用下组合断面薄壁杆件结构的总势能,并由此得出相应的拉格朗日函数。引入对偶变量,建立了组合断面薄壁杆件结构静力分析的哈密顿对偶体系,导出了弯扭耦合分析的哈密顿正则方程。用两端边值问题的精细积分法可求出高精度数值解。这种方法适合于开口断面、闭口断面及开闭口混合断面薄壁杆件结构的弯扭耦合分析。该方法是哈密顿力学在组合断面薄壁杆件结构弯扭耦合分析中的应用,数学推导过程简单,且有成熟高效的数值算法,思路清晰、精度高、易于接受。

振荡流下带圆角单柱体绕流特性数值研究

为研究带圆角柱体在非均匀流场中的水动力特性,基于流体动力学计算软件Fluent,运用层流模型对振荡流(Re=160,KC=7)下带圆角单柱体的绕流问题进行二维数值模拟研究,分析来流攻角和圆角半径两个参数对柱体尾涡结构和流体力系数的影响,并揭示其流体运动机理。研究发现:来流攻角和圆角半径的变化均会对柱体结构的流场特性和流场力系数影响显著;同时,不同来流攻角下,圆角半径的影响程度会发生改变。当α=0°与R+≤0.2时,升力系数时程曲线呈现拍频现象,且其FFT谱会存在主次频;此外,当来流攻角增大时,升力系数的脉动性会增强。当α≤22.5°时,惯性力系数起主导作用,而当α>22.5°时,拖曳力系数起主导作用。

双旋转附属圆柱对主圆柱尾流控制的影响

基于Fluent软件平台,采用数值模拟方法对非稳态圆柱体结构尾流流动特性进行了研究。对在Re=50~200范围内,双旋转附属圆柱的转速对主圆柱体尾流流动特性的影响进行了分析。研究结果表明:随着附属圆柱旋转速率的增加,主圆柱体表面所受阻力系数平均值与均方根值、升力系数均方根值均会减小。同时,旋转速率的变化对柱体结构表面压力分布的影响显著,压力系数在附属圆柱的位置产生了跳跃性变化。另外,当附属圆柱转速达到临界值时,尾流涡街变窄,涡脱落现象消失,并且系统的能量效率到达最佳状态。