凹坑型非光滑单元体排列方式对汽车气动阻力影响分析

基于仿生学非光滑表面,分别在MIRA直背式汽车模型顶部布置矩形排列、菱形排列和等差排列的凹坑型非光滑单元体形成的非光滑表面,分析不同排列方式对汽车气动阻力的影响.通过应用CFD方法,使用有限元分析软件ANSYS进行数值仿真.仿真结果表明,以矩形排列的凹坑型非光滑表面可以获得最好的气动减阻效果,总减阻率可以达到6.52%.进一步分析发现,其原因在于矩形排列的凹坑型非光滑单元体可以更好地减小模型受到的压差阻力和表面摩擦阻力,最终减小模型受到的气动阻力.

二维凹坑型非光滑单元体深度对减阻性能的影响分析

应用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法,对比相同条件下不同深度二维凹坑型非光滑单元体减阻性能的差异,从中分析非光滑单元体的深度减阻性能的影响。经仿真发现:当来流速度为7m/s时,深度为0.2mm的凹坑型非光滑单元体减阻率为15.97%,深度为0.4mm减阻率达到最大值18.08%,而深度为0.6mm时,减阻率出现负值,说明无法实现减阻。最后对二维凹坑型非光滑单元体的减阻原理进行了分析,发现在凹坑中形成反向旋转的涡,从而形成"涡垫"效应,将空气与壁面的滑移摩擦变为滚动摩擦,从而使摩擦阻力有效减少。

基于非光滑单元体结构的车身气动特性研究

利用计算流体动力学的方法,对光滑表面MIRA阶梯背模型进行了外流场数值模拟与试验验证;根据仿生非光滑表面减阻理论,确定了凹坑型非光滑单元体的布置位置及尺寸,并对凹坑型非光滑单元体结构因素对减阻特性的影响进行仿真分析;并基于正交实验设计对凹坑型单元体的结构因素进行优化,仿真表明最优结构组合的减阻率可达10.54%;最后从压差阻力、诱导阻力和摩擦阻力3个方面对凹坑型非光滑单元体最优结构组合改进前后的减阻机理进行了对比分析,显著提高了车身的减阻效果。

光滑有限单元法及其应用

对光滑有限单元法进行综述,介绍光滑有限单元法、边界光滑有限单元法、节点光滑有限单元法的基本思想、基本算法、方法特点以及在一些领域的应用。归纳得出:光滑有限单元法将应变光滑化措施引入有限单元法,可以降低网格划分要求,适应不规则网格;光滑有限单元法的算法与有限单元法基本相同,在有限单元法程序基础上进行少量修改即可实现;光滑有限单元法计算结果比有限单元法更精确。

高次光滑边界单元的构建与性能

基于Lagrange插值多项式,实现了高次边界单元形函数系数的计算机自动生成.在已有闭合单元的基础上,充分利用粒子几何形状的特性构建了高次光滑边界单元.数值算例表明,与传统的二次单元和闭合单元相比,高次光滑边界单元能够较大地提高椭圆和椭球粒子数值模拟的计算精度与效率.

基于两级光滑边域混合单元的弹塑性二阶锥规划方法

弹塑性增量分析的数学规划方法是分析岩土工程变形和强度问题的有效途径之一,在处理非光滑屈服面、接触和多屈服面等复杂问题时具有独特的优势。为进一步简化计算和克服体积锁定问题,在广义Hellinger-Reissner(GHR)变分原理的基础上,提出一种新型混合常应力-两级光滑边域的三节点三角形单元,在关联流动法则和Mohr-Coulomb屈服准则条件下,将弹塑性增量问题转化为标准的二阶锥规划问题,并将黏-摩擦接触条件转化为锥约束条件引入到弹塑性增量分析的二阶锥规划问题中,随后采用高效的原对偶内点算法对其进行求解。最后将新方法用于岩土工程中两类经典问题的弹塑性数值分析。结果表明:新方法在计算效率、收敛性和精度方面均优于传统六节点三角形混合单元。

基于混合常应力-光滑应变单元的极限分析方法

极限分析是岩土工程稳定性评价的重要方法之一。传统的有限元极限分析方法,采用低阶三角形单元时需要引入速度间断面并采用特殊网格布局,或者采用高阶三角形单元等措施来克服体积锁定问题和提高数值精度。在光滑有限元法(smoothed finite element method,简称SFEM)的基础上,提出了一种基于新型混合常应力-光滑应变单元的极限分析方法(mixed constant stress-smoothed strain element limit analysis,简称MCSE-LA方法)。在服从关联流动法则和Mohr-Coulomb屈服准则的基础上,MCSE-LA方法最终将数值极限分析转化为以应力和极限荷载乘子为基本未知量的二阶锥规划(second orderconeprogramming,简称SOCP)问题。MCSE-LA方法具有形式简单、优化变量相对较少和无需显式的写出塑性内能耗散函数的优点,并且根据凸锥优化的对偶理论,可以从对偶问题中获得速度场和塑性乘子等信息。此外,还采用基于最大塑性剪应变率的网格自适应加密算法,该算法在塑性区细化网格,显著提高了新数值极限分析方法的计算效率和精度。最后通过边坡稳定分析的结果对比,验证了MCSE-LA方法的计算精度和效率均高于传统的有限元极限分析方法。

势问题的单元型光滑有限元方法(CS-FEM)研究

单元型光滑有限元方法(cell-based smoothed finite element method,CS-FEM)在计算系统总体刚度矩阵时,所得刚度矩阵改善了有限元方法"过硬"的数值缺陷。其结果与有限元相比:(1)利用CS-FEM模型,对于网格发生较大的形变时,无需映射,可以得到更好的解析解;(2)CS-FEM是对光滑区域的边界利用散度定理积分,则无需对刚度矩阵中的形函数进行求导。

非均匀边坡稳定的光滑有限元极限分析

非均匀层状边坡稳定是岩土工程中的重要问题之一。基于理想塑性上限和下限的极限分析方法是分析此类问题的常用方法之一。近期提出的基于混合常应力–光滑应变单元的极限分析方法(MCSE-LA)在克服体积锁定和计算性能(精度、效率以及收敛性)方面已被证明比传统有限元极限分析方法具有一定的优势,并且可以同时获得极限状态下的应力场和速度场。基于此,首先通过与经典有限元极限分析对比分析,验证MCSE-LA在非均匀边坡稳定分析中的可行性;其次,针对含软弱层边坡进行参数分析,发现软弱层的黏聚力对安全系数的影响更显著,而软弱层的摩擦角则对破坏机构特征的影响更明显;同时说明自适应的MCSE-LA可以较好地分析实际边坡的稳定性,为边坡工程的稳定性评价提供了一种有效的方法。

基于凹坑型非光滑结构的车身气动减阻优化方法研究

采用了梯度优化法和全局优化法对凹坑型非光滑单元进行优化设计,寻求非光滑单元对汽车的最佳气动减阻效果。将凹坑型非光滑结构布置在某款集装箱货车模型的不同位置,比较减阻效果差异,确定了模型的有效减阻位置。以凹坑单元体开口直径、深度、纵向间距、横向间距为设计变量,分别采用梯度优化法和全局优化法优化凹坑型非光滑结构,比较了两种方法的差异。结果表明:梯度优化法可以快速得到适用于工程实际的优化方案;全局优化法考虑到了变量的耦合因素,优化结果更加全面、准确;经过优化,凹坑型非光滑结构可有效减小气动阻力达10.44%。

H13热作模具钢激光表面处理后的耐磨性能分析

借助激光对H13热作模具钢进行非光滑处理,在模具钢表面形成了形态各异、间距不等的非光滑单元体,探究了单元体的形态及间距与热作模具钢耐磨性能之间的相关性。结果显示,网状非光滑试样具有最优的耐磨性能;随着单元体分布间距的缩小,试样耐磨性能随之上升。

仿生针刺作用下的高粘弹性材料减阻性能分析

为了减小注射器针头给患者带来的疼痛感,研究了仿生结构对针头刺入阻力的影响。考虑非光滑单元的形态、深度、间距和直径,设计了9个仿生针头。将普通针头和仿生针头的进针、推药和拔出阻力进行了对比,结果表明波纹形针头的减阻效果最明显,锯齿形针头的减阻效果次之,凹坑形针头基本没有起到减阻的效果。将减阻效果最好的4号针头和普通针头以不同速度刺入,4号针头的减阻效果仍然明显,说明对应的仿生结构可以在临床上明显减轻患者的疼痛感。

关于Meyer型小波的一个注记

基于单元光滑分解,并利用Meyer型小波自身的性质如急减性,消失矩性等给出了Meyer型小波母函数的一种具有指数衰减的分解形式。

高维张量积Meyer型小波的一个注记

基于急减空间S(Rn)中的一个单元光滑分解,并利用Meyer型小波母函数的性质如急速衰减性、消失矩性等给出了高维张量积Meyer型母小波的一种新的具有指数衰减的分解形式.

基于SPH-FEM耦合法切缝药包爆破机理数值模拟

为了进一步研究切缝药包爆破机理,在AUTODYN内运用光滑粒子流体动力学与有限单元(SPH FEM)耦合法构建了装药不耦合系数为2.0的切缝药包爆破模型,分析装药爆炸初期的爆轰产物膨胀过程、爆轰产物粒子运动速度及炮孔周围岩体损伤演化历程。结果表明:对于切缝方向,由于没有切缝管的约束作用,爆轰产物粒子能够以较高的速度向前运动,粒子最大运动速度可达到4750m s^-1,最前端粒子在3.5μs到达孔壁,切缝方向岩体开始产生损伤破坏,且随着切缝管内爆轰产物的继续膨胀,切缝方向岩体进一步受到破坏;对于非切缝方向,切缝管的约束作用使得爆轰产物粒子膨胀受阻,粒子最大运动速度仅为800 m s^-1,同时切缝管在爆轰产物的推动下缓慢向炮孔壁运动,12.6μs切缝管到达炮孔壁,非切缝方向岩体开始产生损伤,但损伤展布区域较小,且非切缝方向炮孔壁保持了较好的完整性。