一种计算非线性兴波阻力的基于NURBS的高阶面元法(英文)

文章开发了一种用于求解非线性兴波阻力问题的基于非均匀有理B样条(NURBS)的高阶面元法。该方法采用NURBS基函数表达物面几何和边界面上的源强分布。为了满足非线性自由面边界条件,开发了一个迭代算法;辐射条件通过采用网格错位的数值技术得到满足。以Wigley数学船型为例,在一系列的船速下计算了非线性兴波阻力。数值结果表明所提出的方法对于计算兴波阻力是精确和有效的。

基于NURBS高阶面元法的浅水船舶兴波阻力计算

实现了一种船舶兴波阻力和兴波波形的数值计算方法,将CFD与CAD技术联系在一起,应用NURBS曲面造型技术将船体曲面表达为统一的数学模型,使性能计算的真实物面条件得以满足,应用高阶面元法数值模拟单、双体船在浅水航道中定常直航状态下的兴波阻力与兴波波形,并与瑞典Sh ipF low软件的计算结果进行比较分析,表明该方法是可行的.

高阶面元法预报螺旋桨水动力性能

采用高阶面元法预报螺旋桨水动力性能 ,桨叶和桨毂表面、以及表面上的速度势分布均采用B样条曲面来表示 ,螺旋桨尾涡面离散为四边形双曲面元 .桨叶随边处的库塔条件由等压条件来实现 ,通过计算比较 ,文中的结果是令人满意的 .

超音速高阶面元法软件的可扩并行化

计算空气动力学的高阶面元法中，将原来位流升力面理论中求解积分方程的问题近似改成求解一组线性代数方程组。针对系数矩阵的特点，采用与所分网络块对应的数据分配方式，并用部分选主元的Ｇａｕｓ－Ｊｏｒｄａｎ算法求逆。分别在４台和８台Ｐｅｎｔｉｕｍ１６６微机组成的并行虚拟机（ＰＶＭ）上运行。当矩阵阶达到２１００时，并行效率分别为９５．４％和９１％。

采用一种高阶面元法数值求解浅水船舶兴波问题(英文)

开发了一种基于B样条的高阶面元法用来求解浅水船舶兴波问题。船体表面和自由面上分别布置Rankine源,同时利用镜像原理来计及水底的影响。物体几何用 B 样条曲面精确表示。在求得边界面上的源强密度分布后,物面上的速度势用B样条来表示。数值计算中采用配置方法,并且用高斯—勒让德公式来计算方程中的积分。为了验证文中方法的有效性,用本方法计算了Wigley船在深水和浅水中的兴波水动力和波形,所得数值结果与试验结果和其它数值结果进行了比较,吻合程度令人满意,表明本方法被用来求解浅水船舶兴波问题是有效的。

基于高阶面元法的浅水域中船—船水动力相互作用数值预报（英文）

文章开发了一种基于非均匀有理B样条(NURBS)的三维高阶面元法对浅水域中两船会遇和追越时的船-船水动力相互作用进行预报。该方法采用NURBS精确表达船体曲面,采用配置点法满足离散的边界积分方程,在边界面上的源强分布确定之后采用B样条表达物面速度势分布。基于低速假设,忽略了自由面的兴波效应,采用无穷镜像法处理刚性自由面和浅水效应,采用时间步进法在时域内求解速度势。将文中计算结果与基于RANS方程求解的CFD方法和细长体理论方法计算结果比较,验证了该方法的有效性。在此基础上,分别在不同水深、船间横向间距和船速下进行了系列的计算,分析了这些因素对船-船水动力相互作用影响。结果表明,在相同的工况下,船-船会遇时相互作用力比追越时更大,对水深变化更敏感,而对横向间距不如追越时敏感。

基于三维时域格林函数高阶面元法的船体运动计算

针对波浪中航行船体的运动问题,基于三维时域自由面格林函数并采用高阶面元离散,编程计算了浮体的运动响应.采用自由面格林函数,只需在船体湿表面布源,减少系数矩阵维度,避开自由面网格划分;同时高阶面元法(HOBEM)在计算速度势空间分布时能够提高精度.本文通过计算Wigley-Ⅲ型船在波浪中有航速前行时的运动,与实验进行对比,发现结果符合较好,证明这种方法的有效性.

基于垂向积分形式时域格林函数的多域高阶面元法及其在船舶波阻增加计算中的应用

基于三维时域势流理论,提出基于垂向积分形式的时域格林函数的多域高阶面元法,计算船舶在波浪中的运动响应和阻力增加。在外域采用时域自由面格林函数法,将控制面时域格林函数面元积分分解为垂向积分和水平积分,推导了垂向积分形式核函数新的表达式,对水平积分采用数值离散方法,提高了计算效率和收敛性。在内域采用满足非线性自由面条件的Rankine面元法。通过内外域耦合求解得到扰动速度势及流体动压力。由时域运动方程解得船体运动响应,并采用近场压力积分法求得二阶力。针对数学船型WigleyⅢ,计算不同航速下的运动相应及波阻增加,并与试验及其他方法对比,验证当前方法的准确性和可靠性。针对实际船型S175,计算其在规则波/不规则波中航行时的波阻增加,并与试验及其他方法对比,验证当前方法在精度、稳定性和效率方面的优势。

一种处理高阶面元法中奇异积分的方法

对高阶面元法中奇异积分问题进行数值研究,根据面元的大小以及面元到场点的距离,把整个曲面积分分为远场、近场两类,分别对其使用不同的方法以处理Rankine源项所引起的积分奇异问题,对三维球体、椭球体进行数值计算,将结果与解析解和其他方法的计算值的比较表明此计算方法是有效的。

面向飞机各设计阶段考虑静气动弹性效应的面元法飞行载荷分析方法

针对现代飞机设计对于高效率、高精度飞行载荷分析的迫切需求,建立了面向飞机各设计阶段考虑静气动弹性效应的面元法飞行载荷分析方法,并以此为基础构建了飞机各设计阶段气动弹性优化框架,以加快各阶段的迭代,提高设计效率.概念设计阶段的气动力分析采用低阶面元法,可适应该阶段为确定气动外形参数范围所需的大量计算.初步设计阶段采用高阶面元法开展气动力分析,以兼顾求解精度和效率的需求.详细设计阶段的飞行载荷分析方法在基本面元法的基础上引入了外部高精度CFD气动力或试验气动力,以进一步提高飞行载荷的精度并兼顾求解效率.研究结果表明,所建立考虑静气动弹性效应的面元法飞行载荷分析方法具有较强的工程实用性,可以满足现代飞机各个设计阶段的需要.

高阶稠密矩阵的并行求逆与应用

采用基于列交换的Ｇａｕｓｓ－Ｊｏｒｄａｎ并行算法来解决空气动力学中超音速高阶面元法的稠密矩阵求逆问题，该方法采取了块循环数据分配方式，尤其对超立方体结构的并行机系统来说具有通讯优势。在４台ＳＧＩ工作站构成的２×２网格上进行的实验表明，对秩为１０００左右的矩阵可得到５７％～６４％的效率。

基于高阶面元法与模态法的静气动弹性分析方法

建立了一种基于高阶面元法与模态法的静气动弹性分析方法,并基于此方法对弹性机翼进行了静气动弹性分析.基于机翼几何实体模型建立了三维气动力模型,利用高阶面元法计算气动力,通过模态法实现气动与结构的耦合,以AGARD445.6机翼和一个小展弦比机翼为研究对象,分析了机翼结构弹性变形对气动力的影响.本文重点研究了机翼的气动力系数、翼根载荷、结构变形、不同展向位置的压力分布等参数的变化趋势,并将部分结果与风洞试验、基于风洞试验气动力所得弹性结果进行了对比.结果表明:高阶面元法计算所得气动力具有较高的精确性;基于高阶面元法与模态法的静气动弹性分析方法具有可行性、可靠性和高效性,可以提供较为全面的静气动弹性数据为飞机初步设计参考.

基于时域格林函数高阶面元法的非定常兴波模拟

针对船舶由零航速逐渐加速到恒定航速这一过程中的非定常兴波问题,该文采用高阶面元法离散船舶表面,并分布时域格林函数,构建了离散形式的时域边界积分方程,开发了基于三维势流理论的非定常兴波阻力计算求解程序。以Wigley船的加速运动过程为例,该文对时间步长与网格密度等参数进行了收敛性分析。将兴波阻力变化时历、稳定阶段兴波阻力系数和自由面波高的数值计算结果与试验值进行对比,发现结果吻合良好,表明时域格林函数法能有效求解船舶非定常兴波。

三体船兴波问题的数值计算

以基于NURBS(non-uniformra tionalB-splines,非均匀有理B样条)的广义高阶面元法讨论了三体船兴波波形与兴波阻力的数值计算问题。对两种不同船型的三体船进行了计算,计算结果与试验结果的比较表明了该方法的有效性。文中还讨论了高速方尾三体船侧体的横向偏距和纵向偏距对兴波阻力的影响。

限制水域中三维船舶操纵运动水动力计算

将Ｈｅｓｓ的三维Ｐａｎｅｌ面源方法和Ｂｏｌａｙ的平板升力模型相结合，计入了船体厚度的影响．采用三维累加三次张力样条进行船表曲线光顺拟合，并在其上分布源汇，运用高阶面元方法，对Ｓｅｒｉｅｓ６０及其相当平板求解了船舶在浅水、浅窄航道中的操纵运动水动力。

高速排水型船舶艉浪数值计算

采用近、远域结合的方法,对高速排水型船舶在深水状态下的NPL单体船、双体船以及三体船的艉浪进行数值计算,计算与试验比较表明该方法是可行性的,初步探讨了深水条件下单体船艉浪的衰减规律。

升力面法厚度修正及其在折叠翼变体仿真中的应用

变体过程铰链力矩的计算是折叠翼飞行器设计的重要一环,现有仿真在气动建模中多采用传统的升力面法。该方法忽略了翼型厚度的影响,会产生较大的计算误差。引入一种可以考虑翼型厚度的定常高阶面元法,并给出一种采用高阶面元法对升力面法进行厚度修正的气动建模策略。将修正后的气动模型与现有多柔体结构模型及飞行控制模型耦合,对折叠翼的飞行变体过程进行仿真。结果表明:修正后的气动模型可以对翼型厚度进行有效考虑,计算所得铰链力矩误差小于5%。

21世纪的船舶耐波性和波浪载荷预估

本文提出了一种新一代的船舶耐波性和波浪载荷的预估方法。这个方法立足于自由表面流动理论新发展和计算流体力学的先进箅法。它相对于船舶的定常兴波流场是一种三维的线性理论。问题的求解采用高阶面元法,以Rankine源作Green函数。船体可以是刚体,也可以按弹性结构处理。这是一个实用算法。可以在普通的PC机上实现。期望能以其理论的合理性和计算的精确性而在未来的21世纪中取代目前广泛使用的切片理论。

民用飞机策略化气动弹性载荷方法研究

针对现代大型民用飞机静气动弹性载荷分析的需求,建立了策略化的弹性载荷设计方法。采用工程梁法、平板面元法、高阶面元法和大变形法,并引入风洞试验或CFD气动压力数据对飞机压力分布进行修正,对某大型民用飞机进行弹性载荷分析。研究表明:在飞机概念设计阶段,可采用工程梁法实现几十万种工况弹性载荷快速分析;在初步设计阶段,可采用优化的工程梁法和平板面元法进行几千种工况的弹性载荷分析;在详细设计阶段,可采用高阶面元法和大变形法进行几百种工况的弹性载荷分析。该策略化的静气动弹性载荷设计方法精度高、效率高,满足了大型民用飞机弹性载荷不同设计阶段需求,具有较强的工程适用性。

方尾边界条件在高速多体船兴波阻力计算中的应用

将一种由典型的方尾流动物理模型(水流沿方尾下缘切向脱体)导出的数值方尾边界条件应用于高速多体船兴波问题计算。兴波波形与兴波阻力的数值计算采用基于非均匀有理B样条的广义高阶面元法,所得到的高速双体船算例与高速三体船算例的计算结果合理。