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。

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。

盾构管片接头简化数值模拟方法

由管片组装的盾构隧道衬砌环刚度分布不均,其薄弱环节为管片接头处。管片接头刚度的合理确定对于盾构隧道施工全过程模拟的合理性、地表沉降槽的确定以及土体损失的准确估算至关重要。根据管片接头受力特点及其构造,考虑对管片接头及其附近区域进行刚度修正,而管片其余区域保持原刚度不变,提出管片接头简化数值模拟方法——局部刚度修正法。基于圣维南原理和变刚度梁理论,推导了确定接头刚度的公式,并给出了相关参数的确定方法。结合室内盾构管片接头足尺试验成果,对不同荷载作用下管片接头的变形情况进行了数值模拟及对比分析。研究成果为盾构三维施工全过程的精细化数值模拟分析奠定了基础。

轨道不平顺数值模拟方法

为了提高将轨道功率谱密度函数(PSD)通过数值模拟方法转换为时域样本的可靠度,分析了国内外常用的轨道不平顺数值模拟方法的模拟原理和步骤,采用计算机仿真程序模拟出各种方法生成的时域样本,并以此作为车辆垂向动力学模型的输入激励,通过数值仿真得出系统的时间-响应历程。各种模拟方法模拟结果比较表明采用各种方法模拟出的轨道不平顺时域样本是正确的,用三角级数法和逆Fourier变换法模拟出的时域样本的离散度较小,而用白噪声滤波法和二次滤波法模拟的时域样本离散度较大,因此后两种方法模拟出的轨道不平顺时域样本不宜作为研究系统时域响应时的轨道激励。

数值模拟方法在隐伏岩溶水源地保护区划分及污染治理中的应用

文章以北京市东南郊大兴迭隆起隐伏岩溶水子系统内的两个水源地(大兴念坛水源地与通州龙旺庄水源地)为例,研究数值模拟方法在隐伏岩溶地下水水源地保护区划分中的应用。研究基础为基于GMS建立的包括第四系与岩溶含水层在内的三维非稳定流地下水数值模拟模型,采用的主要技术手段为质点追踪技术,结合溶质质点迁移100d与1 000d的距离划分水源地的一级与二级保护区,并提出相应的污染防控措施。研究得出,对于隐伏岩溶水大部分来自上覆第四系松散孔隙水越流补给的情况,岩溶水源地保护区即是上覆松散含水层的保护区范围,应加强第四系孔隙含水层地下水污染的防治,以保护岩溶水不受污染。

板料拉深成形过程中变压边力的数值模拟方法

起皱和断裂是板料成形过程的主要失效模式,合理控制成形过程中压边力,可以消除这些缺陷,提高成形性能.以轿车前门内板的成形为例,采用Dynaform软件对变压边力控制的成形工艺进行了数值模拟计算,并得到了该零件采取变压边力时的最优控制变压边力曲线.

薄膜结构流固耦合效应的简化数值模拟方法

针对薄膜结构流固耦合问题,提出一种简化数值模拟方法。该方法的基本思想是,将结构风振响应分为平均响应、背景响应和共振响应三部分,在平均响应部分,主要考虑由于结构形状变化所导致的平均风压系数变化,是一个静态过程;在背景响应部分,主要考虑脉动风压的空间相关性对结构振动的影响,是一个拟静态的过程;在共振响应部分,主要考虑脉动风中的高频部分与结构之间的动力耦合作用。相应地,流固耦合过程分为静态耦合、拟静态耦合和瞬态耦合三部分,针对这三个耦合过程的不同性质,采用不同的求解方法。对于静态耦合和拟静态耦合,可以考虑采用CFD方法模拟由变形引起的结构表面风压变化;对于瞬态耦合部分,可以考虑利用随机振动时程分析的方法来研究。应用上述简化数值模拟方法对单向柔性屋盖和鞍形膜结构屋盖进行分析,并将计算结果与直接的数值模拟方法对比,验证简化数值模拟方法的精确性和高效性。

纳米力学的数值模拟方法

纳米力学是一支新兴学科,主要研究100nm以下尺度上物质的行为和变化规律．物质在纳米尺度上所具有的特殊效应如量子效应、微尺度效应等导致了其特异的性能和行为．人们对纳米力学行为的认识。目前主要通过试验观测和数值模拟等方法、本文概要回顾了分子动力学模拟、蒙特卡罗模拟等纳米力学计算方法的研究进展及现状,提出了以量子力学为基础、多学科交叉、多层次融合发展纳米力学研究方法的构思,并对纳米力学研究方法所面临的问题及其发展趋势做了初步展望．

含天然微裂缝变形介质油藏数值模拟方法

在微裂缝油藏开发过程中 ,油藏流体压力的上升或下降会导致微裂缝的张开或闭合 ,油藏的绝对渗透率随之发生变化 ,而且微裂缝的存在使油藏渗透率呈现较强的各向异性 ,从而影响油藏的开发。针对这些特性 ,分析了微裂缝的存在对油藏绝对渗透率大小和主轴方向的影响 ,建立了含天然微裂缝低渗透油藏的三维、三相数学模型及数值模拟模型 ,并在此基础上研制出了油藏模拟软件。运用该软件进行了典型油藏单元的实例计算 ,结果表明 ,开采初期微裂缝油藏日产油量比常规油藏高 ,而后期则比常规油藏低 。

数值模拟方法在橡胶注射成型中的应用研究

应用数值模拟方法对橡胶注射成型过程进行研究,分析不同熔体温度和模具温度下橡胶的流动前沿温度、充填结束时的体积硫化率、硫化成型阶段的体积硫化率及硫化的均匀程度等,确定最佳工艺参数,从而在确保顺利充模、熔料汇合处无熔接痕、硫化程度和温度均匀分布及无残余应力等的前提下,缩短硫化时间,提高生产效率。

建筑火灾烟气运动数值模拟方法及评价

对当前国内外常用的建筑火灾烟气运动的数值模拟方法进行了综合分析,阐述了各种数值模拟方法的主要思想,介绍了基于各种模拟方法火灾模拟软件的发展现状;讨论了各种数值模拟方法的特点与不足,指出了各种方法的适用范围,提出今后一段时间内我国建筑火灾烟气运动数值模拟的发展方向.

基于FE-EFG耦合算法的疲劳裂纹扩展数值模拟方法

为了提高计算效率,提出采用一种新的数值模拟方法,耦合的有限元—无网格伽辽金方法(finite elementmeshfree Galerkin method,FE-EFG),计算含裂纹构件的位移场。在靠近裂纹尖端的区域采用EFG节点离散,在其他区域用有限元离散,充分利用两者的优势,避免各自的不足。根据获得的位移场,提出一种基于EFG方法的虚拟裂纹闭合法,用以计算应力强度因子。给出一种新的节点更新法用以模拟裂纹的扩展,用Paris法则确定裂纹扩展的速率。最终得到一种新的疲劳裂纹扩展数值模拟方法。数值算例表明,所提方法的计算结果与实验结果基本一致。

数值模拟方法在体液流动研究中的应用与展望

计算流体力学的数值模拟技术产生于20世纪60年代,现已成功地应用到众多科学研究与工程设计领域.从20世纪80年代开始,虽已有不少研究工作开始利用CFD方法与计算机技术对人体的血流、气管中的气流、胆汁流等流动进行数值模拟与分析,但并没有与器官功能分析和病理分析及临床应用紧密联系.近十几年来,这方面的工作已经取得了长足的进步和发展,模拟出了譬如脑血管、颈动脉、心血管等复杂血管流动,甚至整个肺泡的活动,得到了非常有病理意义和临床价值的图像.本文介绍和评述计算人体流体动力学的历史,发展和已经取得的成果.

复杂地表条件下地球物理场数值模拟方法评述

在将起伏地表、复杂近地表构造以及复杂近地表岩性的任意组合统称为复杂地表的一种广义诠释下,分别对近地表岩层或土层的数学物理模型以及对地震波场、电磁波场、稳定电流场、重力场和磁力场在复杂地表条件下的数值模拟方法进行了分析和评述。结果表明,近地表数学物理模型并不是越复杂越好。实践中,要根据计算量以及所要解决的地质问题综合考虑。目前所用到的诸多数值模拟方法,如有限差分法、有限单元法、广义有限差分法、伪谱法、积分方程法和射线法等各有千秋,只要应用得当都能得到正确的结果。作为非网格法代表的积分方程法在对复杂地表和模型内边界的精确描述方面要优于以有限差分法为代表的网格法,而网格法在对模型的适应程度上要优于非网格法。传统的几何射线法在经过一定的修改和补充后,例如加入自由界面转换系数、采用几何绕射理论和Maslov方法,即可用于解决复杂地表条件下的波场数值模拟问题。对于重力场和磁力场,其在起伏地表条件下的空间换算(转换)问题在实质上也是一种正演问题,可纳入到复杂地表数值模拟的框架内去理解和处理。虽然国内外的研究者在复杂地表数值模拟领域内已经做了大量的工作,但离实际应用还有很大的距离。

基于数值模拟方法计算天然气地下储气库的渗漏量

对于建造在枯竭油气田、含水层的地下储气库 ,在满足城市调峰的注采动态运行过程中 ,确保天然气回采率是保证储气库经济合理运行的基础。采用数值模拟与参数自动拟合相结合的算法 ,在动态确定储气库压力随时间的变化后 ,通过调整实际的注采量 ,使计算压力与实测压力吻合 ,所得到的计算注采量与实际注采量的差值 ,即为储气库的渗漏量。模拟实例的计算结果表明 :所提出的方法能为实际储气库在动态运行时估算渗漏量。

冻融损伤低矮RC剪力墙数值模拟方法

出于冻融环境下RC剪力墙结构抗震性能评估的需要,通过理论分析与试验回归相结合的方法对8榀冻融损伤低矮RC剪力墙拟静力试验结果进行分析,得到了综合考虑冻融损伤参数和轴压比影响的低矮RC剪力墙剪切恢复力模型,进而提出了考虑不均匀冻融损伤分布组合剪切效应的低矮RC剪力墙数值模拟方法。通过模拟结果与试验结果对比发现:采用该模拟方法得到各试件的滞回曲线、骨架曲线以及最终破坏时的累积耗能均与试验结果符合较好,表明该文所提出的数值模拟方法可较为准确地反映冻融损伤低矮RC剪力墙的力学性能和抗震性能,可用于严寒地区在役RC剪力墙结构的抗震性能评估。

数值模拟方法在橡胶冷流道设计中的应用研究

将数值模拟方法与正交试验方法相结合,对橡胶注射模具冷流道浇注系统的温度场进行数值分析和研究。数值计算采用隐式定常求解,用k-ε湍流模型封闭运动方程,近壁区的流动采用标准的壁面函数法,固体壁面用无滑移边界条件,压力-速度耦合用SIMPLE算法。试验设计采用三水平三因子的正交试验法,得出不同水平组合下的温度场分布,导热油油路直径为10 mm、导热油入口温度为95℃、导热油入口流速为3.5 m·s-1时,胶料温度最佳,温度分布均匀。

公路收费站污染物扩散数值模拟方法

为了研究公路收费站区域机动车排放污染物对空气污染的影响,提出了基于计算流体力学(CFD)的数值模拟方法。该方法根据收费站的实际规模,建立全尺寸CFD三维仿真模型。以Navier-Stokes方程为基础,采用标准k-ε湍流模型,综合考虑风速、风向、气温、地形、交通量和收费模式等因素,对收费站区域内污染物扩散进行数值模拟。论文采用系统动力学方法建立交通仿真模型,模拟车辆到达、排队、缴费、离开等运行特征,可计算出不同交通量和收费模式下车辆经过收费站的平均停留时间,据此计算收费站污染物的排放源强。论文以渝黔高速公路某收费站为例,运用该数值模拟方法计算收费亭附近的CO浓度,并与实地监测数据相比较,二者吻合较好,表明该方法具有一定应用价值。

树脂基复合材料固化过程的数值模拟方法进展

建立描述固化过程的计算机数值模型,以模拟计算各种工艺条件下材料内各参数的变化历程,分析固化变形和残余应力的产生机理与影响因素,为结构设计和优化制造工艺提供重要依据,从而改变以往复合材料设计和制造的观念,提高设计和制造的准确度和效率,对我国的复合材料自动化、整体化、设计制造一体化和低成本化具有重要意义。