功能梯度材料是一种特殊的复合材料,在高温下能很好地缓解热应力.由于其材料结构和物理力学性质的特殊性,热冲击下功能梯度梁呈现出较为复杂的热力学行为.B样条物质点法作为一种物质点法的改进算法,已在各类复杂问题中展现了强大的求解...功能梯度材料是一种特殊的复合材料,在高温下能很好地缓解热应力.由于其材料结构和物理力学性质的特殊性,热冲击下功能梯度梁呈现出较为复杂的热力学行为.B样条物质点法作为一种物质点法的改进算法,已在各类复杂问题中展现了强大的求解能力.本文基于傅里叶热传导理论与BSMPM(B-spline Material Point Method)的框架提出了热力耦合方程的离散格式,分析了SiC-Al功能梯度梁的自由振动以及温度荷载作用下的动力响应;同时,基于快速傅里叶变换,研究了SiC-Al功能梯度梁横向振动固有频率随梯度幂律指数的变化规律,并分别与传统物质点法、有限元法和理论解进行了比较分析.结果表明:相较于传统物质点法,B样条物质点法有效改善了应力振荡以及能量耗散.热冲击作用下,B样条物质点法所得功能梯度梁内温度分布与有限元结果吻合较好;B样条物质点法能有效求得一阶横向振动固有频率;随着梯度幂律指数的增加,功能梯度梁固有频率随幂函数变化减小,与理论结果吻合较好.本文验证了热力耦合B样条物质点法的有效性,拓展了B样条物质点法的工程应用,为功能梯度材料在热力耦合作用下的动力响应研究提供了新的计算思路.展开更多
溃坝流是水利工程中常见的一种自由表面流动问题,准确模拟溃坝流问题具有重要的工程意义.B样条物质点法(BSMPM)作为一种物质点法(material point method, MPM)的改进算法,其提高了物质点的计算精度和收敛性,且在自由表面流动问题中有独...溃坝流是水利工程中常见的一种自由表面流动问题,准确模拟溃坝流问题具有重要的工程意义.B样条物质点法(BSMPM)作为一种物质点法(material point method, MPM)的改进算法,其提高了物质点的计算精度和收敛性,且在自由表面流动问题中有独特的算法优势.基于B样条物质点法,通过引入人工状态方程,发展了一种弱可压缩B样条物质点法(WC-BSMPM);开展溃坝流问题的模拟研究,分析B样条插值基函数阶数对模拟结果的影响.结果表明:模拟所得流体波前位置、波前流速及给定位置处的高程变化与已有实验结果吻合较好;同时,随着B样条基函数阶数的增加,模拟结果与试验结果吻合度逐渐提高.随着基函数阶数的增加,计算耗时呈约1.5倍增长;不同阶次B样条物质点法的计算耗时随背景网格尺寸的增长率基本一致,约呈线性增长.验证了弱可压缩B样条物质点法模拟溃坝流问题的有效性,为模拟溃坝流问题提供了一种新的思路和方法.展开更多
文摘功能梯度材料是一种特殊的复合材料,在高温下能很好地缓解热应力.由于其材料结构和物理力学性质的特殊性,热冲击下功能梯度梁呈现出较为复杂的热力学行为.B样条物质点法作为一种物质点法的改进算法,已在各类复杂问题中展现了强大的求解能力.本文基于傅里叶热传导理论与BSMPM(B-spline Material Point Method)的框架提出了热力耦合方程的离散格式,分析了SiC-Al功能梯度梁的自由振动以及温度荷载作用下的动力响应;同时,基于快速傅里叶变换,研究了SiC-Al功能梯度梁横向振动固有频率随梯度幂律指数的变化规律,并分别与传统物质点法、有限元法和理论解进行了比较分析.结果表明:相较于传统物质点法,B样条物质点法有效改善了应力振荡以及能量耗散.热冲击作用下,B样条物质点法所得功能梯度梁内温度分布与有限元结果吻合较好;B样条物质点法能有效求得一阶横向振动固有频率;随着梯度幂律指数的增加,功能梯度梁固有频率随幂函数变化减小,与理论结果吻合较好.本文验证了热力耦合B样条物质点法的有效性,拓展了B样条物质点法的工程应用,为功能梯度材料在热力耦合作用下的动力响应研究提供了新的计算思路.
文摘溃坝流是水利工程中常见的一种自由表面流动问题,准确模拟溃坝流问题具有重要的工程意义.B样条物质点法(BSMPM)作为一种物质点法(material point method, MPM)的改进算法,其提高了物质点的计算精度和收敛性,且在自由表面流动问题中有独特的算法优势.基于B样条物质点法,通过引入人工状态方程,发展了一种弱可压缩B样条物质点法(WC-BSMPM);开展溃坝流问题的模拟研究,分析B样条插值基函数阶数对模拟结果的影响.结果表明:模拟所得流体波前位置、波前流速及给定位置处的高程变化与已有实验结果吻合较好;同时,随着B样条基函数阶数的增加,模拟结果与试验结果吻合度逐渐提高.随着基函数阶数的增加,计算耗时呈约1.5倍增长;不同阶次B样条物质点法的计算耗时随背景网格尺寸的增长率基本一致,约呈线性增长.验证了弱可压缩B样条物质点法模拟溃坝流问题的有效性,为模拟溃坝流问题提供了一种新的思路和方法.