关于“线性规划界面算法的高效实现”（英文）

对张等最近提出的潘界面算法实现方案进行了简化.

结构动力响应分析中接触—碰撞界面算法研究

阐述了工程结构动力响应分析中接触—碰撞界面的处理算法的研究进展 ,并对对称罚函数法 ( Penalty method)进行了详细的讨论。以 LS- DYNA3D中典型的接触界面算例给出对称罚函数法类型接触界面在程序中的具体实现。

适用二维切割体网格的THINC/QQ算法扩展研究

为了扩展基于二次曲面和高斯积分的双曲正切函数界面捕捉算法THINC/QQ的单元适用类型,本文将适用切割表面式非结构单元的THINC/QQ-SF算法原理应用于二维切割体网格。在进行界面重构时,先将带悬挂点的复杂单元虚拟简化为常规的四边形或三角形单元;而在计算流体体积流量时再考虑各单元的真实拓扑结构。针对典型流体体积对流和溃坝算例,本文设计了一系列二维切割体网格,并验证了所用扩展方法的可行性。研究表明:与高分辨率界面捕捉HRIC算法相比,二维THINC/QQ-SF算法的计算精度更高,能有效抑制多相流界面发生大变形时的流体体积数值耗散。

一种流体-结构耦合计算问题的网格数据交换方法

气动 /结构耦合数值模拟是研究非线性气动弹性的基础。数据交换和插值是非线性气动弹性仿真问题的关键。目前的插值方法不能满足非线性气动弹性问题。本文提出了一种有限元四节点 ( FEFN)插值方法。该方法是一种局部插值方法 ,并不依赖于结构模型带来的整体信息。以圆柱体为具体算例 ,插值结果与有限平板插值方法 ( IPS)进行了算例对比 ,表明 FEFN方法更能代表计算物体的表面 ,且计算简单、计算量小、误差小 ,是一种适合计算流体力学 ( CFD) /计算结构动力学( CSD)耦合仿真的界面数据交换工具。

电磁阀动态特性的流固耦合模拟研究

为了研究液体火箭发动机高压供气系统中电磁阀的动态特性,采用流固耦合方法对电磁阀进行数值模拟。结构采用单自由度质量弹簧阻尼动力学模型描述,纽马克算法(The Newmark Method)求解。流场控制方程为非定常Euler方程,采用弹簧近似动网格的ALE(Arbitrary Lagrangian-Eulerian)有限体积法求解。应用新型流固界面算法,采用"虚拟挡板通气"技术实现电磁阀开启/关闭引起的流场拓扑变化。数值模拟讨论了影响电磁阀动态特性的设计因素。模拟发现,存在19%能量损耗的主阀-气缸碰撞模型相对无损耗模型使阀门开度达到稳定状态的时间缩短一半,表明碰撞模型是电磁阀动态特性的重要影响因素。

CFD/CSD耦合计算研究

基于流体———结构干扰计算中流体和结构网格之间的数据交换方法的研究 ,提出了一种改进的常体积转换法 (CVT) ,即引入面积限制值来保证网格插值的质量。运用该方法对两种常规外形 :机翼和弹体圆柱段进行了插值计算 ,并与无限平板样条法 (IPS)进行了比较和误差评估。认为改进的CVT插值方法能避免原CVT方法可能出现的异常情况 ,且大大提高了插值精度 ,是一种适合用于CFD CSD耦合计算接口界面的插值方法。

基于界面接触算法的车桥耦合动力学分析

考虑轨道不平顺及其可能引起的跳车现象,采用接触算法中的罚刚度法,在接触力与接触面之间建立了力与位移之间的线性关系。通过合理调整罚刚度值,有效控制穿透距离,将计算中迭代次数控制在合理范围之内,避免了病态刚度矩阵,使得计算结果趋近于真实值。利用精细积分技术,在时间域内进行参数离散化处理,构造时间差分格式,利用直接积分法和对应的初始条件,得到结构位移、速度和加速度关于时间递推的表达式。为提高计算效率,并保证计算结果的收敛性,将整体分析过程划分为2个子模型(移动力模型,刚性梁模型)。在给定收敛性准则的基础上,采用循环迭代技术进行数值求解;借助于MATLAB平台完成了上述车桥耦合动力学分析的编程。数值分析结果表明:当轨道平顺时,所提算法结果与Hertz弹簧模型结果高度一致;同时考虑单跨和三跨刚构桥,存在加减速度情况时,所提算法结果与Hertz弹簧模型结果完全一致,证明了所提算法的可靠性;考虑轨道不平顺时,所提算法结果与Hertz弹簧模型结果具有相同的变化规律,但数值偏高,反映了跳车冲击力的动力效应;对于行驶在桥梁上的多车情况,特别是轨道不平顺情况下,车辆跳起和下落冲击是客观存在的,采用所提的界面接触法能够真实地模拟车桥动力学耦合工况。

基于MPI的三维波动方程有限元法并行正演模拟

在三维空间进行地震波动方程有限元正演模拟时,采用基于消息传递界面(MPI)的并行算法可以克服基于单PC机串行算法对数据容量和计算速度的局限。其基本原理是:将模拟区域剖分成多个小区域,每一个进程处理其中一个小区域;在运算过程中,各个进程之间互通相邻区域节点的物性参数和前一时刻的位移值,以备计算当前时刻区域内的位移值,共同实现整个模拟空间的正演模拟。在正演模拟时,采用质量矩阵近似方法来提高程序的并行性,压缩数据量和运算量,最佳并行效率的进程个数则依据并行系统能够满足程序内数据容量来确定。通过3层水平层状介质模型的数值模拟,对方法的可行性和有效性进行了验证。

一种新型的高分辨率通量差分裂格式

传统的Roe格式不满足熵条件并且在计算激波问题时会遭遇不同形式的不稳定现象,如慢行激波的波后振荡和红玉(carbuncle)现象。基于Zha-Bilgen对流-压力通量分裂方法,构造一种新型的通量差分裂格式。利用约旦标准型理论,通过添加广义特征向量构造通量差分裂方法来计算对流子系统。压力子系统具有一组完备的线性无关特征向量,因此可以构造传统的通量差分裂格式进行计算。为了提高接触间断的分辨率,利用界面变差下降(BVD)算法来重构对流通量耗散项中的密度差。激波稳定性分析表明,新格式可以有效地衰减数值误差,从而抑制不稳定现象的发生。一系列数值实验证明了本文构造的新型通量差分裂格式比Roe格式具有更高的分辨率和更好的鲁棒性。

电磁阀颤振的流固耦合模拟研究

采用流固耦合数值模拟研究了液体火箭发动机高压供气系统中的电磁阀在地面试验中出现的不稳定现象。固体结构采用质量弹簧阻尼单自由度模型描述,纽马克算法(The Newmark Method)求解;流体控制方程为三维Euler方程,采用基于弹簧近似动网格的ALE(Arbitrary Lagrangian-Eulerian)有限体积格式求解。程序应用了新的离散几何守恒律和流固界面算法,采用"虚拟挡板通气"技术实现电磁阀开启过程引起的计算区域拓扑变化。验证算例表明程序的有效性及算法的精度。数值模拟复现了试验中出现的故障,认为故障机理是典型的颤振现象,指出电磁阀和减压器之间的管路长度是影响气体激振力频率的主要因素。