气固两相流动大规模并行直接数值模拟算法研究进展与展望

对欧拉–拉格朗日下气固两相流动并行直接数值模拟算法的最新研究成果进行了系统的总结。主要涉及到气固两相流大规模并行直接数值模拟空间导数离散格式的选取,流体相和颗粒相并行区域划分的策略,颗粒相并行数据传递的逻辑控制方法,颗粒相碰撞并行的实现方法,三维计算区域二个方向分解并行计算的若干关键问题,以及并行加速比和并行效率的计算结果。指明了解决欧拉–拉格朗日下气固两相流动并行直接数值模拟算法若干关键问题,以及今后需要解决的若干关键问题。

基于S-ALE流固耦合方法的飞机水上迫降动力学数值分析

对飞机水上迫降数值分析而言,结构与流体耦合作用方式是水上迫降研究的核心问题,在一定程度上决定了数值分析的成败。一种基于结构化任意拉格朗日-欧拉算法(S-ALE)的耦合方法用于刻画水上迫降过程中的飞机与水的相互作用。采用S-ALE流固耦合方法开展了飞机水上迫降动力学分析,提取飞机的俯仰姿态和过载的变化规律,并与传统的ALE罚函数耦合方法以及相关实验结果进行对比。结果显示:相对于传统的ALE罚函数耦合方法,S-ALE流固耦合方法较好地避免了流体的渗漏,能够有效预测飞机的二次抬头现象。与实验对比,S-ALE流固耦合方法所预测到的俯仰姿态角和过载曲线与实验数据基本吻合。

爆裂轮胎精确建模及其动态特性仿真方法研究

汽车行驶中轮胎突然爆裂是极其危险的行驶工况,但轮胎爆裂过程的准确测试分析难度很大,而其现有仿真方法因需大幅简化使得难以描述轮胎爆裂过程的瞬态特性。针对此问题,本文中提出分别模拟胎内、外空气,且考虑轮胎各种材料失效特性、胎内空气与轮胎车轮总成流-固耦合的汽车轮胎爆裂过程仿真分析方法,实现轮胎滚动中爆胎过程的瞬态动力学特性仿真;并通过对比仿真和理论计算结果,验证仿真模型的正确性;同时,通过计算还获得爆裂轮胎内部空气泄漏规律和路面对轮胎径向力的变化特性,以及轮胎速度、胎压与裂口尺寸对爆胎过程持续时间和轮胎力学特性的影响机理。本文工作聚焦于仿真方法研究,对掌握爆裂轮胎瞬态特性、研究爆胎后整车动力学控制策略具有意义。

非对称喷嘴喷雾模拟网格适用性研究

离散油滴模型(DDM)和拉格朗日油滴-欧拉气体(LDEF)算法的喷雾数值模拟对网格具有很强的依赖性.对某非对称三喷孔喷嘴的喷雾过程进行了网格参数适用性研究,分析了网格依赖性的来源,探讨了网格形式以及径向、轴向、周向网格尺寸变化对喷雾的影响,与实验数据对比了喷雾形态和贯穿距离,并研究了对索特直径的影响.分析了不同网格长宽比的影响.结果表明,非对称三喷孔喷嘴的喷雾数值仿真中,极坐标类型的网格具有更好的适用性.随着网格尺寸减小,贯穿距离和索特直径基本都呈现增大的趋势,但径向尺寸对贯穿距离的影响稍大于轴向尺寸.网格尺寸和长宽比存在一个最优值使得模拟的贯穿距离与实验值拟合得最好.

基于异常压力场的火炮身管断裂失效再现数值模拟

针对某坦克炮实弹射击出现身管断裂失效的情况,采用问题再现、原因分析、计算分析和效果验证等研究方法,利用LS-DYNA程序流固耦合算法,以等量TNT爆轰产生的高压气体流场近似代替实际火药气体作用,采用基于显式积分的拉格朗日-欧拉耦合算法解决流体与固体的耦合,建立了高压气体与身管之间相互作用的数值模拟,解决了流体形变引起的计算困难问题。引入Johnson-Cook塑性模型以及断裂失效模型描述身管材料动力学响应,在预置初始裂纹的情况下对身管在异常内压下的动力学响应进行了数值计算及分析。数值模拟结果较好地描述了身管材料在异常压力作用下的断裂失效机理,再现了身管发生撕裂损伤破坏的过程,为火炮使用安全性以及故障分析提供了参考。

爆炸冲击下试验台架数值模拟方法

以爆炸冲击试验台架为研究对象,引入结构化任意拉格朗日-欧拉算法(S-ALE)模拟爆炸冲击波,对爆炸冲击作用下试验台架的动态响应进行数值模拟分析。采用传统的任意拉格朗日-欧拉算法(ALE)建立分析模型,比较这2种算法的仿真结果,并与实爆试验结果进行对比。结果表明:S-ALE算法在模拟爆炸冲击过程中避免了爆炸冲击波的渗漏,并且计算时间比ALE算法更短。S-ALE算法计算结果与试验结果更接近,计算精度更高。

基于显式有限元方法的二维楔形体砰击压力系数预报

利用LS-DYNA软件对二维楔形体入水问题进行研究。基于显式有限元方法,选用任意拉格朗日-欧拉算法,建立了包含空气、水和楔形体的完全耦合的二维有限元模型,研究流场的射流现象与压力变化情况,预报了二维楔形体砰击压力系数,并与已公开发表的模型试验结果吻合较好,从而为后续砰击载荷计算提供可靠的方法。