基于非协调边界元法和涡方法的黏性流场研究

基于非协调边界元方法和涡方法的联合应用,模拟了二维和三维黏性不可压缩流场.计算中利用离散涡元对漩涡的产生、凝聚和输送过程进行模拟,并将整体计算域分解为采用涡泡模拟的内部区域和用涡列模拟的数字边界层区域.计算域中涡量场的拉伸和对流由Lagrangian涡方法模拟,用随机走步模拟涡量场的扩散.内部区域涡元涡量场速度由广义Biot--Savart公式计算,势流场速度则采用非协调边界元方法计算.非协调边界元将所有节点均取在光滑边界处,从而避免了法向速度的不连续现象;而对于系数矩阵不对称的大型边界元方程组,引入了非常高效的预处理循环型广义极小残余(the generalized minimum residual,GMRES)迭代算法,使得边界元法的优势得到了充分发挥,同时,在内部涡元势流场计算中对近边界点采用了正则化算法,该算法将奇异积分转化为沿单元围道上一系列线积分,消除了势流计算中速度及速度梯度的奇异性.二维、三维流场算例证明了所用方法的正确性,也验证了该算法可以大幅度提高模拟精度和效率.

交替协调子结构混合试验方法研究

该文提出一种静态与动态分离的在线混合试验框架,其中动力方程由时间积分算法得出,回复力由对子结构的静力加载得出。混合试验中,数值子结构和试验子结构之间的边界协调问题是试验成功与否的关键。该文提出一种交替协调的边界近似协调方法,数值子结构边界上的位移由上一步的试验子结构提供,而获得的边界上的力用于这一步的试验子结构的加载。将该方法应用于六层菱形BRB加固的混凝土框架中,通过数值验证,这种近似的边界协调方式引入的误差可以忽略。尽管这不是一种精确的边界处理方式,但它使子结构混合试验的实施变得更加简单且灵活。

生态安全格局视角下中国城市增长边界研究进展

【目的】新型城镇化不断加快,城市所占土地资源扩张程度越发迅速,传统粗放的城市增长过程中呈现出生态系统结构与功能的破坏、城市无序扩张等问题,怎样合理控制城市规模、优化城市生态安全格局已成为当前中国国土资源管理的重点工作之一。探索中国城市增长边界划定的效益及现行方法,讨论未来发展驱动力和城市增长边界协调优化方法可能的研究方向,为中国城镇可持续发展战略提供理论依据及对未来的增长边界实践提供参考。【方法】通过文献研究法及归纳演绎法,从维护城市生态安全的视角对现行城市空间增长边界进行优化调控研究。【结果】在中国大规模城镇化背景下,实施城市增长管制政策是必然选择,城市增长边界具有多元化的内涵,是城市扩张背景下调控土地资源的重要控制手段,对于提升城市空间治理、保护城市生态安全格局、促进城市可持续发展具有重要意义;中国在城市增长边界划定的技术手段取得一定的成效,学术界从不同的价值取向出发形成了不同的划定技术路径,在划定城市增长边界时,应兼顾城市复杂的属性,深入讨论中国的城市增长规律,结合多样化手段,协调城市边界划定下生态安全格局与城市增长的直接矛盾。【结论】城市增长边界是不同发展背景下限定的城市用地动态扩张边界线,不同时期城市用地扩张界限随经济、社会、自然等影响因素而调整,“弹性”与“刚性”增长边界划定可调控性区域范围及永久性禁止建设的战略性开发空间,秉承生态优先思想,与差别化管控、边界调整、配套措施等协调配合,引导生态安全格局为导向的新型城市增长模式。

一种有限体积-边界嵌入方法及其向三维复杂动边界流动问题的推广

发展了一种不可压N-S方程的有限体积边界嵌入解法并将其推广到求解三维复杂几何外形的动边界绕流问题。数值计算中,所有网格点分为解域内部的计算点和边界嵌入点以及不参与计算的解域外的点。通过与无滑移边界条件和当地简化动量方程相关的物面法向上的二次多项式近似,确定边界嵌入点上的流动变量值。当模拟包含运动边界的流场时,网格可以是固定的,无需进行网格的实时更新,计算效率获得了提高。采用Galer-kin有限体积近似进行控制方程的空间离散。为验证该方法的可靠性,模拟了圆柱、圆球等固定物体的绕流以及自由来流中垂直振荡圆柱和游动的类鱼体等运动物体的绕流,并将计算结果与参考文献的结果进行了比较。

子结构混合试验方法研究与应用

子结构混合试验是再现大型结构复杂地震响应的最有效方法之一。该文总结了子结构混合试验在过去30年发展过程中所面临的主要问题。子结构混合试验需要一个稳定而精确的时间积分算法用于求解结构的动力方程,而这些时间积分方法需要对试验子结构提供显式的位移加载命令,并且最好具有抑制试验引入误差的能力。第二个挑战是隐式数值域和显式物理域的高效协同,主要采用了刚度预测方法和预测修正技术。最后,子结构的边界条件需要精确的施加到相应的边界上。这对于试验子结构是主要难点,因为现有加载仪器精度和数量的不足。为此发展了基于重叠领域的柔性加载制度和力-位移混合控制方法。为了使子结构混合试验的能力和精度最大化,近年来采用互联网技术将多个试验室资源连接起来,并引入大型商业有限元软件进行精细化模拟,这促成了三代可扩展的子结构混合试验平台。这些平台的柔性、可扩展性和精确性均通过一系列试验得到了验证。

基于子结构模态的动力自由度缩减综合法

为了研究大型复杂结构动力自由度缩减问题,提出基于子结构模态的动力自由度缩减综合法。首先根据混合试验原理将整体结构动静自由度进行分离,分别形成了静力子结构与动力子结构。静力子结构根据原型结构进行静力分析,以保留静力自由度的复杂性。动力子结构则结合模态综合法,将整体结构拆分为若干子结构,对子结构进行模态分析,保留少数低阶模态,缩减子结构的质量形成凝聚点,并将模态信息传递到凝聚点。根据边界协调条件合成动力简化模型,将静力子结构与动力简化模型融合为抗震混合试验模型,并对某10层框架结构进行模态分析。研究表明:本文提出的动力自由度缩减综合法,能够很好地表现原型结构的动力特性,在缩减动力自由度的同时保留了结构的复杂性,避免过度简化。

独立纪录片创作中的传播隐私管理——从纪录片《我最后的秘密》创作札记谈起

在纪录片创作过程中,拍摄者与被拍摄者之间的关系遵循着传播隐私管理理论,被拍摄者不断在披露隐私和保密之间进行复杂的协调,而整个协调的过程对纪录片的真实性也不断地产生影响。

含BRB加固RC框架子结构混合试验方法研究

数值子结构和试验子结构之间的边界条件协调是成功实施混合试验的关键,而数值子结构隐式迭代求解过程和试验子结构对显式加载目标的需求是一对矛盾。提出了一种数值子结构和试验子结构交替协调的近似边界协调方式。采用此方法对某六层BRB加固的RC框架进行子结构混合试验研究,通过试验进一步验证边界协调方法。对底层一跨带BRB框架进行试验,其余部分采用OpenSees进行数值模拟。通过横向、竖向各两个作动器来实现预测位移以及边界上的力-位移混合加载,通过外部位移计反馈进入控制系统来实现位移加载的补偿。试验结果表明,尽管局部位移协调误差较大,但对结构整体响应影响不大。

可压流数值模拟中当地DFD方法的改进和应用

阐述了求解守恒型Euler方程的当地DFD(Domain-Free Discretization)方法的改进和应用。DFD离散策略的核心,是解域内点上控制方程的离散形式可与解域外的一些点相关。通过边界附近解的近似形式,外部相关点上的流动变量值得到确定并强加相应的边界条件。与最初的当地DFD方法不同,在解的近似形式构建中,采用了CCST技术(Curvature-Corrected Symmetry Technique),因此外部相关点上的密度和切向速度分别由等熵和等总焓关系确定。空间离散采用Galerkin有限体积格式。最后,给出了固定和运动物体可压缩绕流的数值模拟结果,以验证改进的当地DFD方法的可靠性和数值解精度的提高。

当地DFD方法在扑翼流动数值模拟中的应用

应用当地DFD(Domain-Free Discretization)方法对包含复杂运动边界的扑翼流场进行了数值模拟。该方法通过壁面法线方向的外插确定外部相关点上的流动变量值,同时强加相应的边界条件。应用这种方法,动边界流动的模拟可以在固定网格上实现,无需为了跟随物体的运动而在每个时间步上对网格进行实时更新。对三种拍动模式的双翅流场进行了数值模拟,升、阻力系数时间历程的计算结果与参考文献的实验数据吻合很好,验证了当地DFD方法处理复杂动边界问题的可靠性。最后,数值模拟了完整昆虫模型的扑翼流场,并详细分析了涡系结构和飞行机理。

一种边界非协调数值方法

研究了一种边界非协调的数值方法。该方法的提出是为了能够方便的求解复杂的运动边界绕流问题。空间上采用Galerkin有限体积空间离散格式。数值离散中,网格点分为内部计算点、IB点和外点三种类型。其中临近物面的IB点在嵌入物面边界条件时起到了作用,其流动变量值则是通过流场内解的线性插值获得。时间推进上采用结合人工压缩项的双时间步推进格式。静止和振荡圆柱不可压绕流的数值实验初步验证了本文方法的可靠性和准确性。