二维冰-水-结构物作用的近场动力学模拟

为探讨冰、水、结构物之间的相互作用关系,采用近场动力学方法建立二维冰-水-圆柱结构物的运动计算模型,采用近场动力学微分算子模拟海水流动,采用常规态型近场动力学模拟海冰的损伤行为以及海冰与结构物之间的作用。进一步研究不同圆柱结构物移动速度和直径对冰载荷的影响,将数值计算结果与试验结果进行对比以验证方法的可行性,为研究冰、水、结构物相互作用提供理论支撑。

基于近场动力学微分算子的像素修复技术在砌体结构外观图像修复中的应用

在对既有砌体结构进行外观检测时,需要从采集的外观图像中准确地识别缺陷信息,但由于既有砌体结构所处环境干扰较多,通常无法获取清晰的图像。为此,引入近场动力学微分算子(PDDO)对采集的墙体外观图像进行像素修复。首先读取图像全部信息并将像素点数字化,然后遍历所有像素点并判断其是否有效。将无效像素点(污点)从近场动力学点族成员中去除后,PDDO利用周围的有效像素点恢复被去除的信息。PDDO的实现要求解大型稀疏线性方程组,其计算量会随着图像的精细程度急剧增长。为提高计算效率,采用英特尔数学核心函数库(MKL)来求解。结果显示,上述方法对不同受损程度的图像,均能够保证恢复后的图像变化连续,且可以明显提高复原图像的信噪比和视觉效果,有效恢复被污点掩盖的信息,有利于准确识别构件缺陷。

基于非局部微分算子的近场动力学及固体材料应力数值模拟

在经典近场动力学模型的基础上引入非局部微分算子求解理论,建立近场动力学微弹性应力分析模型。在近场动力学模型物质点处进行泰勒级数展开,利用正交非局部函数构建微分算子的数值积分方程并且根据矩阵正交性求解函数未知系数,最终由平衡方程等价性建立近场动力学应力求解模型。采用所提出的方法对固体材料变形破坏过程中的应力进行模拟,并将计算结果与理论解对比以验证方法有效性,同时对粒子离散间距、泰勒项数及权函数的数值收敛性进行分析。结果表明:该文提出的方法可以较准确的反映完整及非完整固体脆性材料在荷载作用下的应力分布,并且离散间距及权函数对数值收敛结果具有显著影响,可为使用近场动力学方法模拟变形破坏时提供新的应力分析思路,有着较为广泛的应用前景。

基于近场动力学微分算子的变截面梁动力特性分析方法

变截面梁式构件广泛应用于工程结构中,其动力特性更是结构设计和状态评估中的重要考虑因素之一。基于新兴的近场动力学微分算子(Peridynamic differential operator,PDDO),尝试提出了一种用于变截面梁动力特性分析的非局部方法。将变截面梁的动力学微分控制方程与边界条件通过PDDO由局部微分形式转化为对应的非局部积分形式,再结合拉格朗日乘数法与变分原理,将非局部积分形式的控制方程与边界条件转化为标准特征值问题表达形式,从而求得自振频率与振型。通过对等截面梁的自由振动分析并与解析解对比,验证了该方法良好的收敛性与准确性。进一步通过求解下边界一次、二次变化的连续变截面梁,证明了该方法对于任意变截面梁自由振动分析的适用性与可靠性。开展含孔变截面梁的自由振动分析,体现了该文的非局部方法在含缺陷构件振动分析和损伤识别问题方面的潜力,可为含缺陷变截面构件的动力分析问题提供新思路。

二维弱可压缩黏性流体的近场动力学模拟

基于近场动力学理论,采用近场动力学微分算子(PDDO)求解流体连续性方程与动量方程,建立了二维黏性流体运动的近场动力学模型,流体假设为弱可压缩形式.通过二维方腔驱动、溃坝及低雷诺数圆柱绕流三个经典算例验证所建立的流体计算模型在内部流动、自由表面流及绕流问题上的适用性,并与已有试验数据和数值结果进行对比分析.结果表明:建立的近场动力学微分算子流体计算模型能够有效地模拟流体运动的全过程,速度分布曲线的趋势及极值与已有结果具有较好的一致性,并且同样可以清晰地捕捉到流场中的特征.

尺寸相关挠曲电效应问题的PDDO方法研究

基于一致性偶应力理论描述压电介质的力学性能以及挠曲电效应的尺寸依赖行为,针对该尺寸相关挠曲电效应问题的四阶偏微分方程及其定解条件,采用近场动力学微分算子法(PDDO)转化为非局部积分形式,并开发相应的算法程序,对2个典型算例进行了数值求解。通过计算结果与解析结果对比,验证了该方法的有效性与准确性,并分析了特征长度系数及挠曲电系数对挠曲电效应的影响规律。

基于近场动力学微分算子的含裂纹正交各向异性板热传导分析方法

采用近场动力学微分算子(Peridynamic Differential Operator,PDDO)理论建立正交各向异性板热传导的非局部模型.通过构造近场动力学函数,将边界条件和热传导方程由局部微分形式转化为非局部积分形式,引入Lagrange乘子,采用变分分析对含裂纹正交各向异性板温度及裂纹尖端的热通量分布进行求解.通过对比算例,验证了该模型具有较好的收敛性和有效性.分析了正交各向因子、材料铺设角、裂纹倾角及间距对裂纹尖端热通量的影响.结果表明,基于PDDO建立的含裂纹正交各向异性板稳态热传导模型,考虑了稳态热传导问题中的非局部性,能有效提高计算精度,预测含裂纹板中裂纹尖端出现的奇异性.

基于格林函数正交各向异性切口板自由振动特性分析

正交异性板因重量轻、承载能力强等优点而被广泛运用于工程结构。基于格林函数,结合新兴的近场动力学微分算子(peridynamic differential operator, PDDO),提出一种分析正交各向异性板自由振动特性的方法。首先,将振动控制方程中的位移函数假设为含格林函数的一阶积分形式;其次,将线性四阶偏微分方程分别在切口板的径向和周向离散成代数方程;最后,通过PDDO构造插值函数表示径向和周向非公共离散点位移,建立自由振动广义特征方程,获得正交各向异性切口板自振频率及振型,证明了该方法的准确性,并分析切口几何参数对结构振动特性的影响规律,为板壳结构设计提供支撑。

二维瞬态热传导的PDDO分析

采用近场动力学微分算子(peridynamic differential operator, PDDO)理论求解了二维瞬态热传导问题.将热传导方程和边界条件由其局部微分形式重构为非局部积分形式,引入Lagrange乘数法,采用变分原理的概念,建立了二维瞬态热传导问题的非局部分析模型.通过误差与收敛性分析,与其他数值方法计算结果进行比较,验证了本模型的准确性.在此基础上,将本模型应用于计算不规则边界板和内部含微缺陷(裂纹和圆孔)板的二维瞬态热传导问题.结果表明该方法计算精度高、适用范围广、具有较好的收敛性,为计算二维瞬态热传导问题提供了新的思路.