UUV水下动态布放回收流体动力性能数值模拟

UUV与水下对接装置对接的过程中存在双体干扰问题,非线性特征强烈。为了探明UUV在对接过程中流体动力随着对接姿态以及运动距离变化规律,本文借助Fluent软件中的动网格技术开展非定常工况下UUV动态回收过程的数值模拟研究。系统分析UUV运动速度、运动姿态(主要是攻角)对其流体动力性能以及流场结构的影响。本文研究成果可为后续样机试验提供技术指导和理论支撑。

两种直动式高速电磁阀数值模拟与动态响应对比分析

针对直动式高速电磁阀动铁芯与阀芯加工、装配工艺要求高,一致性较差的问题,提出了一种动铁芯与阀芯可分离的结构,基于AMESim平台建立此款电磁阀电–磁–机–气多物理场耦合模型,考虑了动铁芯与阀芯撞击与分离的情况,并在试验台上进行了验证。然后与另一种动铁芯与阀芯“绑定”的结构形式进行比较分析。结果表明:两种电磁阀在动态响应与影响动态响应的关键参数存在差别。在同等条件下,第一种结构形式的电磁阀动态响应整体略差,但是其对动铁芯–阀芯加工、装配工艺的要求较低。

碳纤维增强聚醚醚酮材料动态冲击数值模拟

为探究不同含量碳纤维(CF)增强聚醚醚酮(PEEK)复合材料在动态冲击载荷下的力学性能,采用了有限元软件ABAQUS基于VUMAT子程序开发一个渐进损伤模型,并结合Johnson-Cook材料模型用以模拟材料高应变率响应。通过Matlab编程,构建了四种不同CF体积分数(0%,10%,20%,30%)复合材料模型,并对其进行动态冲击加载模拟。模拟结果表明,随着CF含量的增加,复合材料在冲击载荷下的应力-应变分布得到了显著改善。具体来说,CF有效限制了冲击区域的应力集中,降低了材料的损伤程度。此外,含CF的复合材料展现出更高的等效塑性应变和极限载荷,这表明材料的强度和刚度得到了增强,从而提高了其抵抗冲击的能力。分析表明,CF增强PEEK降低了复合材料在冲击过程中的刚度退化,这有助于提高材料的能量吸收效率,减少冲击失效的可能性。证实了CF对于改善PEEK基复合材料冲击性能的积极作用,并且随着CF含量的增加,材料冲击失效风险得到了有效降低。

基于改进连续时间动态系统的模拟SAT求解器

针对布尔可满足性问题的高效求解进行了研究。首先,通过对k-SAT问题和基于耦合常微分方程形式的确定性连续时间动态系统的分析,提出了一种基于时延信息形式的改进连续时间动态系统方程,以保持集中搜索特性;然后,提出了实现该系统方程的三个主要组件即信号动态电路、辅助变量电路和数字验证电路的模拟设计。在信号动态电路的设计中,设计了一种获得更高性能、更小面积和更低功耗的模拟硬件形式;在提出的辅助变量电路和数字验证电路的模拟硬件设计中,实现了避免梯度下降搜索陷入无解和确定给定问题的解是否已经找到的目标;同时提出了降低面积和功耗的可替代辅助变量电路的两种设计方案。仿真实验结果表明,提出的新的模拟SAT求解器不仅是有效的,而且相比于单一软件算法实现的SAT求解器和其他硬件类SAT求解器具有更高的加速性能和更低的功耗。

轮式动态模拟仪在高含水期原油不加热集输中的应用

随着不断深入开发,油田集油管线内产液的流变性逐渐转变为高含水期“水包油”为主的流态,因而管道内的流动条件得以改善。通过前期开展的季节性停掺冷输试验证实,高含水期集输进站温度可以接近凝固点甚至低于凝固点。因此提出利用临界粘壁温度作为采油井不加热集输边界条件,并利用轮式动态模拟分析仪测试单井临界粘壁温度,指导采油井平稳集输,应用后实现措施节气219.6×10^(4)m^(3),节电73.4×10^(4)kWh。

考虑植被根系深度动态变化的VIC径流模拟模型

为了提高干旱半干旱地区植被变化影响下的水文模型模拟精度,结合植物根系的垂直分布与气候、土壤条件,提出了基于流域气象和土壤性质等下垫面特征的流域根系平均深度估算方法,以黄土高原地区无定河流域为例,构建了考虑植被根系深度动态变化的可变下渗容量(VIC)径流模拟模型(VIC-DR模型)。将该模型径流模拟结果与有汇流演算的VIC模型(VIC-R模型)结果进行比较。结果表明:与VIC-R模型相比,VIC-DR模型模拟精度显著提高,VIC-DR模型对无定河流域月尺度、日尺度径流量模拟结果的纳什效率系数分别提高了10.6%和8.7%,相对误差分别下降了15.4%和5.1%,与实测值相关系数均大于0.6;VIC-DR模型的模拟结果符合流域实际情况,模型适用性良好。

基于多相流理论的救援井动态压井模拟方法研究

目前救援井动态压井模拟方法多为各类软件模拟,鲜有结合实井试验验证过其可靠性的模拟方法,且试验存在缺乏模拟模型、试验参数设计难的问题。因此,提出了一种救援井动态压井模拟方法,可用于救援井动态压井全过程模拟,也可用于救援井动态压井及试验的方案设计。该方法建立了救援井动态压井模拟模型,模型由井身结构、钻井液、地面设备等数据搭建,并嵌入了可实现模拟过程中井下安全性(套管鞋处压力、管柱受力)监测、地面泵注设备智能超压保护、模拟压井流程一体化等多项作用的功能模块,为救援井动态压井的方案设计提供模拟支持。模拟结果表明:高压井排量、高密度压井液有助于快速压井。试验结果表明:本方法模拟结果与实测数据变化趋势具有较高吻合度,整体试验过程、动态压井阶段模拟的平均相对误差均小于10%,验证了模拟方法的合理性和可靠性。该救援井动态压井的模拟方法对科学有效地进行救援井动态压井、提升救援井动态压井成功率具有重要意义。

基于ARIMA模型的黄土高原河谷城市生态足迹动态模拟及测算——以甘肃省兰州市为例

为了从经济发展的角度探究生态足迹动态变化的成因,论文在测算黄土高原河谷城市——甘肃省兰州市2002—2014年人均生态足迹的发展轨迹的基础上,引入ARIMA模型,模拟预测了该市2015—2020年生态足迹变化趋势。研究结果显示:1)2002—2014年,甘肃省兰州市人均生态足迹总体呈现上升态势,数值由2.70 hm^(2)增长至4.25 hm^(2),增幅达到1.57倍;2)从生态足迹增速看,2002—2014年人均生态足迹平均增速达到4.04%,同一时期兰州市地区生产总值平均增速为11.88%,较人均生态足迹增速高出7.84%,表明该地区经济发展的速度高于资源环境消耗的速度;3)2015—2020年甘肃省兰州市人均生态足迹仍然呈现上升态势,预测值分别达到4.48 hm^(2)、4.61 hm^(2)、4.75 hm^(2)、4.89 hm^(2)、5.02 hm^(2)和5.17 hm^(2),甘肃省兰州市生态赤字逐年增大,总生态足迹是城市土地利用总面积的19.59倍,说明经济发展与地区生态需求呈现较强正相关性,环境库兹涅茨曲线“拐点”并未出现,处于不可持续发展状态。基于以上分析结果提出了甘肃省兰州市降低生态足迹的具体路径:1)实施产业结构调整,降低生态赤字,提升经济发展质量和可持续发展能力;2)推动绿色发展,构建生态类型多样、布局合理、功能完善的自然生态系统和城乡一体的生态网络,提高生态环境容量。

不同情景下乌鲁木齐河流域土地利用动态模拟研究

收集2000、2010、2020年乌鲁木齐河流域土地利用/覆被变化等数据,通过多评价准则(MCE)的元胞自动机(CA)和马尔可夫链(Markov)模型,对2020年土地利用变化进行模拟,预测结果与实际解译结果对比,各土地利用类型的面积预测精度达到82%以上,空间格局kappa系数平均值为81.57,表明预测结果可信。在此基础上,在不同场景下对2030年的土地利用空间格局进行模拟,结果表明,在趋势发展情景下,耕地、草地面积呈减少趋势,分别为15.1%和5.22%,建设用地、未利用地面积增幅较大,分别为26.09%和21.15%,表明按照当前城市扩张速度和产业结构布局方式发展,生态用地与建设用地需求的矛盾将日益突出,生态环境面临巨大挑战。在生态优先情景下,建设用地面积增幅减缓至18.03%,耕地、林地、水域面积呈上升趋势,分别为10.26%、2.36%和11.11%,草地面积下降趋势减缓至3.55%,表明城市快速扩张得到遏制,耕地得到保护,林地、草地能够发挥更大的生态调节作用,水源的涵养能力有所提升,土地利用结构变化趋于均衡。

高动态卫星导航信号多普勒频率模拟方法

针对卫星导航信号模拟源在高动态场景下对多普勒频率模拟难度较大的现状,提出了一种基于相位重置的三阶DDS导航信号模拟算法。该方法从卫星与接收机之间的相对运动物理模型着手,建立了一种基于数字电路的三阶DDS模型,可有效地模拟出高动态场景下导航信号中含高阶项的多普勒频率。此外,通过对三阶DDS模型中关键参数进行相位重置以避免累计误差。在计算机中进行仿真,其结果表明在速度为10000 m/s,加速度为1000m/s^(2),急动度为1000 m/s^(3)的高动态场景下,该算法相较于传统算法多普勒频率模拟精度提升了31 dB,且不会因急动度增加导致精度恶化,多普勒频率模拟精度可达-36 dB或更高。说明该方法在高动态场景下可精确地模拟导航信号的多普勒频率,且具有一定的鲁棒性。

基于动态模拟技术的混动车辆发动机电控单元检测系统设计

电控单元是混动车辆发动机中的重要组成部分,对于发动机以及混动车辆的行驶性能产生直接影响,为保证电控单元的运行正常,利用动态模拟技术,优化设计了混动车辆发动机电控单元检测系统;改装温度、转速等传感器设备以及信号处理器设备,调整系统电路的连接方式,实现硬件系统的优化;利用动态模拟技术模拟混动车辆发动机电控过程,结合不同故障类型下电控单元的运行特征,设置系统的检测标准;采集电控单元输出信号,从时域和频域两个方面提取信号特征,最终通过特征匹配确定电控单元状态、故障类型以及故障位置,实现系统的电控单元检测功能;综合混动车辆发动机的3种运行场景,通过系统测试实验得出结论:与传统检测系统相比,优化设计系统的漏检率和误检率分别降低了2.59%和2.05%,由此证明优化设计系统具有良好的检测功能。

两种纤维加筋模拟月壤地聚合物动态劈裂试验研究

为了解纤维加筋模拟月壤的动态劈裂力学特性,选用聚丙烯纤维和玄武岩纤维制备了纤维加筋模拟月壤地聚合物圆盘试件,利用分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)装置开展了冲击劈裂试验,并使用扫描电子显微镜观察地聚合物断裂面处纤维的分布排列情况。试验结果表明:当聚丙烯纤维掺量为0.4%时试件的劈裂拉伸强度达到最大,较未掺时提高22.9%~27.3%;相同纤维掺量下,聚丙烯纤维对试件劈裂拉伸强度的增益效果要优于玄武岩纤维;纤维掺量一定时,试件动态劈裂拉伸强度与冲击气压呈正相关,纤维对劈裂拉伸强度的增益效果与冲击气压呈负相关;试件在冲击荷载作用下沿轴向劈裂为相对完整的两半,纤维的掺入减小了试件的破坏程度,改善了脆性破坏;试件的劈裂破碎块度平均粒径随纤维掺量的增加而增大。研究结果为未来月球基地建造材料的选择提供参考。

区域旱灾风险评估与诊断的动态差异度系数模糊数随机模拟方法

为更准确、稳健地进行旱灾风险动态评估、关键障碍因子的定量识别,构建了差异度系数随评价指标样本值动态变化的三角模糊数与随机模拟耦合方法,并用于宿州市2007—2017年旱灾风险评估与诊断研究中,得到宿州市置信概率为95%的旱灾风险评价值区间,结果表明:旱灾风险评价结果呈“先增加,后减小,最后趋于稳定”的变化趋势,旱灾风险综合评价结果为“轻险”;危险性、暴露性、抗旱能力三个子系统是影响研究区域旱灾风险综合评价结果趋势变化的主因;耕地率、水库调蓄率、农业人口比例评价指标被诊断为中阻碍型因子,是需要重点调控的对象;置信概率区间增加了风险评价结果的可靠性信息,可反映受多种不确定影响因素综合作用下的实际旱灾风险情况,充分体现了联系数所表征的“不确定性”这一信息。

空中目标动态HRRP特征可重构模拟方法

针对目前无源模拟技术无法实现目标动态电磁特征模拟的问题,提出了一种利用相位调制表面(phase-switched screen, PSS)进行空中目标动态高分辨距离像(high resolution range profile, HRRP)特征可重构的模拟方法。以无人直升机旋翼为例,对旋翼的运动状态进行了建模,并详细分析了其动态HRRP特征。另外,通过建立PSS的周期调制信号模型,详细分析了PSS对雷达入射波的调控效果。在此基础上,提出了一种调制频率时变的PSS可重构模拟方法,该方法能够生成随时间变化的可控谐波分量,模拟产生的谐波分量与无人直升机旋翼的动态HRRP特征变化规律相似。通过仿真数据对比分析,调制频率时变的PSS可重构模拟方法能够实现无人直升机旋翼的动态HRRP特征模拟效果。

分区参数对超声速湍流燃烧动态分区火焰面模拟的影响

文章基于动态分区火焰面模型(DZFM)和改进延迟分离涡(IDDES)湍流模型对DLR中心支板稳焰的超声速燃烧室进行数值模拟.对无反应状态燃烧室的模拟准备复现了燃烧室内复杂的波系结构以及中心射流失稳发展过程,燃烧状态下的模拟结果较好地捕捉了火焰推举、OH基团以及平均温度等火焰结构特征,由此验证了所采用数值模拟方法的适用性.此外,由反应状态标量(OH基)在混合分数空间中的分布可知,反应标量与混合分数在全场内不满足强相关性.通过增加流向坐标、马赫数以及燃烧热释放速率作分区参数可显著抑制反应状态标量在混合分数空间内的条件脉动,其中热释放速率的作用最显著.进一步对比采用不同多参数分区的DZFM模型所得火焰结构,发现对于处于预混燃烧状态的支板尾迹区以及高雷诺数剪切层区域火焰,采用包含燃烧热释放速率、流向坐标以及混合分数作为分区指标的三参数分区DZFM模型可显著提高模型的准确性.

基于FPGA的无人机非平稳信道动态模拟研究

针对无人机高速移动导致的信道状态快速时变以及多普勒频率起伏大的特点,本文基于现场可编程门阵列平台设计了无人机非平稳信道模拟方案。该方案采用调频谐波叠加方法产生非平稳信道衰落,并提出了一种信道参数实时产生算法,提高了信道模拟的实时性,保证了信道状态的实时更新。同时,针对多普勒频率起伏大导致的功率随机波动问题,本文设计了一种自适应功率均衡模块,使得输出功率最大波动仅为1.13%,保证了衰落功率的稳定性。最后,硬件消耗资源结果表明,相较于复播方案以及预存式方案,本文方案对存储资源的消耗分别降低了52.44%和9.31%,更适合长时间无人机非平稳信道衰落的模拟。同时,实测分析结果表明,相较于未均衡的模拟方案,本文硬件模拟方案输出的信道特性如路径损耗和多普勒功率谱密度与理论结果更加吻合,可用于无人机通信系统的设计、优化等领域。

相场模拟研究AZ31B镁合金的动态再结晶

镁合金被广泛应用于材料科学、航空航天及军事装备等领域。实验发现,镁合金材料在动态加载下的力学响应与介观尺度不连续动态再结晶紧密相关。为此,构建了镁合金动态再结晶的相场模型,以AZ31B镁合金为研究对象,模拟了不同温度(250~400℃)、低应变率(0.01~1.00 s^(-1))加载下的不连续动态再结晶演化过程。再结晶相场模型耦合了塑性应变,实现了应力-应变曲线与再结晶组织演化的迭代求解。模拟发现,再结晶晶粒的体积分数和平均晶粒尺寸随温度的升高而明显增大,随应变率的增大而减小。

黄花植株三维动态生长及产量模拟模型

[目的/意义]为探究并表达环境因素对黄花各器官生长发育、形态结构和产量的影响,提出一种基于源库关系的黄花植株三维动态生长及产量模拟模型。[方法]以大同地区黄花主要栽培种植品种大同黄花为研究材料,采集黄花叶片、花葶、花蕾等形态数据和叶片光合生理参数,利用功能-结构植物模型(Functional-Structural Plant Model,FSPM)平台的三维建模技术,建立基于云量的室外地表太阳辐射模型及适配黄花的光合作用模型,同时基于黄花源库关系建立黄花光合产物碳分配模型,利用β生长函数构建黄花各器官生长模拟模型,计算黄花生长期内逐日形态数据,最终实现黄花植株三维动态生长及产量模拟。[结果和讨论]采用实测数据对模型进行检验。结果显示,室外地表太阳辐射实测值和模拟值R2为0.87;剩余标准差(Root Mean Squared Error,RMSE)为28.52 W/m^(2),黄花各器官模拟模型实测值和预测值R^(2)为0.896~0.984,RMSE为1.4~17.7 cm;平均花蕾产量模拟R^(2)为0.880,RMSE为0.5 g;整体F值为82.244~1168.533,Sig.值均小于显著水平0.05,表明上述模型拟合度和显著性较好。[结论]模型能够准确地表现黄花植株在3个主要生长时期的生长规律和形态特征,模拟结果与实际情况相符合,表现出较高的可信度。因此,本模型具有理想的模拟效果,足以满足精细农业领域的研究需求。

致密砂岩气驱水实验与动态网络模拟研究

利用非稳态法对S区块X组致密气储层砂岩进行气驱水实验,获取了该区块典型的气水相渗曲线。利用物理实验获取的该区块孔喉半径分布函数,生成符合真实岩心物性特征的孔隙尺度网络模型,并在模型中利用非稳态渗流理论研究孔隙尺度气水两相渗流与压力传播过程。对比模拟结果与气驱水实验结果,验证了模拟方法的可靠性。通过模拟不同注气速度对气水两相渗流过程与气水相对渗透率曲线的影响后发现,孔隙内部两相流体界面移动与压力波传播过程受黏性力和毛管力共同影响,不同的注气速度会产生不同形态的相对渗透率曲线,且存在一个最佳注气速度,该速度下气相相对渗透率端点值最大。

区间过程激励下刚柔耦合系统动态不确定性分析的序列模拟方法

针对动态不确定性激励作用下的刚柔耦合系统动力学问题,提出了一种基于区间过程模型的动力学不确定性序列模拟方法,旨在通过区间过程序列抽样及刚柔耦合动力学序列模拟计算结构振动与机构运动等系统动态响应的上下边界。介绍了中心刚体柔性梁刚柔耦合系统动力学方程的构建与数值求解方法。针对动态不确定性激励作用下的刚柔耦合系统动力学分析,引入区间过程模型及其区间K-L展开对动态不确定性进行了度量和高效表征,提出了一种求解系统机构运动与结构振动等动力学响应上下边界的序列模拟方法。该方法利用序列模拟策略识别当前模拟序列中对动态响应上边界或下边界具有贡献的区间过程参数样本集,作为下一模拟序列中的局部加密抽样中心,可有效避免直接蒙特卡罗模拟在计算动力学响应上下边界时因过多无效抽样模拟而导致的低效收敛问题。最后,通过三个算例对所提方法的有效性进行了验证。研究结果表明,对于刚柔耦合系统大范围运动及振动响应上下边界的求解,序列模拟方法相比于直接蒙特卡罗模拟方法具有更好的计算效率和计算精度。