基于CEL方法的瓷砖智能化铺贴质量数值分析

基于耦合的欧拉-拉格朗日方法(CEL方法)建立瓷砖-瓷砖胶-混凝土流固耦合施工模型,模拟研究机器人的布料方式、布料管数和荷载类型对瓷砖回弹量、接触面积、缺陷分布等铺贴质量指标的影响规律和机理。研究结果表明:与垂直布料相比,水平布料瓷砖胶的塑性变形较小,胶条形态保持稳定且呈等间距分布。布料管数增加对瓷砖回弹量与接触面积均无影响,但会使瓷砖-瓷砖胶的界面缺陷明显变窄且分布更加均匀。相较于单一的直压荷载,耦合垂直振动荷载引起的不均匀塑性变形导致瓷砖回弹量和瓷砖-瓷砖胶接触面积同时降低;而耦合剪切振动荷载既有利于消除瓷砖回弹量又能显著增大瓷砖-瓷砖胶接触面积,有效减少界面缺陷。

On the Homotopy Analysis Method and Optimal Value of the Convergence Control Parameter: Solution of Euler-Lagrange Equation

This paper presents, an efficient approach for solving Euler-Lagrange Equation which arises from calculus of variations. Homotopy analysis method to find an approximate solution of variational problems is proposed. An optimal value of the convergence control parameter is given through the square residual error. By minimizing the the square residual error, the optimal convergence-control parameters can be obtained. It is showed that the homotopy analysis method was valid and feasible to the study of variational problems.

基于CEL方法对LRMP测试浅层软土强度离心试验的模拟

软土海床/河床浅层土体强度对管线铺设等工程设计具有重要影响。基于CEL方法对LRMP测试浅层软土强度离心试验进行模拟,验证了CEL方法的可靠性,讨论了土体弹性模量和LRMP入土深度对水平受力系数的影响。计算结果显示,土体弹性模量对CEL计算得到的水平受力系数影响不大,可根据模拟土体的变形特性在300 s_(u)~900 s_(u)选取弹性模量数值;使用LRMP测量土体0.4 D~1 D强度时,可取水平受力系数为10.5,但土体强度梯度对水平受力系数有显著影响,当测量自重固结土时,使用N_(h)=10.5会低估土体的真实强度,需通过标定试验确定目标土体N h随土体强度梯度的变化规律,计算得到的规律可为测量软土浅层平均强度的相关试验设计和数值模拟提供技术参考。

曲线顶管底幕法施工对沉船扰动的CEL数值模拟

依托“长江口二号”沉船打捞工程,采用耦合欧拉-拉格朗日法对极小曲率半径矩形曲线顶管底幕法沉船打捞工程进行数值模拟分析,获得底幕施工过程中顶推力以及船体竖向位移的动态变化,并与模型试验结果进行了对比验证.结果表明:所提的数值模型模拟结果和模型试验结果吻合较好,能较精确地预测沉船的变位和顶管的顶推力变化;最后一根管节推进为最危险工况,需要加强施工控制;采用左右对称推进而非顺序推进能够有效降低施工对沉船和土体的扰动.

CEL法与ALE法在海底管土作用数值仿真中的应用

针对海底管道与海床相互作用有限元仿真中普通拉格朗日单元因大变形而畸变的问题,需要选用更合适的仿真方法。本文首先分别采用针对网格大变形问题发展出来的任意拉格朗日欧拉(ALE)法以及欧拉-拉格朗日耦合(CEL)法建立有限元模型,借助模型试验数据验证数值仿真方法的合理性,并通过网格无关性分析,确定了ALE法与CEL法适合的单元尺寸。然后分别利用拉格朗日法、ALE法以及CEL法计算了海底管道垂向与侧向土体反力,通过对比分析得出各种方法在研究海底管土作用时的优、缺点。最后进行了管土作用试验,发现CEL法能够较好地反映管土作用中的速度放大效应。

基于CEL方法油箱跌落过程结构动态应力分析

空投车辆着陆过程的冲击应力分布状态影响空投车辆油箱的服役可靠性。针对空投车辆跌落过程油箱结构的冲击应力规律研究,建立了充油75%的油箱有限元模型,采用CEL方法对油箱进行流固耦合计算,结合实车空投试验,分析了油箱本体动态应力分布以及液体状态。结果表明:跌落冲击过程,油箱壳体与内部隔板翻边搭接位置处应力最大;油箱底部橡胶缓冲垫是降低油箱结构动态应力的有效形式,缓冲垫接触面积达到原来的四倍,油箱结构动态应力下降10 MPa。研究结果对空投车辆油箱服役可靠性提升有重要的理论指导,也可为空降车空投结构设计与校核提供理论依据。

基于CEL法的钻孔灌注桩后注浆加固数值模拟及承载力分析

为探究后注浆加固土层对钻孔灌注桩承载力的影响规律,以江苏省南通市某工程为背景,基于耦合欧拉-拉格朗日方法(CEL法),采用ABAQUS有限元软件建立了后注浆钻孔灌注桩精细化有限元模型,对压密注浆过程进行了全过程仿真模拟,发现浆体的扩散形状更趋向于水滴型。将模拟结果与理论值、试验值进行比较,认为CEL法模拟可以作为对实际注浆过程浆体成型的有效参考。同时基于注浆结果,对是否采用后注浆的钻孔灌注桩承载力进行分析,将承载力模拟结果与江苏省南通市某工程后注浆钻孔灌注桩的单桩竖向抗压静载荷试验结果进行了对比,证明了数值模拟结果的准确性。模拟结果从数值仿真的角度为浆体固化后形状的确定提供了依据,可为相关工程应用及分析提供参考,同时定量分析结果从机理上证明钻孔灌注桩后注浆能有效提高桩的承载力。

基于CEL法的故障齿轮热流固耦合有限元分析

为探究风电机组传动系统中齿轮不同故障热流固耦合下应力演化规律,利用ABAQUS软件,采用CEL有限元法对啮合齿轮进行数值模拟。研究了温度场对齿轮啮合最大接触应力的影响以及热流固耦合下不同损坏程度齿轮在齿宽、齿厚方向最大接触应力值的演化规律。结果表明:引入温度场后不同阶段啮合齿轮的最大接触应力分别增长了20.63%,41.28%,6.13%,说明热力场的介入对应力结果有重要影响;点蚀孔边缘接触应力明显大于正常部位且会扩展,损坏程度越大接触应力值越大;断齿故障在断裂位置接触应力会激增,并且越靠近断裂端接触应力越大且断裂深度越大,最大接触应力也越大;在不同断齿工况下,沿齿厚方向的应力变化趋势一致,断裂程度与齿厚方向上整体应力值呈正相关。CEL有限元法适用于齿轮热流固耦合分析,可以较好地模拟故障齿轮运行状态,为齿轮模拟仿真提供借鉴与指导。

SCC灌注过程中轨道板变形与扣压装置受力特性分析

针对自密实混凝土(Self-Compacting Concrete,SCC)灌注过程中出现的轨道板上浮以及扣压装置受力过大的问题,基于耦合的欧拉-拉格朗日(Coupled Eulerian-Lagrangian, CEL)方法,建立直线地段CRTSⅢ型板式无砟轨道自密实混凝土灌注过程的流固耦合模型,从理论上研究不同施工参数对自密实混凝土灌注过程的影响规律和机理,重点分析漏斗高度、漏斗数量等参数对填充率、轨道板垂向和横向位移以及扣压装置受力等关键指标的影响.研究结果表明:漏斗高度与数量的增加均会减少灌注时间、提高施工效率,且增加漏斗数量的效果更明显;单孔灌注时的轨道板最大垂向位移出现在板边中部,双孔灌注时出现在观察孔附近,而最大横向位移仅出现在扣压装置附近;增加漏斗高度导致自密实混凝土对轨道板的压强增大,因而轨道板垂向与横向位移增加,扣压装置的垂向和横向力均增大;与单孔灌注相比,双孔灌注时轨道板上浮量、横向位移以及扣压装置受力明显增大.

应用Excel进行泡点与露点计算

泡点与露点计算是化工热力学课程中气液平衡计算的重要内容,也是教学中的难点。目前,教科书中只讲了计算方法,缺少实际计算的展示。本文介绍了微软电子表格Excel在泡点与露点计算中的应用。将已知量、待求量初值与计算公式输入电子表格的各单元格中,求出各组分的气相逸度与液相逸度,根据气液平衡准则,采用Excel多变量规划求解的强大计算功能,即可计算出混合物的泡点压力、泡点温度、露点压力与露点温度。计算过程简单明了,无需编程,方便教学演示,是一种值得推广的教学与实用计算方法。

带气囊结构航行体入水回收动力学特性研究

针对大尺度模型入水航行体的回收问题,为避免结构入水下落产生的过大入水深度对发射平台的安全造成威胁,并提升模型航行体的回收效率.文章设计了一种带气囊的航行体结构,认为气囊自空中释放并与航行体同步入水,经上浮后确保结构回收,并给出了模型具体的设计参数.同时基于耦合欧拉-拉格朗日(CEL)算法建立了带气囊结构入水回收的数值计算模型,结合相关球体入水以及AUV头段入水试验结果,验证了数值方法的有效性并选取了本模型的无关性网格尺度.在此基础上,开展了不同气囊体积下航行体垂直入水回收的计算,选取了该结构对应的最佳气囊体积.随后,针对不同入水参数(入水速度、攻角以及气囊固定位置)进行了带气囊结构航行体入水回收过程的对比分析.研究结果表明,气囊体积对回收效率的提升具有正相关作用,且在体积的选取中应兼顾回收效率与气囊内压响应;入水速度的增加诱导系统运动规模同步增加,不利于回收的进行;入水攻角以及气囊固定位置的不同造成不同阶段航行体偏转运动的差异,气囊固定在航行体中部且较大的入水攻角有利于航行体模型的入水回收.

对CELS算法在多重网格下的数值试验

求解不可压流体耦合方程的直接解法（CELS算法）在许多计算问题中体现了其优越性．多重网格法在加速数值计算的收敛速度方面也体现出了其有效性．本文把CELS算法在多重网格下实施，使用原始变量法，对圆管突扩通道和外掠后台阶的层流流动进行了计算，并与Armaly等人的实验数据进行了比较．结果表明，这种结合是很有效的．

基于CEL方法的航行体高速入水泡沫铝缓冲装置降载性能分析

航行体在入水过程中会受到强烈的冲击载荷,研究高速入水的降载技术,保证航行体安全可靠的入水具有十分重要的意义。数值模拟基于有限元方法,采用耦合欧拉拉格朗日求解器研究缓冲装置的降载特性,通过对比数值结果与圆柱入水实验,验证数值方法的有效性。对不同相对密度的泡沫铝的缓冲效果进行了对比,得到了一定入水速度下降载效果随泡沫铝相对密度不同而变化的规律。讨论了最优泡沫铝材料的参数随入水速度不同而变化的趋势,阐述了不同入水速度下泡沫铝材料参数的优化设计要点。表明缓冲材料的性能直接影响到航行体缓冲装置的降载效果。这些结论将有助于防撞结构以及受入水冲击结构的设计。

自升式钻井平台插拔桩对邻近平台变形和桩靴承载力的影响研究

自升式钻井平台桩靴插拔过程会扰动周边土体,使邻近平台桩靴基础的承载性能受到不利影响。基于弹性理论,求解桩靴脚印周边土体卸荷程度与影响范围,结合模型试验,揭示距插拔位置不同距离/直径(L/D)条件下土体强度的衰减规律;利用CEL大变形和桩靴脚印拟静力计算方法,分析某油田的自升式钻井平台桩靴插拔过程,揭示桩靴插拔对周边土体应力、邻近平台变形和桩靴承载力的影响规律。

用多重网格技术加速CELS算法的收敛

求解不可压流体耦合方程的直接解法（ＣＥＬＳ算法），在许多计算问题中体现了其优 越性。多重网格法在加速数值计算的收敛速度方面也体现出了其有效性。本文把ＣＥＬＳ算法 在多重网格下实施，使用原始变量法，对圆管突扩通道和驱动方腔二维层流流动进行了计算， 并与Ｋｏｓｅｆｆ等人的实验数据进行了比较。结果表明，ＣＥＬＳ算法对所考核的算例是很有效的， 多重网格技术对ＣＥＬＳ算法收敛进程的加这也是显著的。

基于修正Archard模型非连续接触的浮动球密封结构磨损行为研究

针对不连续接触磨损问题,以硬密封浮动球阀中浮动球密封结构为研究对象,将欧拉-拉格朗日耦合法(CEL)、全局网络重构法(ALE)、修正Archard模型与硬密封条件下的数值计算模型相结合,利用Abaqus子程序UMESHMOTION,实现对非连续接触密封结构的磨损仿真分析,探究流体介质压力、启闭速度及密封面宽度等对密封面磨损特性的影响规律,揭示不连续接触条件下的磨损机制;提出密封结构接触面全局磨损量均值(GWA)的评价方法。结果表明:非连续接触形式下,磨损较大位置出现应力集中;启闭速度和密封面宽度对密封面磨损影响较小;当V_(oc)为2 mm/s时GWA最小;当b_(m)为3.0 mm时GWA最小;流体介质压力对密封面磨损影响较大;非连续接触的磨损机理主要是磨粒磨损和疲劳磨损。研究结果可为不连续接触结构的优化设计提供理论基础和技术支撑。

不同底质条件下近海底爆炸冲击波载荷特性研究

近海底爆炸冲击波会对海底光缆、海底管道等设施造成严重的破坏,不同底质条件的冲击阻抗会影响冲击波的时空演化规律,因此,研究不同底质条件下近海底爆炸冲击波载荷具有重要的意义。基于耦合欧拉-拉格朗日方法建立近海底爆炸模型,探究海底底质对近海底爆炸冲击波载荷的影响,结果显示:测点角度在20°~50°范围内时,海底底质材料会显著影响冲击波峰值压力,近海底反射的影响随爆距比的增加而增强,当测点角度超出该范围时,该现象逐渐消失;海底底质影响范围不随底质的变化而变化,但是在不同底质条件下,受影响区域的反射系数截然不同,当海底底质较软时,海底底质影响区域内的冲击波反射系数在0.81~1.05之间,当海底底质为刚壁时,海底底质影响区域内的冲击波反射系数在0.98~1.33之间;水深不会导致冲击波峰值压力发生显著变化。

基于CEL法的柔性仿生机器鱼模型及巡游速度研究

为了研究柔性仿生机器鱼的设计参数(鱼体刚度、鱼体摆动频率、鱼体摆动幅值)对巡游速度的影响规律,并据此得出仿生机器鱼在达到较优巡游速度时的参数组合,文中首先根据耦合欧拉-拉格朗日(简称CEL)法的基本原理建立了柔性仿生机器鱼自主游动的流固耦合模型,然后通过正交试验得到不同组合的设计参数,并通过数值仿真模拟在不同参数组合下仿生机器鱼的巡游表现,最后根据仿真数据统计出各项设计参数对仿生机器鱼巡游速度的影响,并据此得到较优的参数组合。结果表明:CEL法能够考虑柔性仿生机器鱼在游动过程中的柔性变形,因而能够更加真实地反映实际情况中柔性仿生机器鱼的游动行为;在样本范围内,柔性仿生机器鱼模型的巡游速度随着鱼体刚度和鱼体摆动幅值的增加而呈现先增后减的趋势,随着鱼体摆动频率的增加呈现增加的趋势;在鱼体刚度(弹性模量)为30 MPa、鱼体摆动幅值为0.13倍体长、鱼体摆动频率为5.16 Hz时,柔性仿生机器鱼的巡游速度达到较高的水平。

计算域可变的CEL方法

为了更好地兼顾拉氏方法和欧拉方法各自的特长,提出一种可将拉氏介质映射到欧拉计算域的耦合欧拉-拉格朗日(CEL)方法。通过这种映射,将欧拉-拉格朗日重叠区域的接触面协调问题转换为欧拉区域内的多介质计算问题,简化了CEL方法的构造过程。通过与侵彻实验和结构对爆炸冲击波响应实验的比较,验证了新算法,计算结果与实验数据符合较好。

基于ALE,CEL和SPH方法的球形破片高速冲击充液结构对比研究

为研究ALE,CEL和SPH方法在高速冲击流固耦合动力学数值分析中的差异性,开展球形破片高速冲击充液结构数值模拟研究。建立经文献资料验证的ALE,CEL和SPH三种动力学模型,研究了流体压力变化、形成的空腔尺寸、破片速度衰减变化和充液结构变形等模拟精度,并分析相应的计算成本。结果表明,ALE,CEL和SPH三种方法均能有效模拟破片高速冲击充液结构的流固耦合动力学过程;ALE方法预测的空腔尺寸精度较高;CEL方法预测的流体压力、破片速度衰减和充液结构变形精度较高;SPH方法预测的空腔尺寸、破片速度衰减精度较高;当网格尺寸一致时,SPH方法计算时长约为ALE和CEL方法的两倍,但SPH方法前后处理更加简便。