基于流固耦合ALE理论的船桥碰撞试验和分析

以船桥碰撞为研究对象,对此现象进行了试验和数值模拟研究,基于流固耦合ALE(Arbitrary Lagrangian–Eulerian)分析理论,采用数值模拟的方法,对不同质量不同速度下的小球撞击桥墩进行了研究,小球撞击桥墩的撞击力合力与小球的质量和速度成正相关,撞击力时程曲线存在多个尖刺,且撞击过程为多次碰撞;试验合力峰值和数值模拟合力峰值的相关误差小于10%,证明了流固耦合ALE数值模拟的可行性及正确性。

基于梯度提升树的ALE图特征解释效果分析

理解特征效应有助于机器学习模型进行调优与预测结果解读,累积局部效应(ALE)图是一种独立于模型的黑盒预测特征解释新方法,文章基于梯度提升树分析其稳定性与解释效果。首先,推导输入特征服从联合高斯分布的累积局部效应与偏相关函数,分析特征间相关性的影响;其次,对估计的稳定性与特征效应解释的效果进行模拟研究,并提出将纵坐标统一设置用于特征选择参考;最后,针对实际数据集给出ALE图的应用实例,并将特征解释结论与传统统计模型显著性分析进行对比。

基于ALE算法的高速水射流对船体表面冲击特性研究

为探究水射流清洗附着物对船体表面的损伤影响,基于ALE算法研究了不同入射角θ和不同流速v冲击船体表面过程中射流的冲击压力特征和应力特征。结果显示,随着入射角θ增大,靶件所受冲击压力会出现水锤压力与滞止压力阶段。高压水射流动能在适当入射角θ增加,入射角过大(θ=20°)反而会使其降低。以一定入射角θ冲击靶体时,由于剪切效应加强靶体表面与内部应力分布比垂直冲击时更复杂,得出对船体表面材料影响最小的参数组合和最大主应力与射流参数入射角和速度的拟合公式。研究结果对水射流清洗船体表面附着物的应用具有较好的理论意义与实际应用价值。

强夯置换的ALE法仿真与夯击参数研究

为揭示强夯置换动态变形特征与地基加固变化规律,将基于有限差分原理的ALE法引入强夯置换仿真分析,建立三维ALE法强夯置换动力分析模型,模拟单次夯击与连续强夯置换地基加固过程,分析不同夯击参数对高能级强夯置换加固效果影响并应用于工程实例。结果表明:ALE法可描述碎石填料夯击流动变形,实现连续强夯置换仿真;回填碎石对夯击能吸收作用可削弱夯击地基加固效果,故采取“少填多夯”方式较合理;针对8000 kN·m高能级强夯置换,采用2.5 m夯锤直径有利于地基加固深度向下发展;夯锤高径比在0.3~0.5时能充分利用夯击能形成承载力均衡的复合地基结构,研究结论可为夯击参数比选提供依据。

ALE方法评估黏土场地的自升式平台桩靴承载力

为研究自升式平台桩靴在黏土场地中的极限承载力,建立Abaqus桩靴-土模型,采用任意拉格朗日-欧拉(Arbitrary Lagrangian-Eulerian,ALE)方法对桩靴的贯入过程进行模拟,提出大值法、中值法、小值法等3种数据处理方法,并拟合桩靴承载力估算公式。将模拟计算结果与SNAME规范公式计算结果进行对比分析,对比结果证明ALE方法模拟桩靴贯入的可行性。为提高工程的安全性,提出对SNAME公式计算结果进行折减的具体公式,以使其与ALE小值法处理结果更吻合。

基于ALE算法的水射流破土特性

为探究水射流破土过程中射流参数对破土特性的影响,通过拉格朗日-欧拉方法(Arbitrary Lagrange-Euler, ALE)流固耦合算法建立了淹没状态下水射流破土的数值模型,开展水射流破土的室内试验验证了数值计算结果的准确性。基于数值模型分析不同射流速度和靶距下冲蚀深度与体积的变化特征,探讨射流参数对破土特性的影响机制。研究结果表明:水射流破土形成的冲蚀深度随着射流速度的增大而逐渐变大,且随着射流时间的增加会呈现线性增长、缓慢稳定增长和稳定三个阶段;靶距越大冲蚀深度越小,但冲蚀体积受射流速度的影响较大,在低速时冲蚀体积随靶距的减小而增大,而在高速时冲蚀体积则会先减小后增大再减小;基于试验结果分析敏感性可知射流速度对冲蚀深度与体积的影响程度要大于靶距。

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ALE的充气式海上围栏系统气囊单元优化设计

针对充气式海上围栏系统的气囊单元选型,在单层单气室气囊的基础上提出单层多气室气囊、双层多气室气囊两种改进型,建立静水海域中小艇以10、20、30 m/s的初速度垂直撞击气囊中部3种典型拦截场景.基于任意拉格朗日-欧拉(ALE)算法,应用有限元软件LS-DYNA进行数值模拟,通过小艇的最大碰撞力、最大反向加速度、单元失效比等数据,分析单层单气室气囊、单层多气室气囊、双层多气室气囊3种气囊单元对来袭小艇的拦截效果,发现双层多气室气囊的拦截能力最强.借助正交试验进一步优化双层多气室气囊的设计参数.通过优化后的结果发现,优化后的双层多气室气囊的最大碰撞力相比原设计方案提高了9%,显著提高了气囊的拦截能力.

基于ALE方法研究面料透气性对非接触吸附效果的影响

针对非接触拾取面料时,易出现吸附不稳定、掉落和不易分层等现象的问题,探究面料透气性对吸附效果的影响。将面料等效成多孔介质,基于ALE(arbitrary Lagrange-Euler)方法,建立结构场与流场相互作用的流固耦合模型,对3种不同透气性面料吸附过程进行数值模拟,通过吸附试验和压力分布测量验证模型的有效性。结果表明,面料的透气率对吸附效果有较大影响,透气率与吸附力呈负相关,相关系数为-0.934,即透气率越高,吸附力越小。研究可为后续面料非接触吸附时的进气压力变量控制给予指导。

基于ALE方法的柔性飘带阻力特性研究

柔性飘带作为弹丸尾部稳定器,能够为弹丸提供稳定力矩,并具有其独特的优势。文中基于任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法,对柔性飘带的流固耦合过程进行数值模拟,将模拟结果与文献风洞实验对比,验证了数值方法的有效性。通过数值模拟,研究了来流速度、飘带材料属性以及飘带形状对其阻力特性的影响,所得结论可为柔性飘带稳定弹丸的研究提供参考。

基于Lagrange、ALE和SPH算法的接触爆炸模拟计算

运用LS-DYNA软件的Lagrange、ALE和SPH三种不同算法对炸药在钢筋混凝土板表面触爆进行了数值模拟,3种算法都模拟了表面触爆下炸药爆轰及混凝土板破坏的全过程。通过实际算例从模型建立、计算结果和计算时间3个方面对比分析了3种不同算法的优缺点,从而为爆炸效应数值模拟方法上提供一些建议和参考。

爆炸冲击波对玻璃幕墙破坏作用的多物质ALE有限元模拟

应用LS-DYNA显式程序,基于多物质的ALE有限元法,利用罚函数实现了爆炸冲击波与玻璃幕墙结构间的耦合作用,重现了玻璃幕墙防爆炸实验中爆炸荷载的产生及其与玻璃幕墙相互作用的三维动态过程。研究了爆炸冲击波作用下幕墙结构的动态响应行为,分析了幕墙内外层玻璃的破坏情况。研究表明,数值模拟结果与实验结果一致,这为玻璃幕墙的抗爆设计及改进提供了重要的参考依据。

ALE有限元方法中的网格运动算法

基于新的网格单元畸变度量体系 ,设计了一种新的网格运动算法 .该算法将求解节点位移(速度 )的问题转化成求解无约束最优化问题 .通过偏导数等于零 ,得到求解位移向量的显式表达式 ,算法具有设计合理、实现简便、计算量小等特点 .该算法可由二维情形推广到三维的情形 .二维和三维算例验证了算法的有效性 .

非线性晃动问题的 ALE 边界元方法

利用ＡＬＥ（任意的Ｌａｇｒａｎｇｅ－Ｅｕｌｅｒ）边界元方法数值求解了具有自由液面的非线性晃动问题，即受外力激励下流体的非线性振动问题。把ＡＬＥ有限元方法的思想应用到边界元方法中，得到了ＡＬＥ边界元方法。对于自由液面的非线性动力边界条件，应用Ｇａｌｅｒｋｉｎ加权方法进行了有限元数值离散。为了增加求解精度，对动力边界条件提出了增加误差修正项的数值求解方法。对时间变量采用Ｎｅｗｍａｒｋ方法进行离散。推导了系统非线性方程的预测－多次校正法迭代格式。进行了算例分析与比较，得到了令人比较满意的结果。

ALE方法及SPH方法模拟高速射流破土过程的对比

针对现有大多数数值方法模拟射流冲刷时无法形象地描述砂土运动情况,同时无合适的方法研究高速射流破土问题,采用ALE和SPH两种方法对比分析了破土形态、破土过程、破土时砂土内部的应力变化及破土后与试验坑形的差异。结果表明,SPH和ALE方法均可模拟射流冲刷,但SPH方法比ALE方法简单,而ALE方法较SPH方法更加逼真,在实际应用时可根据自身需要研究的对象类型及条件来决定。

基于ALE的高速列车声屏障脉动力数值模拟研究

随着环境友好型铁路建设的发展要求,声屏障作为有效的降噪手段得到广泛的应用,脉动力是声屏障动力设计中必须控制的因素。基于ALE方法构建高速列车、声屏障、空气三维数值模型,对列车经过声屏障时产生的脉动力过程进行仿真。分析声屏障脉动力分布特性及脉动力时程变化特性,分析列车运行速度、声屏障高度、与股道中心线距离等因素对脉动力的影响规律,数值模型求解采用并行计算技术,分析并行区域分解方案对并行效率及加速比的影响。本文研究结果为高速铁路声屏障结构设计提供参考依据。

基于ALE方程的动网格膛口流场数值研究

基于ALE(Arbitrary Lagrangian-Eulerian Equation)方程的有限体积法,采用高精度Roe方法及结构化动网格,利用嵌入网格技术及动边界条件,对弹丸由膛内高压气体推动射出到完全飞离初始流场的整个过程进行了数值模拟。根据数值结果绘制了膛口流场密度和压力分布的时序图,形象地再现了膛口流场中初始激波、弓形激波及膛口冲击波,以及接触间断、漩涡和剪切层等的动力学发展过程。结果基本反映了膛口流场的典型变化特征,为进一步研究真实膛口流场(如带化学反应、湍流等)奠定了基础。

折叠气囊展开过程CV和ALE数值模拟方法对比研究

文中首先给出一种折叠气囊网格的简单划法;然后用基于热力学的CV法和考虑高速气体与气囊织物相互作用的ALE法对驾驶员侧气囊展开进行了数值模拟,并对两种方法的模拟结果进行了对比。结果表明:CV方法尽管计算简单,但不适合于离位情况下气囊展开过程的模拟,建议使用ALE方法。

衬套内爆ALE方法二维MHD数值模拟

作者在详细介绍了衬套内爆二维磁流体(MHD)力学模拟的ALE方法的基础上,运用算子分裂技术将MHD力学方程组分裂成热扩散、磁扩散、Lagrangian流动、网格生成和对流输运4步求解.作者对Frese等人的Lagrangian流动步方法进行了改进,消除了其拉氏计算的质量损失.编制了二维计算程序并通过验证,获得的二维衬套内爆不稳定性发展与Doughlas和Liberman等人的结果相吻合.

基于ALE有限元法的铝型材挤压成形的数值模拟

运用基于任意拉格朗日-欧拉(ALE)有限元法的专用模拟软件HyperXtrude对一空心铝合金型材挤压过程进行稳态模拟,获得挤压稳态阶段金属流动的速度场、温度场、应变速率场和应力场的分布规律,并对模拟结果与实际的试模情况进行了对比分析,二者变形趋势基本吻合,证明该方法可以预测实际挤压过程中可能出现的潜在缺陷,为工艺参数的选择和模具设计提供了理论依据。