功能梯度材料热弹性分析的高阶格点型有限体积法

为提高功能梯度材料(FGMs)热弹性分析的准确性,本文发展了一种二维高阶格点型有限体积法(CV-FVM)。该方法采用八节点四边形单元(Q8)和六节点三角形单元(T6)离散控制方程,并利用交错网格技术,将材料属性定义于单元中心,将待求解的未知变量定义于单元节点。应用该方法求解FGMs的热传导、应力和热应力问题,结果与文献中的解析值吻合良好,验证了其正确性。在计算存在大温度梯度的FGMs热传导问题时,高阶CV-FVM能够有效避免数值振荡;在进行复杂FGMs热弹性分析时,高阶CV-FVM能够有效避免数值不连续问题;同时,在相同的网格数下,采用Q8单元的高阶CV-FVM比低阶CV-FVM和采用T6单元的高阶CV-FVM计算精度要高。

二维功能梯度材料热传导格点型有限体积法研究

为了分析二维功能梯度材料热传导问题,发展格点型有限体积法,本文利用交错网格技术处理任意空间分布的材料物性,并使用C++语言开发数值求解程序。利用该程序分析不同网格类型下功能梯度材料圆环和不同边界条件下功能梯度材料板的热传导问题。结果表明:发展的格点型有限体积法对于线性三角形单元及双线性四边形单元的适用性良好,不同边界条件下格点型有限体积法解与解析解的误差不超过±0.12%,验证了求解程序的正确性。与有限元及解析解结果对比发现,当结构角点处存在剧烈温度变化且网格较为粗糙时,有限元结果出现数值振荡的现象,而格点型有限体积法结果仍然合理。分析表明:对于复杂的功能梯度材料热传导问题,格点型有限体积法比有限元方法具有更好的数值稳定性。

多极子随钻声波测井波场模拟与采集模式分析

应用三维非均匀交错网格有限差分程序模拟了多极子随钻声波测井的波场,考察了硬地层中单极子随钻声波测井响应及软地层中声源频率对多极子随钻声波测井的影响;计算了接收阵列波形的时域相干谱及频散特征,结果表明随钻测井仪器居中时,在硬地层中可以直接利用单极子声系得到地层横波速度,但地层纵波受到钻铤波的极大干扰.而在软地层中可以利用单极子声系直接测得地层纵波速度,但地层横波速度则需要使用工作在较低频率下的四极子随钻声波仪来测得,此时测井频段又会落入钻井噪声频带而受到影响.为此本文提出数值模拟手段结合物理实验的方法得到钻铤波的影响,在实际测井中通过信号处理方法而不是用在仪器本体上刻槽的方式来更完全地消除钻铤的影响.为了避免钻井噪声的影响,本文提出六极子随钻声波仪更适合软地层的横波测量.本文用数值实验结果来说明这些方法的可行性.

管桩低应变检测中的三维效应分析

建立了三维柱坐标下桩土系统瞬态振动的计算模型,根据弹性动力学方程、边界条件和初始条件,确立了定解问题.利用交错网格有限差分法编制了相应计算程序,得出该定解问题的数值解,探讨了完整桩在竖向激振力作用下的瞬态动力响应,给出了桩顶不同位置的速度时程灰度图,并比较了桩顶与桩底各点竖向速度时程曲线的差别.基于管桩的低应变完整性测试数据,验证了该数值算法的可靠性及其反映波在管桩中传播的三维效应的可行性.在实际检测过程中,特别是在三维波动方程无法求得解析解的条件下,该数值计算结果具有一定的指导意义.

三维方位各向异性介质数值模拟及波场分析

采用交错网格技术将速度-应力方程中的速度对时间的导数转化为应力对空间的导数,将弹性波动方程表示为与二阶双曲方程等价的一阶应力-速度公式,以实现三维三分量地震波场模拟。对获得的波场快照、VSP记录图像和地面记录图像进行波场分析,发现在波场图像中存在明显的拟P波、拟快横波和慢横波,还出现了横波分裂、横波分裂盲区及波面三分叉等地震波在方位各向异性介质传播时产生的特殊现象。研究结果表明,用交错网格三维模拟方法研究方位各向异性介质对方位各向异性介质中地震波传播反演能起到很强的辅助作用。

高阶交错网格有限差分弹性波场模拟的精度分析

交错网格波场数值模拟是目前地震正演中广泛使用的方法,为对比分析不同阶数的差分格式下产生的计算效率和精度差异,重新推导了弹性波方程的4种时间4阶、空间2N阶的差分公式及系数,并计算了他们的稳定性条件。利用这4种差分格式进行弹性波场数值模拟,对比分析了波场快照、合成地震记录及CPU时间。结果表明:时间4阶、空间6+6阶精度的交错网格有限差分方法在进行地震波场数值模拟时具有较高的计算精度和计算效率。

原始变量法计算封闭腔内自然对流

在文献[1,2]的基础上,利用原始变量法求解封闭腔内自然对流换热问题.对求解域采用非等距交错网格剖分,利用泰勒级数于网格点展开取二阶精度进行(u,v,θ)方程各项的离散,采用SIMPLE方法对压力及压力修正进行求解.不同瑞利数(Ra)条件下的数值试验显示,该数值方法物理概念清晰,计算稳定.可通过调节网格的疏密等方法,达到改善求解的收敛及提高求解的精度等目的.

某工程中玻璃幕墙结构对主体结构设计的影响

玻璃幕墙在常规的建筑设计中主要起维护与美观的作用,一般不考虑其对整体建筑的结构贡献,认为幕墙结构是一种附属结构,且相对主体结构其自身刚度较弱故可忽略不计。但对于一些特殊工程,当幕墙结构自成体系且自身刚度较大时,必须考虑其与主体结构之间的相互作用及对整个建筑的结构作用。从一实际工程入手,研究了幕墙的结构作用对整体结构受力性能的影响,并发现可以通过调整幕墙结构支座的约束度来调节它对整体结构刚度的贡献。

双相介质瑞雷面波有限差分正演模拟

为了研究双相介质瑞雷面波的形成机制及传播规律,促进瑞雷面波资料处理方法的发展。文章根据弹性波动方程,采用交错网格有限差分算法,对二维各向同性弹性介质做解析解与数值解的对比,在此基础上,将PML吸收边界条件,改进的镜像法应用于双相介质波动方程中,并作了稳定性分析,对双相介质水平层状、起伏分界面等典型模型瑞雷面波及体波在内的全波场进行研究。结果表明:基于弹性介质解析解与数值解的对比,在误差接受范围内,研究双相介质是可行的;把稍作改进的镜像法应用于双相介质中,能够有效地处理瑞雷面波自由边界问题;通过详细分析双相介质瑞雷面波及体波在内的全波场的信息,对以双相介质为基础的地震波勘探有一定的指导作用。

原始变量时间推进法计算封闭腔内自然对流换热

发展了一种原始变量时间推进数值方法,对求解域采用非等距交错网格剖分,对方程组各项的离散,是利用泰勒级数于网格点展开取二阶精度进行,对压力及压力修正的求解,则是采用SIMPLE方法进行。将该数值方法应用于封闭方腔层流自然对流换热的计算,对不同瑞利数(Ra)条件下的数值试验显示,该数值方法物理概念清晰,计算稳定,计算结果精度高。

交错网格地震波场模拟及频散校正策略

交错网格高阶差分解法是地震波场模拟的一种有效方法。较大的时间延拓步长可以提高效率,但可能引起算法不稳定,使模拟无法进行。因此,对于空间网格大小和时间步长的选择要适中。虽然震源子波的主频对模拟精度的影响不大,但适当提高震源子波的主频,可以提高地震波对于薄层的分辨率。FCT方法能够有效地压制数值频散,将FCT方法与交错网格有限差分法相结合,可以提高波场模拟的精度和运算效率。

交错网格上的压力Poisson方程法和抛射法的本质相容性

通过保留压力Poisson方程源项中的粘性项,建立了交错网格上的一种求解压力Poisson方程的新方法.该方法的推导过程显示,新建立的压力方程与抛射法中的压力方程具有相同的形式.数值计算显示这两种求解压力的方法不会影响速度和压力的结果,而且计算耗时相当.

一阶弹性波交错网格时间高阶差分格式及稳定性分析

弹性波模拟或逆时偏移时,对空间偏导数采用高阶差分格式可提高计算精度,但这种算法的稳定性条件过于严格,要求差分离散的时间步长必须足够小以确保算法稳定。在常规空间高阶差分格式的基础上,将速度(应力)对时间的高阶导数转化为不同精度的应力(速度)对空间的差分,得到了一种新的基于交错网格的时间高阶、空间高阶差分格式。通过对交错网格时间高阶差分格式稳定性的分析,认为该算法的稳定性条件较常规算法宽松,在弹性波场的求解过程中可以采用更大的时间步长。

宽频双程走时计算方法及其波场照明分析

为了准确模拟任意主频情况下的初至走时和照明,应用高阶交错网格有限差分法进行了时域双程波动方程正演数值模拟,拾取最大振幅能量节点位置对应的旅行时间作为初至走时。以均匀介质为例,对比研究了本文方法与解析走时和高频近似走时(基于程函方程)在不同主频情况下的双程走时结果,指出在主频较高时三者最为接近。以Marmousi模型为例,计算了不同主频对应的初至走时及其振幅能量。综合分析表明,低主频存在较大的旅行时计算误差,不同的主频可以照明不同尺度的介质变化,从而指导实际地震资料的数字处理。

基于波动方程有限差分数值模拟及FCT消频散分析

随着地震勘探与开发的不断进行,正演数值模拟仍然扮演着重要的角色。在基于波动方程的有限差分数值模拟过程中,往往会由于网格离散化而不可避免地产生数值频散现象。而数值频散一般会给模拟结果带来严重影响,因此减弱或消除这种频散问题显得尤为必要。在前人的研究前提下,基于各向同性介质(均匀介质、层状介质)的地震波方程采用交错网格有限差分进行数值模拟,并引进通量校正传输的方法(FCT)来进行对比分析数值频散问题。通过对不同情况下波场快照的分析对比,可以得到该方法可以有效的消除(网格离散)数值频散现象,特别对于采样间隔较大的网格模拟尤为突出,可以大大改善数值模拟的结果,是一种有效的消频散技术。

孔隙内填充单一固体的固-固孔隙介质中的声波传播

连通孔隙空间被有别于骨架固体的另一种固相介质充填而形成的双组分连通固体孔隙介质,简称固-固孔隙介质.推导出了固-固孔隙介质的声波动力学方程和本构关系,利用平面波分析的方法研究了各种波的频散和衰减特性.在此基础上,提出了基于一阶速度-应力方程的时间分裂的高阶交错网格有限差分算法,对其中的声场演化特点进行了模拟计算,分析了各种波的产生机制和能量分布,并详细讨论了两种固体间的摩擦系数和声源频率对各种波传播特性的影响.数值模拟表明:固-固孔隙介质中存在两种纵波(P1和P2)和两种横波(S1和S2),其中P1和S1波能量主要在骨架固体中传播;P2和S2波是骨架固体和孔隙固体之间相对运动产生的慢波,能量主要在孔隙固体中传播.固体骨架和孔隙固体之间的摩擦主要影响慢波(P2和S2)的衰减,且低频时衰减大于高频.

预应力孔道超声检测回波法数值模拟的频散特性分析

利用有限差分超声脉冲回波法对预应力梁压浆孔道的注浆密实性进行数值模拟时,波动方程的数值频散会严重影响波场模拟的精度和分辨率。针对所采用的交错网格有限差分方法,本文从空间网格离散、时间网格离散两方面分析了网格间距、差分精度、介质速度和时间步长等因素对数值频散的影响,指出由频散导致的假频现象及其主要特点。数值算例和模型正演结果表明:高阶交错网格有限差分用于预应力梁中的超声脉冲数值模拟可压制回波频散,有利于提高波场数值模拟的精度和效率。

宿迁开发区光电中心光电塔结构设计

宿迁开发区光电中心光电塔结构采用交叉网格筒中筒钢结构体系,基础形式为桩基础。光电塔表皮为复杂异形曲面,塔处于高烈度区且受风荷载大,如何确定结构的空间布置、设计复杂结构及其连接节点为设计难点。介绍了光电塔结构体系、杆件截面形式及设计目标;基于MIDAS Gen,YJK软件对上部结构进行了计算以确保分析结果的可靠性,在计算时除考虑恒荷载、活荷载、风荷载、地震作用外,还考虑了温度作用,并对结构的整体稳定性进行了分析;对典型复杂节点受力性能以及基于CATIA二次开发技术进行节点设计及其施工图生成进行了初步介绍。计算结果表明设计目标均满足规范要求。