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有限体积法的实体结构疲劳可靠性分析

哈尔滨工程大学学报 2017年第9期38卷 1413-1419页

作者：于艳春李建操陈卫东路胜卓东北农业大学水利与土木工程学院黑龙江哈尔滨150030 滁州学院地理信息与旅游学院安徽滁州239000 哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院黑龙江哈尔滨150001

为了提高实体结构系统疲劳可靠性的计算效率,本文采用有限体积法研究了实体结构系统的疲劳可靠性问题。通过依据累积损伤模型对结构元件的疲劳可靠性进行分析,建立了实体结构系统的分析模型,分析了实体结构系统疲劳失效机理和判别方法... 详细信息

为了提高实体结构系统疲劳可靠性的计算效率,本文采用有限体积法研究了实体结构系统的疲劳可靠性问题。通过依据累积损伤模型对结构元件的疲劳可靠性进行分析,建立了实体结构系统的分析模型,分析了实体结构系统疲劳失效机理和判别方法。本文利用改进的分支限界法搜索了结构系统的主要失效模式,采用简化的疲劳可靠性分析方法计算了结构系统的疲劳可靠度。通过算例分析,得到的结构系统疲劳可靠度的计算结果在简单界值法的估算范围内,且随着疲劳载荷循环次数的增加可靠度不断减小。该计算结果的趋势是正确的、符合客观实际的,证明了提出方法的正确性,为结构系统疲劳可靠性分析提供理论基础。

关键词：有限体积法疲劳可靠性结构系统失效模式累积损伤分支限界法实体结构失效机理

基于格点型有限体积法的直流电测深2.5维正演模拟

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中南大学学报（自然科学版） 2023年第7期54卷 2758-2767页

作者：欧阳黎明赵煊煊童孝忠谢维李欢中南大学地球科学与信息物理学院湖南长沙410083 湖南省国土空间调查监测所湖南长沙410129 山西省煤炭地质物探测绘院有限公司山西晋中030600

采用格点型有限体积法,建立直流电测深2.5维正演模拟算法。首先,从点电源电位所满足的边值问题出发,导出格点型有限体积法控制方程的离散表达式,对边界条件近似处理后求解线性方程组即得离散电位数值解。其次,通过模拟计算均匀半空间模... 详细信息

采用格点型有限体积法,建立直流电测深2.5维正演模拟算法。首先,从点电源电位所满足的边值问题出发,导出格点型有限体积法控制方程的离散表达式,对边界条件近似处理后求解线性方程组即得离散电位数值解。其次,通过模拟计算均匀半空间模型和一维层状介质模型,与解析法计算结果对比,验证格点型有限体积正演算法的正确性和稳定性。分别采用本文建立的直流电测深2.5维正演模拟算法、Res2dmod开源软件构建的有限差分算法对典型二维地电模型进行正演模拟,得到2种算法的视电阻率拟断面图。研究结果表明:直流电测深2.5维正演模拟算法在一维求解域内的计算结果与解析解之间的相对误差小于2%,满足数值计算精度要求;该算法能定性判断异常体电阻率与围岩电阻率相对大小和异常体的空间展布,与经过验证的成熟软件Res2dmod相比较,电阻率数值解的绝对误差不超过3.4Ω·m,证明该算法能正确分析直流电测深2.5维异常响应规律,可为实测数据的定性解释提供指导。

关键词：直流电测深正演模拟有限体积法格点型 2.5维

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输水管道水锤与流固耦合5阶有限体积法模型

力学学报 2023年第8期55卷 1637-1648页

作者：曹云周领方浩宇车同川河海大学水利水电学院南京210098 河海大学长江保护与绿色发展研究院南京210098

针对输水管道水锤与流固耦合瞬变流现象,采用有限体积5阶精度WENO/MWENO求解格式进行建模和模拟研究.在水锤和流固耦合基本控制方程中引入动态摩阻,并在流固耦合模型中考虑管道径向形变的影响,采用5阶WENO/MWENO格式求解.提出三虚拟边... 详细信息

针对输水管道水锤与流固耦合瞬变流现象,采用有限体积5阶精度WENO/MWENO求解格式进行建模和模拟研究.在水锤和流固耦合基本控制方程中引入动态摩阻,并在流固耦合模型中考虑管道径向形变的影响,采用5阶WENO/MWENO格式求解.提出三虚拟边界单元法进行边界条件计算,既保证边界单元体精度达到5阶精度,同时又简化计算过程;采用具有3阶时空精度的龙格-库塔法进行时间积分,保证时步迭代过程中的计算精度.将本文所建模型计算结果与已有模型解析解进行对比,分析5阶有限体积法模型的计算精度和效率.结果表明:文章模型具有较高的适用性,其能更好地模拟输水管道水锤与流固耦合的瞬时压力波动,有效避免模拟结果出现虚假数值振荡;与2阶模型相比,5阶模型具有更高的计算精度和效率.

关键词：水锤流固耦合有限体积法 5阶精度格式瞬变流

基于近场动力学与有限体积法耦合的裂隙岩体渗流模拟

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同济大学学报（自然科学版） 2022年第9期50卷 1251-1263页

作者：李卓徽周宗青高成路张道生白松松浙江大学建筑工程学院浙江杭州310058 山东大学齐鲁交通学院山东济南250002 陆军勤务学院军事设施系重庆401311

考虑在不降低求解精度的情况下有效地减少计算量,基于有效应力原理提出了一种有限体积法与近场动力学耦合的方法来模拟饱和孔隙裂隙介质中水力裂缝扩展问题。首先,通过多孔介质渗流模拟算例验证了所提方法的有效性;其次,通过几个数值算... 详细信息

考虑在不降低求解精度的情况下有效地减少计算量,基于有效应力原理提出了一种有限体积法与近场动力学耦合的方法来模拟饱和孔隙裂隙介质中水力裂缝扩展问题。首先,通过多孔介质渗流模拟算例验证了所提方法的有效性;其次,通过几个数值算例进一步验证了该方法在流体驱动下模拟饱和裂隙孔隙介质中裂纹扩展的能力和主要特点;最后,通过对5个工况的模拟,展现了围压差对水力压裂裂缝扩展具有诱导作用的现象。同时,将该耦合方法的数值模拟结果与其他数值、解析结果或试验结果相对比,进一步说明所提出的耦合方法能够有效模拟岩石流固耦合的力学扩展破裂过程。

关键词：流固耦合近场动力学有限体积法裂隙岩体

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基于格点型有限体积法的大地电磁二维正演

中国有色金属学报 2023年第5期33卷 1682-1694页

作者：童孝忠谢维中南大学地球科学与信息物理学院长沙410083 中南大学有色资源与地质灾害探查湖南省重点实验室长沙410083

伴随着大地电磁勘探方法的广泛应用,发展精确和快速的正反演算法成为应用地球物理学者和工程师们的研究重点。考虑到在大多数二维地电模型中,大地电磁响应不存在解析解,本文建立了格点型有限体积正演模拟算法。首先,从大地电磁场满足的... 详细信息

伴随着大地电磁勘探方法的广泛应用,发展精确和快速的正反演算法成为应用地球物理学者和工程师们的研究重点。考虑到在大多数二维地电模型中,大地电磁响应不存在解析解,本文建立了格点型有限体积正演模拟算法。首先,从大地电磁场满足的变系数亥姆霍兹方程边值问题出发,导出了格点型有限体积法控制方程的离散表达式,对边界条件进行近似处理后求解线性方程组,得到大地电磁场数值解。其次,通过对均匀半空间模型和一维介质模型的模拟计算,与解析法计算结果对比,验证了有限体积正演算法的正确性和稳定性,并分析了纵向单元剖分间距对大地电磁响应的影响。然后,利用格点型有限体积算法精确地计算了COMMEMI 2D-1模型的大地电磁响应值,该方法的计算消耗和精度都优于有限差分法。最后,通过对典型二维地电模型的大地电磁响应模拟,总结了异常响应规律,可为实测数据的定性解释提供指导。

关键词：大地电磁法正演模拟有限体积法格点型二维模型

基于有限体积法的地表径流与土壤水流耦合分析

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浙江大学学报（工学版） 2022年第5期56卷 947-955页

作者：李根韩同春吴俊扬张宇浙江大学建筑工程学院浙江杭州310058

为了考虑强降雨条件下地表径流对土体入渗的影响,将地表径流模型同土壤水流模型进行耦合分析.采用Navier-Stokes方程模拟地表径流,采用Richards方程模拟土壤水流,2种方程均采用有限体积法求解.在相同计算条件下,将耦合模型数值模拟结果... 详细信息

为了考虑强降雨条件下地表径流对土体入渗的影响,将地表径流模型同土壤水流模型进行耦合分析.采用Navier-Stokes方程模拟地表径流,采用Richards方程模拟土壤水流,2种方程均采用有限体积法求解.在相同计算条件下,将耦合模型数值模拟结果与SEEP/W计算结果进行对比,以验证耦合模型的正确性,根据耦合模型计算边坡在强降雨条件下的入渗情况.研究发现,在地表径流条件下,边坡坡顶和坡底水头相差较大,坡顶和坡底入渗深度存在明显差异,说明地表径流对土体的入渗有着较大的提高.研究表明,随着地表径流的增强,土坡入渗强度提高.

关键词：地表径流土体入渗数值模拟有限体积法耦合模型

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黏弹性管道水柱分离弥合水锤有限体积法模型

力学学报 2022年第7期54卷 1952-1959页

作者：王宁周领李赟杰潘天文河海大学水利水电学院南京210098 河海大学长江保护与绿色发展研究院南京210098 长江勘测规划设计研究有限责任公司武汉430010

基于有限体积法二阶Godunov求解格式对黏弹性输水管道中水柱分离弥合现象进行建模和模拟研究.在传统的弹性管道模型基础上考虑管道黏弹性效应的影响.在瞬变流控制方程中引入管道黏弹性项和动态摩阻项,采用有限体积法进行求解,考虑压力... 详细信息

基于有限体积法二阶Godunov求解格式对黏弹性输水管道中水柱分离弥合现象进行建模和模拟研究.在传统的弹性管道模型基础上考虑管道黏弹性效应的影响.在瞬变流控制方程中引入管道黏弹性项和动态摩阻项,采用有限体积法进行求解,考虑压力修正系数来模拟自由气体对计算单元的影响,同时为避免数值模拟结果产生虚假震荡引入斜率限制器MINMOD函数;通过虚拟单元法进行边界构建,实现了计算区域的统一计算.将所建模型计算结果与已有模型结果、试验结果进行对比,并对影响模型的各参数进行敏感性分析.结果表明,本文模型能够准确模拟出纯水锤、水柱分离弥合水锤两种情况下的瞬态压力变化,均能与试验数据高度吻合;与传统的特征线方法相比,当库朗数C_(r)小于1时,有限体积法二阶Godunov格式计算结果更准确、稳定;在压力波动的衰减过程中,黏弹性效应相比于管道摩阻起主导作用;与弹性管道模型相比,考虑管道黏弹性效应后可显著提高模拟结果的准确性,尤其是压力波峰值的相对误差明显降低.

关键词：水柱分离弥合有限体积法 Godunov格式黏弹性管道动态摩阻

Walsh函数有限体积法的多重网格特征研究

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力学学报 2022年第12期54卷 3418-3429页

作者：王刚干源任炯西北工业大学航空学院西安710072

Walsh函数有限体积法(FVM-WBF)是一种能够在网格内部捕捉间断的新型数值方法.持续增加Walsh基函数数目能够稳步提高FVM-WBF方法的求解分辨率,但计算量暴发式增长和收敛速度下降的问题也会同步出现.针对Walsh基函数数目增加而引起的计算... 详细信息

Walsh函数有限体积法(FVM-WBF)是一种能够在网格内部捕捉间断的新型数值方法.持续增加Walsh基函数数目能够稳步提高FVM-WBF方法的求解分辨率,但计算量暴发式增长和收敛速度下降的问题也会同步出现.针对Walsh基函数数目增加而引起的计算效率问题,本文分析了Walsh基函数及其系数所能影响的网格单元局部均值区域尺度,发现其中隐含类似多重网格的尺度特征,据此提出一种结合多重网格策略的FVM-WBF方法.在定常流场计算中根据各级Walsh基函数影响尺度的不同,对每级Walsh基函数设置满足其稳定性约束的时间步长,在时间推进求解的过程中快速消除不同波长的数值误差,实现多重网格的加速收敛效果.选取NACA0012翼型和二维圆柱的定常无黏绕流问题作为算例,对引入多重网格策略的FVM-WBF方法和不考虑多重网格策略的FVM-WBF方法进行对比测试.数值结果证实:新发展的FVM-WBF方法具备多重网格的关键特征,在不增加任何特殊处理和计算量的情况下,只需通过时间步长的调整,就能够达到多重网格的加速效果,显著提升计算效率.

关键词： Walsh函数有限体积法多重网格间断收敛速度

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抽水蓄能电站水力瞬变的有限体积法建模模拟

哈尔滨工业大学学报 2022年第6期54卷 79-86页

作者：周领吴金远王丰刘静卢坤铭河海大学水利水电学院南京210098 扬州大学水利科学与工程学院江苏扬州225009 中国三峡建工(集团)有限公司成都610041

针对抽水蓄能电站管道内水力瞬变问题,采用二阶有限体积法(Finite Volume Method,FVM)Godunov格式进行数值建模和模拟。首先根据有限体积法将数学模型的控制方程进行离散,采用Riemann求解器进行通量计算。为了得到二阶精度的Godunov格式... 详细信息

针对抽水蓄能电站管道内水力瞬变问题,采用二阶有限体积法(Finite Volume Method,FVM)Godunov格式进行数值建模和模拟。首先根据有限体积法将数学模型的控制方程进行离散,采用Riemann求解器进行通量计算。为了得到二阶精度的Godunov格式,避免数据重构时产生虚假振荡,引入并分析比较了3种不同的斜率限制器。机组全特性曲线采用改进的Suter变换,在边界处加入虚拟边界,并与机组边界控制方程相结合,实现了管道内部控制体与边界处计算的统一性。将本研究所建数学模型计算结果与传统特征线法(Method of Characteristics,MOC)计算结果、实测值进行对比,并分析了相关参数的敏感性。结果表明:在库朗数等于1时,二阶FVM与MOC计算结果相同,当库朗数小于1时,FVM计算结果比MOC更准确、更稳定;针对抽蓄机组甩负荷过程,二阶FVM的机组转速计算值与实测值基本吻合,且比MOC计算结果更接近实测值;在抽水蓄能电站水力瞬变计算中,MOC需要对不同特性的管道内水锤波速进行调整,不仅增加计算复杂性,也会产生计算误差;而FVM只需降低库朗数,计算简单方便,且精度更高。因此,本研究提供了一种稳定、精确的水力瞬变计算方法。

关键词：抽水蓄能水电站有限体积法 Godunov格式特征线法水力瞬变