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力学学报 2022年第12期54卷 3513-3523页

作者：邓小毛廖子菊广东外语外贸大学数学与统计学院广州510006 暨南大学信息科学技术学院数学系广州510632

三维流固耦合问题的非结构网格数值算法在很多工程领域都有重要应用,目前现有的数值方法主要基于分区算法,即流体和固体区域分别进行求解,因此存在收敛速度较慢以及附加质量导致的稳定性问题,此外,该类算法的并行可扩展性不高,在大规模... 详细信息

三维流固耦合问题的非结构网格数值算法在很多工程领域都有重要应用,目前现有的数值方法主要基于分区算法,即流体和固体区域分别进行求解,因此存在收敛速度较慢以及附加质量导致的稳定性问题,此外,该类算法的并行可扩展性不高,在大规模应用计算方面也受到一定限制.本文针对三维非定常流固耦合问题,提出一种基于区域分解的全隐全耦合可扩展并行算法.首先基于任意拉格朗日-欧拉框架建立流固耦合控制方程,然后时间方向采用二阶向后差分隐式格式、空间方向采用非结构稳定化有限元方法进行离散.对于大规模非线性离散系统,构造一种结合非精确Newton法、Krylov子空间迭代法与区域分解Schwarz预条件子的Newton-Krylov-Schwarz(NKS)并行求解算法,实现流体、固体和动网格方程的一次性整体求解.采用弹性障碍物绕流的标准测试算例对数值方法的准确性进行了验证,数值性能测试结果显示本文构造的全隐全耦合算法具有良好的稳定性,在不同的物理参数下具有良好的鲁棒性,在“天河二号”超级计算机上,当并行规模从192增加到3072个处理器核时获得了91%的并行效率.性能测试结果表明本文构造的NKS算法有望应用于复杂区域流固耦合问题的大规模数值模拟研究中.

关键词：流固耦合有限元全耦合算法区域分解法非结构网格

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水下爆炸深度对码头框架结构损伤的影响

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工程爆破 2021年第1期27卷 29-35页

作者：赵利平彭雄徐亚辉张锋长沙理工大学水利工程学院长沙410114 水沙科学与水灾害防治湖南省重点实验室长沙410114

为了探究水下爆炸冲击作用下框架码头的结构损伤,确定最不利起爆位置,结合实际工程结构,建立了水下爆炸和两层码头框架结构的全耦合模型,验证了所用全耦合建模方法以及所采用材料模型的正确性和可靠性,分析了冲击波传至码头结构时不同... 详细信息

为了探究水下爆炸冲击作用下框架码头的结构损伤,确定最不利起爆位置,结合实际工程结构,建立了水下爆炸和两层码头框架结构的全耦合模型,验证了所用全耦合建模方法以及所采用材料模型的正确性和可靠性,分析了冲击波传至码头结构时不同深度下码头结构的破坏模式。结果表明:利用全耦合方法以及选取RHT混凝土材料模型来研究爆炸冲击下结构损伤破坏是准确的,模拟结果也是可信的。随着爆深的增加,码头结构的损伤破坏由局部损伤变为整体损伤再变为局部损伤。当爆深H=7 m位于码头框架结构一层附近时,结构极易发生因位移过大而导致的整体剪切破坏。

关键词：水下爆炸全耦合算法码头框架结构动态响应损伤破坏模式

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水下爆炸冲击下码头结构动力响应的数值模拟

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工程爆破 2021年第5期27卷 1-8,25页

作者：赵利平张锋彭雄郭锦泽长沙理工大学水利工程学院长沙410114 水沙科学与水灾害防治湖南省重点实验室长沙410114

为探究水下爆炸冲击对码头结构的结构损伤,开展爆炸荷载下高桩码头结构的数值模拟分析。基于ALE多物质流固耦合法,建立了码头结构的水下爆炸Lagrange-Euler全耦合模型,基于Cole经验公式,验证了模拟的可靠性,研究了起爆距离、起爆深度以... 详细信息

为探究水下爆炸冲击对码头结构的结构损伤,开展爆炸荷载下高桩码头结构的数值模拟分析。基于ALE多物质流固耦合法,建立了码头结构的水下爆炸Lagrange-Euler全耦合模型,基于Cole经验公式,验证了模拟的可靠性,研究了起爆距离、起爆深度以及TNT当量对码头结构动力响应特性的影响规律。结果表明,在水下爆炸冲击荷载作用下,所有桩柱产生不同程度损伤,码头端部的第一根桩柱底部基岩区域以及与横梁相连的基岩区域塑形损伤破坏较为严重;当TNT炸药的起爆距离较小时,桩柱上的反射波要强于水底面的反射波,并会与之相抵消,作用在桩柱上的反射稀疏波会随之削弱;在其他条件相同的情况下,当起爆点到自由水面的距离与起爆点至基础底面距离之差的绝对值越大时,爆炸荷载作用于码头结构上的压力峰值会显著增大。

关键词：水下爆炸爆炸冲击荷载全耦合算法高桩码头动态响应损伤破坏模式

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水下爆炸冲击下框架码头的破坏模式研究

水下爆炸冲击下框架码头的破坏模式研究

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作者：徐亚辉长沙理工大学

学位级别：硕士

在现代水工结构领域,由于各种极端荷载的情况,如战争等,水工结构极易成为战时的攻击目标。水工结构在遭受到水下爆炸作用下,不仅会在局部范围内对结构造成严重破坏,更有可能发生结构的整体损伤破坏,所以,本文视水下爆炸为战时极端情况,... 详细信息

在现代水工结构领域,由于各种极端荷载的情况,如战争等,水工结构极易成为战时的攻击目标。水工结构在遭受到水下爆炸作用下,不仅会在局部范围内对结构造成严重破坏,更有可能发生结构的整体损伤破坏,所以,本文视水下爆炸为战时极端情况,研究码头框架结构在爆炸冲击下的动力响应以及损伤破坏模式。首先,通过数值模拟研究水下爆炸。本文利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,基于多物质ALE方法分别对无限域和近水面水下爆炸问题进行了三维数值模拟研究,通过将数值模拟得到的冲击波压力值与传统经验公式对比,验证该模拟方法的准确性。模拟再现了爆轰产物、水以及空气等多物质介质间的相互作用过程,对比了无限域和近自由面下水下爆炸压力场特点:在爆深不变的情况下,随着测深的减小,冲击波的反射波对入射波影响越来越大,主要体现在减小入射冲击波波形脉宽和削弱冲击波峰值压力上。同时定性的分析了近水面爆炸的水体密度分布变化情况,以及三维再现并分析了不同爆深情况下自由面水柱的形成过程和相关特性变化。将冲击波作为一种极端荷载,结合实际工程结构,建立水下爆炸和两层码头框架结构的全耦合模型。通过与已有试验结果对比,验证了所用全耦合建模方法以及所采用材料模型的正确性和可靠性。通过对典型工况下框架码头全耦合模型数值模拟计算,探讨了冲击波在水中和结构内部传播特性,分析了结构的动态响应和损伤破坏效应。在考虑不同起爆深度、起爆距离以及不同装药量的情况下,研究了码头结构相应的动力响应以及破坏模式,计算分析表明:水下爆炸作用于码头框架结构的首层位置处时,结构的损伤破坏最为严重;药量和爆深不变时,随着爆距的减小,结构极易发生整体剪切破坏;爆距和爆深不变时,随着药量的增加,结构遭受的冲击波压力越来越大,损伤破坏由迎爆面的局部破坏逐渐发展成整体剪切破坏。本论文的研究结果,对考虑爆炸等极端荷载下码头结构的设计和工程防护具有一定的指导意义。

关键词：水下爆炸爆炸冲击荷载全耦合算法码头框架结构动态响应损伤破坏模式

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水下爆炸冲击荷载作用下高桩码头的动力响应特性数值研究

水下爆炸冲击荷载作用下高桩码头的动力响应特性数值研究

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作者：彭雄长沙理工大学

学位级别：硕士

随着国民经济的发展,中国的航运事业进入快速发展阶段,港口工程已成为我国和平时期经济建设的重要内容。码头作为港口工程重要的组成部分,具有显著的社会、经济和政治效益。码头结构一旦失事,将给国家和人民带来巨大的损失,后果不堪设想... 详细信息

随着国民经济的发展,中国的航运事业进入快速发展阶段,港口工程已成为我国和平时期经济建设的重要内容。码头作为港口工程重要的组成部分,具有显著的社会、经济和政治效益。码头结构一旦失事,将给国家和人民带来巨大的损失,后果不堪设想,因此,其安全防护一直是国家总体安全战略的重要组成部分。将爆炸荷载作为一种极端荷载,研究码头结构在爆炸冲击荷载作用下的动力响应、破坏模式,可为码头结构的安全评估及抗爆防护设计提供理论依据,具有重要的军事价值和政治意义。本文以高桩码头作为研究对象,开展爆炸荷载下高桩码头结构的数值模拟分析,探索该型结构在不同爆炸荷载情况下的动态响应及损伤破坏,分析其可能存在的破坏机理,并进一步利用数值仿真方法对某高桩码头结构开展全尺度的水下爆炸冲击动力学研究。主要的研究内容和成果如下:(1)基于ALE算法,对无限域和近水面水下爆炸进行了数值模拟,将数值计算结果与传统经验公式进行比较,验证了本文数值模拟结果的准确性。通过比较无限域和近自由面的冲击波压力曲线,发现自由面存在能够削弱冲击波的作用,主要体现在削弱峰值压力和减小冲击波波形脉宽上。刚性界面对冲击波的影响较大,主要是水底反射波的变化。通过对不规则反射区峰值和脉宽的对比分析,发现随着测深的增大,自由面对冲击波的衰减作用逐渐减小;(2)在小爆距(本文爆心距小于40cm)范围内本模拟所测得水下爆炸压力偏大,而随着测点距离的增大,压力的理论值与模拟值之间的误差逐渐较小,在爆心距离超过60cm时,两者曲线几乎重合,表明模拟结果的可靠性受爆心距离的影响较大;(3)基于多物质流固耦合算法,构建码头框架结构水下爆炸全耦合模型,探讨码头结构动力响应和损伤破坏。冲击波作用在结构迎爆面引起结构冲击破坏;当冲击波传播至结构-水-空气交界面处时,结构因水面截断效应而发生冲切破坏;随着冲击波向结构内部传播,结构内的冲击波会形成与传播方向相反的拉伸波,该情况下极易引起混凝土结构的拉伸破坏;(4)在水下爆炸荷载作用下,除所有桩柱产生了不同程度的损伤外,码头端部的第一根桩柱底部基岩区域以及与横梁相连的基岩区域塑形损伤破坏较为严重,此处的水下桩基础在码头抗爆设计时应适当加强配筋;(5)当相对爆距为0.252(m/kg3),相对爆深为0.693(m/kg3)时,水下爆炸荷载作用于码头结构上的压力峰值较大,在进行码头结构抗爆防护设计时,应考虑该种特殊情况。

关键词：水下爆炸爆炸冲击荷载全耦合算法高桩码头动态响应损伤破坏模式

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混合定位全耦合与准静态算法预报性能比较

混合定位全耦合与准静态算法预报性能比较

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2015年深海能源大会

作者：孙丽萍张伟艾尚茂王朗哈尔滨工程大学深海工程技术研究中心

针对混合定位中低频状态下平台运动准静态算法与全耦合算法之间平台运动预报性能的差异,本文对混合定位准静态算法编程;对AQWA软件二次开发进行混合定位全耦合计算,并对比分析两种算法的仿真结果。对平台混合定位三自由度运动(纵荡、横... 详细信息

针对混合定位中低频状态下平台运动准静态算法与全耦合算法之间平台运动预报性能的差异,本文对混合定位准静态算法编程;对AQWA软件二次开发进行混合定位全耦合计算,并对比分析两种算法的仿真结果。对平台混合定位三自由度运动(纵荡、横荡及艏向)进行MATLAB编程,利用四阶龙格库塔方程即可求出平台的准静态算法的运动时域历程;将二次开发的外部程序导入AWQA软件进行时域分析,得到浮体的全耦合算法的运动时域历程。仿真结果表明:正常作业工况下,两种算法差异不大;极端工况下差异明显,两种算法的平台纵荡、横荡值相差20m左右,极端海况下采用准静态的计算的方法并不能准确的预报浮体的运动。

关键词：混合定位准静态算法全耦合算法对比分析

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