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ALE方法中一种新的二阶保界守恒重映算法

空气动力学学报 2015年第6期33卷 765-771,786页

作者：李珍珍蔚喜军贾祖朋安娜黄朝宝郑州轻工业学院数学与信息科学学院河南郑州450002 北京应用物理与计算数学研究所计算物理实验室北京100088 中国工程物理研究院研究生部北京10008

在用拉格朗日格式求解流体力学问题时,随着时间的推进,计算网格会扭曲变形,影响格式精度,甚至导致计算中断。因此,要在网格变形较大时进行网格重分和物理量重映,以保证网格质量和格式精度。针对间断有限元方法求解流体力学问题的二阶拉... 详细信息

在用拉格朗日格式求解流体力学问题时,随着时间的推进,计算网格会扭曲变形,影响格式精度,甚至导致计算中断。因此,要在网格变形较大时进行网格重分和物理量重映,以保证网格质量和格式精度。针对间断有限元方法求解流体力学问题的二阶拉格朗日格式,给出了一种守恒重映算法。该重映算法包括两步:第一步是用已有重映方法计算新网格上的单元平均值,并用相应修补算法对单元平均值进行调整,保证单元平均值的保界性;第二步是由已得到的新单元平均值重构出新网格上分片一次多项式,再使用Van Leer限制器对新网格上的梯度进行限制,使之不出现新的极值。最后用数值算例表明了该重映算法的保界性和二阶收敛性。

关键词：守恒算法重映 ALE方法

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基于ALE方法的飞机水面降落过程

爆炸与冲击 2010年第2期30卷 125-130页

作者：贺谦李元生李磊岳珠峰西北工业大学工程力学系陕西西安710129

为了研究飞机水面降落过程中的动态响应规律,采用arbitrary Lagrangian-Eulerian(ale)方法开展了飞机水面降落的动力学分析。研究了飞机水面降落过程的速度变化规律,结果表明,降落速度和飞行速度在飞机入水的初始阶段变化较快,随后变化... 详细信息

为了研究飞机水面降落过程中的动态响应规律,采用arbitrary Lagrangian-Eulerian(ale)方法开展了飞机水面降落的动力学分析。研究了飞机水面降落过程的速度变化规律,结果表明,降落速度和飞行速度在飞机入水的初始阶段变化较快,随后变化幅度趋于平缓。分析了不同降落速度、飞行速度和降落仰角下的机身结构响应,得到了飞机水面降落时结构响应随时间的变化规律。机身结构应力在入水的初始阶段达到最大值,随后迅速下降,最后保持稳定。飞机结构的最大变形也出现在入水的初始阶段,随后迅速回复到初始状态。对比了降落速度、飞行速度和降落仰角对飞机结构响应的影响程度,结果表明降落速度对结构响应的影响程度最大,降落仰角次之,飞行速度的影响最小。

关键词：固体力学动态结构响应 ALE方法飞机降落速度飞行速度降落仰角

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基于网格整体重分的中心型ALE方法

高压物理学报 2013年第3期27卷 352-360页

作者：刘妍申卫东田保林北京应用物理与计算数学研究所计算物理重点实验室北京100094

给出了一种基于网格整体重分的中心型ALE方法,用于求解多介质大变形的可压缩流动问题。方法可在分区重分和整体重分之间切换,具有较强的适应性。通过静态和动态数值算例显示网格整体重分的效果,并将数值结果与分区重分的结果进行比较分... 详细信息

给出了一种基于网格整体重分的中心型ALE方法,用于求解多介质大变形的可压缩流动问题。方法可在分区重分和整体重分之间切换,具有较强的适应性。通过静态和动态数值算例显示网格整体重分的效果,并将数值结果与分区重分的结果进行比较分析,对非常复杂的计算区域体现了整体重分的优越性。

关键词： ALE方法网格重分方法重映方法 IACs方法 SIACs方法

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基于ALE方法的3D充填流动模拟

计算力学学报 2009年第6期26卷 823-828页

作者：王宣平李锡夔大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室大连116023

基于任意拉格朗日-欧拉方法发展了三维充填流动的数值模拟方案。该方案采用ALE方法准确地追踪移动自由面的位置并避免了网格扭曲;基于移动最小二乘曲面拟合方法提出了移动自由面上网格节点重定位方法,将充填流动的网格更新过程简化为自... 详细信息

基于任意拉格朗日-欧拉方法发展了三维充填流动的数值模拟方案。该方案采用ALE方法准确地追踪移动自由面的位置并避免了网格扭曲;基于移动最小二乘曲面拟合方法提出了移动自由面上网格节点重定位方法,将充填流动的网格更新过程简化为自由面附近的局部网格重划分过程,并通过分级多面体三角剖分实现,减小了网格划分的计算量,实现了实时网格生成。给出的数值算例结果表明了该数值模型对三维充填流动模拟的有效性。

关键词： ALE方法充填流动自由面追踪移动最小二乘多面体三角剖分

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基于ALE方法的列车横风绕流动力学分析

铁道学报 2009年第2期31卷 120-124页

作者：杨吉忠毕海权翟婉明西南交通大学牵引动力国家重点实验室四川成都610031

利用有限体积法对横风作用下列车周围的空气流场进行计算。结合车辆-轨道耦合动力学,采用任意拉格朗日-欧拉(ale)方法处理列车与空气间存在的运动边界,实现了车辆系统动力学与计算流体力学之间的结合。以某国产客运列车为例,计算列车在2... 详细信息

利用有限体积法对横风作用下列车周围的空气流场进行计算。结合车辆-轨道耦合动力学,采用任意拉格朗日-欧拉(ale)方法处理列车与空气间存在的运动边界,实现了车辆系统动力学与计算流体力学之间的结合。以某国产客运列车为例,计算列车在20 m/s的横风作用下以160 km/h的速度运行时的动力学响应,给出列车周围的流场分布;分析了考虑与不考虑风-车之间流固耦合效应时,作用在车辆上的气动力和气动力矩的变化情况。结果表明,流固耦合效应对车体摇头力矩的影响比较大,而对于车体垂向、横向位移和加速度的影响甚微。

关键词：铁路车辆空气动力学横风 ALE方法车辆-轨道耦合动力学

基于近似Riemann解的有限体积ALE方法

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计算物理 2007年第5期24卷 543-549页

作者：贾祖朋蔚喜军北京应用物理与计算数学研究所计算物理实验室北京100088

研究二维平面坐标系和二维轴对称坐标系中四边形网格上可压缩流体力学的有限体积ale(Arbitrary Lagrangian Eulerian)方法.数值方法采用节点中心有限体积法,数值通量采用适用于任意状态方程的HLLC(Harten-Lax-Van Leer-Collela)通量.空... 详细信息

研究二维平面坐标系和二维轴对称坐标系中四边形网格上可压缩流体力学的有限体积ale(Arbitrary Lagrangian Eulerian)方法.数值方法采用节点中心有限体积法,数值通量采用适用于任意状态方程的HLLC(Harten-Lax-Van Leer-Collela)通量.空间二阶精度通过用WENO(weighted essentially non-oscillatory)方法对原始变量进行重构获得,时间离散采用两步显式Runge-Kutta格式.数值例子显示,方法具有良好的激波分辨能力和高精度的数值逼近能力.

关键词：可压缩流体力学有限体积方法 HLLC通量 ALE方法

基于ALE方法的贯入桩周土大变形问题的研究

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地下空间与工程学报 2013年第3期9卷 530-534页

作者：王力王世梅三峡大学土木与建筑学院湖北宜昌443002

桩的工作性状是岩土工程中最不确定的问题之一,其中主要原因是对桩在打入加载过程中所造成的桩周土物理状态和应力状态的改变还不是很清楚,对其进行数值模拟时,需要考虑大变形、边界条件改变及桩、土接触问题,一般有限元法在网格剖分上... 详细信息

桩的工作性状是岩土工程中最不确定的问题之一,其中主要原因是对桩在打入加载过程中所造成的桩周土物理状态和应力状态的改变还不是很清楚,对其进行数值模拟时,需要考虑大变形、边界条件改变及桩、土接触问题,一般有限元法在网格剖分上不能解决大变形问题,在边界条件及桩、土界面处理方面不能很好的模拟实际情况。计算实例表明,基于ABAQUS的ale(任意拉格朗日-欧拉法)方法有效的模拟了贯入时土体的应力变化情况,并得到以下结论:ALE方法能有效避免拉格朗日法有限元分析中网格畸变以及高度扭曲问题,与实际相符合,真实的反映了岩土工程中的弹塑性的变形情况,可以应用到岩土工程中的大变形问题中。以ALE方法为基础对CPT(静力触探试验)贯入试验进行有限元模拟对合理解释CPT的试验的结果是非常有效的。

关键词：贯入桩大变形网格剖分 ALE方法数值模拟

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昆虫翅悬停飞行的ALE方法数值模拟研究

昆虫翅悬停飞行的ALE方法数值模拟研究

作者：曹耀大连理工大学

学位级别：硕士

随着非定常流理论的不断完善,人们开始认识到非定常效应在扑翼昆虫飞行中起着重要作用。本文发展了一种基于非结构化网格的有限体积ale模型,用于求解存在动边界的二维非定常粘性流体动力学问题。围绕扑翼昆虫扑翼悬停飞行动作,进行数值... 详细信息

随着非定常流理论的不断完善,人们开始认识到非定常效应在扑翼昆虫飞行中起着重要作用。本文发展了一种基于非结构化网格的有限体积ale模型,用于求解存在动边界的二维非定常粘性流体动力学问题。围绕扑翼昆虫扑翼悬停飞行动作,进行数值模拟研究,尝试解释昆虫悬停飞行时扑翼升阻力产生的基本原理。本文提出的有限体积ale求解器采用基于非结构化网格的人工压缩法(ACM),双时间步及隐式迭代算法求解不可压缩N-S控制方程,求解器采用具有较好分辨率的二维非结构化网格。在双时间步的迭代求解过程中,利用五阶龙格-库塔算法迭代计算伪时间步τ对应的数值解,直到得到收敛解时停止迭代,即得到物理时间步上的数值解;采用ale技术,在保持计算网格的拓扑结构不变前提下,构造基于幂指数函数特征的网格运动函数,控制网格移动,保证运动边界周围网格单元运动保持相对刚性。以二维振荡圆柱扰流做为验证算例,分别与实验结果及已有数值结果进行对比,对本文发展的ale模型进行验证与评估工作。结果显示,本文ale模型得到的计算结果与实验结果符合较好,能够准确地模拟低雷诺数振荡圆柱扰流问题。同时,采用ale模型对Re=210和KC=6的算例进行数值分析,模拟结果显示涡脱落和扩散方向改变的现象,与实验结果吻合;算例Re=200和KC=10的结果显示涡脱落的方向与振动圆柱的水平轴线大致成27°的夹角,与实验结论一致,其原因可能与圆柱表面升阻力变化有关。在上述工作的基础上,对二维扑翼悬停飞行进行数值分析,分析昆虫悬停飞行时扑翼升阻力产生的基本原理。采用ale模型分析2：1、5：1和10：1椭圆翼型振动时的流态以及受力情况。在Re=100和Ao=3.198的情况下,随着长短轴比值增加,升力减小,阻力减小,变化趋势属于非线性,5：1和10：1的椭圆翼型升阻力系数的变化趋势和大小趋于一致。2：1椭圆翼型的幅值大约是5：1和10：1椭圆扑翼升力系数振幅的两倍,2：1翼型在升力方向上的受力面积最大而引起的。最后,在悬停飞行时,在平动的半周期中前缘涡的不脱落使得扑翼能够得到较高的升力系数,尾涡斜向下甩出,进一步改善升阻力的形式。扑翼飞行的两个动作：平动为悬停飞行提供动力,转动改善了升阻力在运动中所占比例,并且促使前缘涡和尾涡的形成,增大了升力,减小了阻力。之后分析了运动模式和振幅对悬停飞行升阻力的影响,超前模型对升力有提升作用,同时滞后模型使得升力降低;另一方面随着振幅的增加,升力增加,阻力降低,当振幅达到2.229c以上后,升力和阻力随振幅改善的效果降低。

关键词： ALE方法有限体积运动边界振荡圆柱扰流昆虫悬停飞行

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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弹塑性土质边坡的ALE方法有限元分析

岩土力学 2011年第S1期32卷 680-685页

作者：刘开富谢新宇吴长富吴大志张继发浙江理工大学建工学院杭州310018 浙江大学软弱土与环境土工教育部重点实验室杭州310058 浙江大学工程与科学计算中心杭州310027

有限元法被广泛用于解决几何和材料非线性的问题,但标准的有限元方法难以有效解决某些材料的大变形问题和计算中的网格扭曲问题。任意拉格朗日-欧拉法(ale法)吸取了拉格朗日和欧拉法的优点,并克服了两者的缺点,可用于解决仅用拉格朗日... 详细信息

有限元法被广泛用于解决几何和材料非线性的问题,但标准的有限元方法难以有效解决某些材料的大变形问题和计算中的网格扭曲问题。任意拉格朗日-欧拉法(ale法)吸取了拉格朗日和欧拉法的优点,并克服了两者的缺点,可用于解决仅用拉格朗日或欧拉有限元法所难以解决的问题。基于ale有限元方法和弹塑性大变形基本原理,研究了岩土工程中土质边坡在自重作用下的稳定问题;计算结果不仅能直观地显示失稳时的大变形状态,并能确定较符合实际的临界滑移面形状;同时分析了含软弱夹层复杂土质边坡的稳定性。结果表明,ALE方法能有效分析土质边坡的稳定性问题,适用于岩土工程的弹塑性分析。

关键词： ALE方法有限元弹塑性土质边坡