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爆炸冲击波对玻璃幕墙破坏作用的多物质ale有限元模拟

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高压物理学报 2010年第2期24卷 81-87页

作者：邓荣兵金先龙陈峻沈建奇陈向东上海交通大学高性能计算中心上海200240 上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240 华东建筑设计研究院有限公司上海200002

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... 详细信息

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。

关键词：爆炸力学玻璃幕墙 ALE方法数值模拟

成形充填过程的任意拉格朗日—欧拉有限元与无网格自适应耦合模拟

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机械工程学报 2007年第7期43卷 120-127页

作者：段庆林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

在任意拉格朗日—欧拉(Arbitrary Lagrangian-Eulerian,ale)方法框架中发展用于成形充填过程数值模拟的有限元与无网格自适应耦合方案。该方案自适应地在网格发生扭曲的区域采用无网格法空间离散以保证求解的精度和稳定性,而在网格质量... 详细信息

在任意拉格朗日—欧拉(Arbitrary Lagrangian-Eulerian,ale)方法框架中发展用于成形充填过程数值模拟的有限元与无网格自适应耦合方案。该方案自适应地在网格发生扭曲的区域采用无网格法空间离散以保证求解的精度和稳定性,而在网格质量较好的区域以及本质边界上保留使用有限元法空间离散以提高计算效率和便于施加本质边界条件,从而在充分发掘有限元法和无网格法各自优点的同时避开它们各自的缺点,在一定程度上保证该方法同时具有较快的计算速度和较好的健壮性。采用ale参考构形描写充填过程中的熔体质量运动及守恒,可在不频繁变动网格的前提下准确跟踪自由面。应用压力稳定型分步算法求解控制方程,可方便采用不满足Ladyzhenskaja-Babuska-Brezzi(LBB)条件的速度、压力的同低阶插值。进行两个典型算例的数值模拟,结果表明该方法相对于单一的有限元法和无网格法的优越性,以及对含自由面变质量体系流动问题数值模拟的有效性。

关键词： ALE方法成形充填无网格自由面追踪自适应耦合方法

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流向强迫振荡圆柱绕流的涡脱落模态分析

力学学报 2007年第3期39卷 408-416页

作者：张宇飞肖志祥符松清华大学航天航空学院北京100084

通过求解采用ALE方法描述的运动坐标系Navier-Stokes方程组,分析均匀来流下雷诺数为150的静止和流向振荡的圆柱绕流．主要研究了强迫振荡频率和较大振幅比(A／D=0．3～1．2)对圆柱升力、阻力变化特性以及涡脱落模态的影响．研究表明,流... 详细信息

通过求解采用ALE方法描述的运动坐标系Navier-Stokes方程组,分析均匀来流下雷诺数为150的静止和流向振荡的圆柱绕流．主要研究了强迫振荡频率和较大振幅比(A／D=0．3～1．2)对圆柱升力、阻力变化特性以及涡脱落模态的影响．研究表明,流向振荡圆柱绕流存在多种涡脱落模态,如对称S以及反对称A-Ⅰ, A-Ⅲ,A-Ⅳ等多种形式;比较研究结果,拓展了各模态下对应的锁定区域,并将其分为5个子区;A-Ⅰ模态中圆柱受力较以前所知更复杂;通过分析计算结果,发现最大加速度比Afc2／Dfs02可能是涡脱落模态(尤其是对称S模态)最有效的控制参数．

关键词：圆柱绕流 ALE方法流向振荡涡脱落模态最大加速度比

舰船泡沫夹芯结构在近场水下爆炸载荷下的响应特性研究

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舰船泡沫夹芯结构在近场水下爆炸载荷下的响应特性研究

作者：王斌俊哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

当今军事技术的迅猛发展和地区冲突的上升使得舰船遭受水下武器威胁的几率激增,对舷侧结构在水下爆炸载荷下的防护能力提出了更为严格的要求。泡沫夹芯结构具有较高的强度、刚度以及优良的抗冲击防护性能,在工程领域和学术研究中得到了... 详细信息

当今军事技术的迅猛发展和地区冲突的上升使得舰船遭受水下武器威胁的几率激增,对舷侧结构在水下爆炸载荷下的防护能力提出了更为严格的要求。泡沫夹芯结构具有较高的强度、刚度以及优良的抗冲击防护性能,在工程领域和学术研究中得到了较高的关注。现阶段夹芯结构的冲击动力响应研究多数集中于空中爆炸和高速撞击领域,而在水下爆炸中的研究较少。研究手段多数局限于声固耦合法,关于结构和流体的耦合作用考虑得并不充分。本文应用LS-DYNA有限元软件中的ALE方法,采用JWL状态方程直接模拟水下爆炸装药爆轰和冲击波载荷产生过程,并考虑了结构和流体的相互耦合作用,开展了水下爆炸载荷下舷侧泡沫夹芯结构防护性能的研究。首先,展开了泡沫聚乙烯夹芯板在水下爆炸载荷作用下的响应特性研究。泡沫夹芯板具有优良的防护特性,相对于夹芯板前面板,其后面板挠度降低了约25%。泡沫夹芯板结构能量吸收过程呈现出多阶段性,可分为急速抬升、微幅振荡、稳定上升和小幅下降四个阶段。针对真实船体外板布置夹芯板时的边界条件,展开了背空形式夹芯板的响应研究,与背水形式相比,背空夹芯板会使得能量吸收增加,冲击波透射能量减少。其次,展开了结构参数对泡沫夹芯板响应特性及规律的影响研究。以泡沫夹芯结构在变形和能量吸收为结构防护能力的依据,研究了泡沫相对密度、芯层高度、密度梯度和面板厚度比例对结构防护能力影响规律。通过综合各参数的影响规律,得到泡沫夹芯结构在近场水下爆炸载荷下的防护设计参考意见。在此基础上,以夹芯结构谱速度峰值作为结构防护能力的评判标准,展开了不同结构参数影响的分析。最后,研究了泡沫夹芯结构在舷侧水下接触爆炸过程的冲击防护特性。从结构变形、损伤、能量吸收等方面展开了主防护纵壁、膨胀舱壁和外板防护能力分析,发现舷侧泡沫夹芯结构具有更优越的抵抗变形和承受冲击的能力,其中主防护纵壁设置泡沫夹芯板结构在其变形上比同质量的单层板结构降低约14%。

关键词：泡沫夹芯板舷侧结构近场水下爆炸 ALE方法

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昆虫悬停飞行的升力产生机理和能耗研究

昆虫悬停飞行的升力产生机理和能耗研究

作者：曹元伟大连理工大学

学位级别：硕士

昆虫悬停飞行的非定常空气动力学研究是昆虫飞行研究的重要组成部分,主要解决驱动昆虫运动和控制运动的气动力和力矩是如何产生以及产生这些力所需的能耗问题。该问题的研究对昆虫飞行生(?)及昆虫仿生学具有重要的意义。本文发展了基于... 详细信息

昆虫悬停飞行的非定常空气动力学研究是昆虫飞行研究的重要组成部分,主要解决驱动昆虫运动和控制运动的气动力和力矩是如何产生以及产生这些力所需的能耗问题。该问题的研究对昆虫飞行生(?)及昆虫仿生学具有重要的意义。本文发展了基于非结构网格有限体积ale求解器,对二维刚性单翼悬停飞行和双翼打开-合拢运动进行了数值模拟,开展了升力产生机制和能耗问题的研究。本文发展的有限体积ale求解器基于非结构网格,采用人工压缩方法和隐式迭代法求解不可压缩粘性流体控制方程。在双时间步算法中,采用五阶龙格-库塔对伪时间步进行迭代,直到得到收敛解。采用ale技术处理动网格问题,在保持网格拓扑结构不变的前提下,利用网格运动函数(幂指数函数)控制内部网格运动。提出两种网格修正方式,以处理打开-合拢运动过程中的网格变形问题。采用局部时间步进和隐式残差光顺技术加速伪时间收敛到稳定状态。以二维振荡圆柱扰流问题对ale模型进行验证。通过对流场、涡量和压力等的定性对比分析和流向力、阻力系数和附加质量系数的定量对比分析,本文ale模型得到的计算结果与实验结果符合较好,能够很好的处理网格运动问题。对二维刚性翼悬停飞行进行了研究,结果显示延迟脱落机制和尾涡捕获机制促进升力的产生,前者是升力产生的主要原因。诱导喷射机制和翻转效应机制抑制升力的产生。当旋转幅值为45°时,升力与能耗的比值最大,即消耗相同的能量产生的升力最大。对昆虫飞行的打开-合拢机制进行了研究。尾涡捕获机制和延迟脱落机制是打开-合拢运动产生升力的主要机制。与单翼悬停运动相比,在消耗相同能量的情况下,打开-合拢运动产生的升力提高了159%。升力随雷诺数增加而增大,雷诺数主要影响前缘涡强度;升力随频率增加而增大,频率影响平均升力的大小。

关键词： ALE方法非定常空气动力学悬停飞行升力产生机制能耗

基于COMSOL的中医脉象数值模拟和特征提取

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基于COMSOL的中医脉象数值模拟和特征提取

作者：刘永乐山东大学

学位级别：硕士

脉象是一种生物信息的传递现象,是从外部测量到的有关循环系统的信号,包括脉搏的频率、波动的幅度和动脉的弯曲程度等。很多脉象都与动脉血管的轮廓有关,本文利用皮肤表面的压力数据对血管的轮廓和骨线进行提取。首先我们利用COMSOL Mul... 详细信息

脉象是一种生物信息的传递现象,是从外部测量到的有关循环系统的信号,包括脉搏的频率、波动的幅度和动脉的弯曲程度等。很多脉象都与动脉血管的轮廓有关,本文利用皮肤表面的压力数据对血管的轮廓和骨线进行提取。首先我们利用COMSOL Multiphysics仿真软件模拟了桡动脉血液的流动和桡动脉的扩张和回缩。然后利用COMSOL和MATLAB提取仿真皮肤表面的数据并根据它得到含有血管轮廓、骨线信息的二值图像,并将这些图像的轮廓、骨线和血管实际轮廓、骨线分别做出对比。全文共计四章。第一章为引言部分,介绍了本文的研究背景、COMSOL软件和本文的主要工作。第二章建立了三维流固耦合模型,模拟了桡动脉内血液的流动和桡动脉扩张和回缩,对结果做出了可视化处理,并进行了讨论。第三章对模型的血管提取轮廓和骨线信息。首先在t=1s、1.3s两个时刻获得压力、压力变化率、压力梯度模、压力变化率梯度模四种数据,分别处理得到血管轮廓、骨线的二值图像,然后在t=1s、1.3s两个时刻获得实际血管的投影图像,对其处理得到轮廓、骨线的二值图像。最后将由数据获得的二值图像与由投影图像获得的二值图像做出对比和分析。第四章为全文的总结。

关键词：脉象 ALE方法 COMSOL Multiphysics 流固耦合数值模拟图像处理

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耙吸挖泥船耙齿土体切削力学分析和数值仿真

耙吸挖泥船耙齿土体切削力学分析和数值仿真

作者：刘修成上海交通大学

学位级别：硕士

耙吸挖泥船因其具有作业时不碍航的优势,并能完成自航、吸挖、装运、吹填等疏浚全过程作业而得到广泛的应用,研究耙齿的土体切削过程对提高耙头的挖掘效率必不可少。本文从力学模型和数值仿真这两个方面入手,对此过程进行了深入研究。首... 详细信息

耙吸挖泥船因其具有作业时不碍航的优势,并能完成自航、吸挖、装运、吹填等疏浚全过程作业而得到广泛的应用,研究耙齿的土体切削过程对提高耙头的挖掘效率必不可少。本文从力学模型和数值仿真这两个方面入手,对此过程进行了深入研究。首先,分析对比学者基于被动土压力理论所建立的不同三维土体切削力学模型,为数值仿真所得到的结果提供参照,然后针对传统的Lagrange描述土体单元在切削模拟中所出现的网格扭曲所导致的迭代不收敛问题,引入单元删除技术的Lagrange方法和ALE方法,选用考虑土壤粘塑性的MAT147材料模型,运用LS-DYNA的动态显式算法分别对单个耙齿土体切削过程进行模拟,分析了切削过程中土的破坏形态、单元应力分布和应变特征,以及切削力与切削深度、切削速度之间的关系,指出了ALE方法在解决土体大变形与模拟土屑形态时的优势。随后进一步研究多耙齿的相互作用以及高压冲水预切削作用效果,以Godwin实验得到修正后土体侧边失效区的轮廓为基础,建立多耙齿以及存在预切削作用的力学模型,以单位破坏剖面上所需切削力的最小值为目标函数研究耙齿之间以及耙齿与冲水喷嘴的最优布置。最后运用ALE方法模拟多耙齿土体切削以及预切削作用效果,探讨了切削力随耙齿间距,槽型失效区与耙齿间距、相对位置变化的情况。

关键词：耙吸挖泥船土体切削力学模型数值仿真 ALE方法

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非结构动网格在多介质流体数值模拟中的应用

计算力学学报 2008年第4期25卷 454-458页

作者：张军杨连波任登凤谭俊杰南京航空航天大学航空宇航学院南京210016 南京理工大学动力工程学院南京210094

采用非结构动网格方法对含多介质的流场进行数值模拟。采用改进的弹簧方法来处理由于边界运动而产生的网格变形。采用基于格心的有限体积方法求解守恒型的ale(Arbitrary Lagrangian-Eulerian)方程,控制面通量的计算采用HLLC(Hartern,Lax... 详细信息

采用非结构动网格方法对含多介质的流场进行数值模拟。采用改进的弹簧方法来处理由于边界运动而产生的网格变形。采用基于格心的有限体积方法求解守恒型的ale(Arbitrary Lagrangian-Eulerian)方程,控制面通量的计算采用HLLC(Hartern,Lax,van Leer,Contact)方法,采用几何构造的方法使空间达到二阶精度,时间离散采用四阶Runge-Kutta方法。物质界面的处理采用虚拟流体方法。本文对含动边界的激波管、水下爆炸等流场进行数值模拟,取得较好的结果,不同时刻界面的位置和整个扩张过程被准确模拟。

关键词：多介质流体非结构网格动网格虚拟流体方法 ALE方法

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多介质流动六方程建模

多介质流动六方程建模