检索结果-南通市图书馆

竖井式进/出水口工程尺度SPH方法模拟研究

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水力发电学报 2022年第11期41卷 34-45页

作者：张晨李天国高学平天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300350

抽水蓄能电站是清洁能源体系的重要调节设施,进/出水口的水力特性直接影响抽水蓄能电站运维和收益。抽水蓄能电站竖井式进/出水口水力特性的数值模拟多采用基于网格的欧拉方法,但由于弯管段体型突变,导致孔口区域流场计算精度下降。为... 详细信息

抽水蓄能电站是清洁能源体系的重要调节设施,进/出水口的水力特性直接影响抽水蓄能电站运维和收益。抽水蓄能电站竖井式进/出水口水力特性的数值模拟多采用基于网格的欧拉方法,但由于弯管段体型突变,导致孔口区域流场计算精度下降。为了克服欧拉法网格畸变的不足,本文尝试无网格的拉格朗日光滑粒子流体动力学SPH方法对含弯管段的竖井式进/出水口水力特性进行工程尺度精细模拟。结果表明,通过GPU硬件加速,实现了工程尺度的千万级粒子数sph模拟计算,结果精度较高;对比模型试验结果,发电/抽水工况下上水库至直管段水头损失系数模拟相对误差为15.79%和19.51%,孔口断面流速不均匀系数模拟相对误差为6.30%和3.20%;对比PIV测量结果,弯管段模拟结果一致性较高,但扩散段流动分离现象较明显;对比不包含弯管段的Fluent计算结果,导流锥附近无漩涡且孔口回流区域面积更小。研究发现,相较于欧拉法,SPH方法更清晰地模拟流动分离、二次流等复杂紊流现象,且在局部体型突变处模拟更贴近实际流动特征,具有较大模拟应用潜力。

关键词：水力学 SPH方法工程尺度竖井式进/出水口三维数值模拟

基于改进SPH方法的滑坡涌浪对大坝结构冲击响应规律研究

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工程科学与技术 2024年

作者：黄帅王中根李昱冯宇翔应急管理部国家自然灾害防治研究院帝国理工学院

合理的模拟方法对于滑坡涌浪灾害应急决策的制定至关重要，本研究提出了一种基于改进sph法的流固耦合分析模型，该模型采用弹簧-阻尼的形式来处理伸缩变形体的流固耦合计算，从而有效地解决了复杂流体现象与大变形体的耦合问题以及粒子... 详细信息

合理的模拟方法对于滑坡涌浪灾害应急决策的制定至关重要，本研究提出了一种基于改进sph法的流固耦合分析模型，该模型采用弹簧-阻尼的形式来处理伸缩变形体的流固耦合计算，从而有效地解决了复杂流体现象与大变形体的耦合问题以及粒子相互穿透的问题。在此基础上，分析了滑坡涌浪对大坝结构冲击响应规律。研究结果表明：当滑坡产生的涌浪波到达大坝结构时，坝体不仅受到孤立波的影响，还会受到破碎波前段波和破碎波段波的影响，尤其是破碎波前段波对大坝稳定性的影响显著，其影响力约为孤立波的10-12倍。随着滑坡与大坝距离的增加，在一定的距离范围内滑坡涌浪对大坝结构稳定性的影响显著，同时，涌浪冲击角度的增加会导致作用于大坝的波压下降，在0°到30°之间时波压最大，超过30°时其影响力开始减小。改进的SPH方法计算结果与试验结果一致性较好，其能够很好的再现滑坡-崩塌破碎-涌浪-大坝结构大变形的整个灾害链过程，不仅能模拟大坝在冲击波下的大变形行为，也能模拟大坝动态响应的衰减行为。这些研究结果为大坝结构设计、施工及灾害应急防控提供了重要的参考价值。

关键词：大坝 SPH方法弹簧-阻尼模型滑坡涌浪冲击响应

基于SPH方法的球形贮箱液体晃动动力学分析

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中国空间科学技术 2020年第1期40卷 7-18页

作者：马骏骁马亮魏承胡月赵阳中国空间技术研究院通信卫星事业部北京100094 哈尔滨工业大学航天工程与力学系哈尔滨150001

针对发生液体破碎现象的航天器球形贮箱液体晃动问题,基于光滑粒子流体动力学方法(SPH方法)对N-S方程进行离散近似,分别对核函数、应力张量、边界问题、邻域粒子搜索等方面进行选择确定或计算处理,最终得到基于SPH方法的流体动力学模型... 详细信息

针对发生液体破碎现象的航天器球形贮箱液体晃动问题,基于光滑粒子流体动力学方法(SPH方法)对N-S方程进行离散近似,分别对核函数、应力张量、边界问题、邻域粒子搜索等方面进行选择确定或计算处理,最终得到基于SPH方法的流体动力学模型。通过建立包括不同燃料液体体积及不同挡板安装位置的仿真模型,分析了航天器球形贮箱的受力及局部压强。通过分析贮箱受力情况及设置测量点压强情况,得到运动参数对晃动的影响规律,为航天器球形贮箱的设计提供了理论依据。

关键词：液体晃动问题 SPH方法球形贮箱参数影响分析动力学分析

变光滑长度SPH方法在入水冲击中的应用研究

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船舶力学 2020年第3期24卷 323-331页

作者：沈雁鸣施文奎陈坚强何琨中国空气动力研究与发展中心四川绵阳621000

计算效率低一直以来都是SPH方法(光滑粒子流体动力学方法)发展过程中面临的技术难题,而变光滑长度SPH方法既可以提高粒子非均匀分布时核函数计算精度,又能保证邻近粒子相互作用的对称匹配,因此对提高计算效率十分有益。本文采用空间变... 详细信息

计算效率低一直以来都是SPH方法(光滑粒子流体动力学方法)发展过程中面临的技术难题,而变光滑长度SPH方法既可以提高粒子非均匀分布时核函数计算精度,又能保证邻近粒子相互作用的对称匹配,因此对提高计算效率十分有益。本文采用空间变光滑长度SPH方法,并提出了一种新型的高效、高鲁棒性搜索方法,即平衡型树形搜索法(balanced alternative digital tree search algorithm,B-ADT),开展了二维楔形体入水冲击问题的应用研究,模拟结果显示文中所采用的空间变光滑长度SPH方法和平衡型树形搜索法,在保证计算精度的情况下,可以有效提高计算效率,这为下一步开展复杂工程应用打下重要基础。

关键词：变光滑长度入水冲击 SPH方法统一算法树形搜索法

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基于SPH方法的开孔沉箱比尺效应研究

海洋工程 2022年第3期40卷 61-68页

作者：金瑞佳韩丽影贺铭耿宝磊张华庆交通运输部天津水运工程科学研究所天津300456 中国海洋大学工程学院山东青岛266100 宁波中交水运设计研究有限公司浙江宁波315040 天津大学天津市港口与海洋工程重点实验室天津300350

由于在前壁上设置了尺寸较小的孔,开孔沉箱受流体黏性力作用显著,依照弗劳德数相似准则设计模型存在比尺效应。为揭示比尺效应,建立了模拟波浪与开孔沉箱相互作用的光滑粒子流体动力学(sph)模型。其中流体运动由连续性方程和Navier-Sto... 详细信息

由于在前壁上设置了尺寸较小的孔,开孔沉箱受流体黏性力作用显著,依照弗劳德数相似准则设计模型存在比尺效应。为揭示比尺效应,建立了模拟波浪与开孔沉箱相互作用的光滑粒子流体动力学(sph)模型。其中流体运动由连续性方程和Navier-Stokes方程控制,固壁边界由改进的动力边界粒子施加。模型收敛性通过分析不同粒子分辨率下的波浪反射系数得到,模型精度通过比较计算与理论波浪反射系数证明。使用经过验证的sph模型,计算并比较了不同几何比尺和开孔率下开孔沉箱附近的涡量场、箱体外侧的波面时程曲线和波浪反射系数。结果表明,随着模型几何比尺的减小,开孔沉箱受到偏大的流体黏性力,致使更多波能在湍流运动中耗散,进而减小了波浪反射系数并降低了箱体外侧的波面高度。

关键词：开孔沉箱比尺效应 SPH方法涡量场波浪反射系数

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应力波数值计算中的SPH方法

爆炸与冲击 2017年第1期37卷 10-14页

作者：孙晓旺章杰王肖钧李永池赵凯中国科学技术大学近代力学系安徽合肥230026 北京理工大学科学与技术国家重点实验室北京100081

对一维波动方程的sph(smoothed particle hydrodynamics)格式和有限差分格式进行比较,并采用sph法模拟了一维应力/应变波,获得1个可衡量sph法模拟应力波准确性的重要指标。结果表明,sph法模拟应力波传播中采用的光滑长度必须不小于粒子... 详细信息

对一维波动方程的sph(smoothed particle hydrodynamics)格式和有限差分格式进行比较,并采用sph法模拟了一维应力/应变波,获得1个可衡量sph法模拟应力波准确性的重要指标。结果表明,sph法模拟应力波传播中采用的光滑长度必须不小于粒子间距;采用B-样条核函数和高斯型核函数能够获得良好的应力波图像,而二次型核函数不能,因此二次型核函数不适用于冲击动力学的数值计算。

关键词：爆炸力学核函数光滑长度 SPH方法应力波

修正压力梯度粒子近似SPH方法计算大密度比界面流动

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应用数学和力学 2019年第1期40卷 20-35页

作者：徐丞君徐胜利刘庆源中国科学技术大学数学科学学院合肥230026 清华大学航天航空学院北京100084

计算了高密度比的多界面流动问题.为保证多相sph(smoothed-particle hydrodynamics)方法捕捉界面光滑性和消除界面附近压力震荡,修正了动量方程压强梯度项的粒子近似,在界面施加了排斥力.采用Rayleigh-Taylor界面不稳定性、非Boussines... 详细信息

计算了高密度比的多界面流动问题.为保证多相sph(smoothed-particle hydrodynamics)方法捕捉界面光滑性和消除界面附近压力震荡,修正了动量方程压强梯度项的粒子近似,在界面施加了排斥力.采用Rayleigh-Taylor界面不稳定性、非Boussinesq锁定交换、溃坝和气泡上升等算例验证了该方法的准确性和健壮性,得到不同时刻界面(粒子)分布、压力云图和指定点压力时间分布、界面锋面距离等.所得结果表明:计算结果(如界面形状、光滑性和指定点压力分布等)与实验值或其他文献结果符合较好.修正的压力梯度项粒子近似,改善了多相SPH方法对高密度比、大变形和破碎多相界面的模拟能力和光滑性,同时界面附近未出现明显的压力震荡.

关键词： SPH方法多相流 Rayleigh-Taylor界面不稳定溃坝气泡

基于SPH方法的泡沫铝填充薄壁结构的吸能仿真

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基于SPH方法的泡沫铝填充薄壁结构的吸能仿真

作者：罗庆大连交通大学

学位级别：硕士

泡沫铝填充薄壁结构以其优异的能量吸收特性和力学性能,广泛应用在土木、机械和航空航天等众多工程领域的缓冲吸能结构中,研究其吸能特性一直以来都是学术界关注的热点。传统的有限元法对泡沫铝进行仿真时会发生网格畸变,对计算结果产... 详细信息

泡沫铝填充薄壁结构以其优异的能量吸收特性和力学性能,广泛应用在土木、机械和航空航天等众多工程领域的缓冲吸能结构中,研究其吸能特性一直以来都是学术界关注的热点。传统的有限元法对泡沫铝进行仿真时会发生网格畸变,对计算结果产生误差。为提升仿真结果的准确性,本文采用无网格法中的光滑粒子动力学(sph)方法对泡沫铝进行仿真建模,研究泡沫铝填充薄壁结构在轴向和径向载荷下的吸能特性和变形模式,并对冲击载荷作用下的泡沫铝填充管进行多目标优化。主要研究内容如下:(1)研究泡沫铝填充薄壁结构在轴向准静态载荷和冲击载荷工况下的吸能特性。结果表明:两种载荷作用下,填充管的总吸能和平均载荷随着填充泡沫铝的密度和薄壁管的壁厚增大而增大;准静态载荷下,增加填充管的高度或半径可提高填充管的总吸能和平均载荷;冲击载荷下,增大压板的冲击速度可提升填充管的比吸能,但增加的幅度越来越小;针对冲击载荷作用下的梯度密度泡沫铝填充管,正梯度泡沫铝填充管的吸能量随梯度指数增大而减小,负梯度泡沫铝填充管与之相反。(2)研究泡沫铝填充薄壁结构在径向准静态载荷和冲击载荷工况下的吸能特性。结果表明:两种载荷作用下,薄壁管的总吸能随着薄壁管壁厚和泡沫铝密度的增加而增加,随跨距的增加而减小;冲击载荷下,施力辊的直径减小,填充管的抗弯曲能力减弱;填充管的胞数增加,结构的总吸能和峰值载荷呈上升趋势;泡沫铝填充六胞管中,增加肋板的厚度或减小肋板间的夹角,可增大结构的比吸能,但会导致峰值载荷随之升高。(3)研究轴向和径向冲击载荷下泡沫铝填充薄壁结构的多目标优化。采用试验设计方法对设计变量进行采样,响应面法构建代理模型,NSGA-Ⅱ遗传算法对样本点进行迭代寻优。以比吸能最大和初始峰值载荷最小为优化目标,对轴向冲击载荷作用下的梯度密度泡沫铝填充管进行多目标优化,得到初始峰值载荷小于11.5k N下的最优解;以比吸能最大和峰值载荷最小为优化目标,对径向冲击载荷作用下的泡沫铝填充六胞管进行多目标优化,得到最优参数的仿真结果相较于优化前,峰值载荷下降了1.82%,比吸能提升了22.4%。本文采用光滑粒子动力学(sph)方法和有限元(FE)法分别对泡沫铝芯体和薄壁结构进行仿真,建立泡沫铝填充薄壁结构的仿真模型。通过对载荷-位移曲线、能量吸收-位移曲线和吸能特性指标的分析,对填充管的吸能特性和变形模式进行研究,为泡沫铝填充薄壁结构的设计和应用提供理论依据和技术支持。

关键词：泡沫铝填充薄壁结构能量吸收仿真分析多目标优化 SPH方法

基于SPH方法粒子射流破岩数值模拟与实验研究

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爆炸与冲击 2017年第3期37卷 479-486页

作者：赵健张贵才徐依吉周毅王瑞英邢雪阳李建波中国石油大学(华东)石油工程学院山东青岛266580 中国石油大学(华东)科学技术研究院山东东营257061 中海油能源发展股份有限公司安全环保分公司天津300450

钻井液中加入体积分数为1%~3%的钢质粒子在钻头喷嘴处高速喷出冲击岩石,实现了粒子射流冲击和钻头机械联合破岩,有效提高了破岩效率。利用瞬态非线性动力学有限元模拟软件,基于光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,sph... 详细信息

钻井液中加入体积分数为1%~3%的钢质粒子在钻头喷嘴处高速喷出冲击岩石,实现了粒子射流冲击和钻头机械联合破岩,有效提高了破岩效率。利用瞬态非线性动力学有限元模拟软件,基于光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,sph)方法,考虑流体对粒子射流冲击的影响,建立了粒子射流冲击破岩的物理模型,获得了粒子射流参数对破岩体积的影响规律,进行了室内实验验证,验证了SPH方法的有效性。结果表明:粒子射流冲击岩石表面形成规则的V型冲击坑;同条件下粒子射流破岩体积是水射流破岩体积的2~4倍;随着粒子射流冲蚀时间的增加,粒子射流破岩体积不断增加,但破岩效率降低;粒子射流压力大于10 MPa后,粒子射流破岩效率迅速增大;喷射角度大于6°后,破岩效率迅速减小。

关键词：粒子射流冲击破岩 SPH方法室内实验