检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：勇珩中国工程物理研究院

学位级别：博士

在惯性约束聚变(ICF)中,激光黑腔靶耦合物理需要求解带热传导项和能量交换项的辐射流体力学方程组。激光黑腔靶耦合的物理过程要求数值方法既能适应大变形流动,又能精度较高地模拟多物理多介质非平衡强耦合过程。精度较高的任意拉格朗日... 详细信息

在惯性约束聚变(ICF)中,激光黑腔靶耦合物理需要求解带热传导项和能量交换项的辐射流体力学方程组。激光黑腔靶耦合的物理过程要求数值方法既能适应大变形流动,又能精度较高地模拟多物理多介质非平衡强耦合过程。精度较高的任意拉格朗日-欧拉(Arbitrary Lagrangian-Eulerian,简称ALE)方法,在物质界面处随流体运动,给出清晰的物质界面,而远离界面处,可保证规则的网格运动。因此辐射流体力学程序通常采用ALE方法。本论文针对辐射流体力学ALE程序数值模拟激光黑腔靶耦合中遇到的实际问题,从方法上寻求解决数值模拟的瓶颈问题。本论文的创新点和主要工作如下: 1.在现有积分梯度格式IGA(Integral Gradient Average)和IGT(IntegralGradient Total)的基础上,提出了一种新的积分梯度格式IGTSP(IntegralGradient Total Symmetry-Preserving)。IGT格式不能保持柱几何下一维球对称性,IGA格式可以保持一维球对称性,然而在实际问题的计算中发现,当相邻网格内的流体质量相差较大时,该格式可能计算出不合理的物理图像。本论文首先证明了:当相邻网格边界压强取为质量加权时,对于一维平面和一维柱对称问题,IGT与IGA计算的加速度相等。对于二维问题,从理论上证明了:IGT格式总动量完全守恒;当相邻网格内流体质量比变大时,即使相邻网格边界压强取为质量加权,IGA格式也很难得到较好的系统动量守恒;新积分梯度格式IGTSP不仅能保持一维球对称性,而且能较好地保持系统的总动量守恒。数值试验进一步显示了这三个格式的优缺点。 2.提出了自适应流场变化的九点网格重构方法。采用该网格重构方法,重构后的网格不仅正交性和光滑性好,而且生成的网格与物理问题解的空间分布相适应,实现了重构后的网格品质好。理论上证明了九点网格重构方法逼近椭圆型方程或抛物型方程,并具有球对称性。发展了不同形式的自适应流场变化的网格重构方法,满足了实际问题的多种需求。数值试验表明,该方法健壮性好,在复杂问题的数值模拟中具有较高的应用价值。 3.采用与内部网格一致的推导方法,本文给出Kershaw九点差分格式在一般边界条件下的具体表达形式。通过引进拟直角坐标系,给出柱坐标系和商角坐标统一形式下的二维三温热传导方程的九点差分格式。把上述方法运用到辐射流体力学程序中,不仅改善和发展了辐射流体力学程序在ICF腔靶、平面靶和内爆问题中的应用,提高了辐射流体力学程序求解实际问题的置信度,并且实现了辐射流体力学程序既可以计算平面靶问题,也可以计算腔靶问题,扩展了辐射流体力学程序的功能。

关键词：辐射流体力学任意拉格朗日-欧拉方法积分梯度法九点网格重构方法二维三温能量方程柱坐标系

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基于ALE方法的盾构对接施工钢环顶伸数值模拟及稳定性分析

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振动与冲击 2015年第19期34卷 91-97,102页

作者：王欢欢杨丽丽杨勋金先龙上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240 上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 上海应用技术学院上海201400

基于任意拉格朗日-欧拉有限元方法(ALE),建立了盾构对接施工钢环顶伸的三维数值模型,解决了土体变形流动导致网格畸变的问题,实现了钢环-土体动态耦合过程。分析了钢环顶伸过程中,钢环前侧阻力变化、钢环应力应变状况。研究了不同的顶... 详细信息

基于任意拉格朗日-欧拉有限元方法(ALE),建立了盾构对接施工钢环顶伸的三维数值模型,解决了土体变形流动导致网格畸变的问题,实现了钢环-土体动态耦合过程。分析了钢环顶伸过程中,钢环前侧阻力变化、钢环应力应变状况。研究了不同的顶伸速度下,对钢环顶伸的影响。在充分考虑接触及重力条件下,分析了钢环轴向及侧向的稳定性状况。研究结果可为盾构对接施工方案设计提供参考依据。

关键词：任意拉格朗日-欧拉方法盾构对接钢环顶伸稳定性

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自适应于流场变化的网格重构方法

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计算物理 2007年第5期24卷 505-511页

作者：勇珩袁国兴成娟王政北京应用物理与计算数学研究所

提出九点网格重构方法,不仅生成的网格正交性和光滑性好,而且重构后的网格与物理问题解的空间分布相适应,实现了重构后的网格品质好.理论上证明了九点网格重构方法逼近椭圆型方程,并具有球对称性.数值试验表明,该方法具有很好的适应复... 详细信息

提出九点网格重构方法,不仅生成的网格正交性和光滑性好,而且重构后的网格与物理问题解的空间分布相适应,实现了重构后的网格品质好.理论上证明了九点网格重构方法逼近椭圆型方程,并具有球对称性.数值试验表明,该方法具有很好的适应复杂区域的稳健性,在爆轰驱动或高速冲击ALE(Arbitrary Lagrangian Eulerian)数值模拟中具有较高的应用价值.

关键词：九点网格重构方法自适应于流场变化任意拉格朗日-欧拉方法

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冲击荷载作用下多场耦合问题数值模拟方法

冲击荷载作用下多场耦合问题数值模拟方法

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作者：郭攀大连理工大学

学位级别：博士

在航空航天、激光技术、核电、军事等领域经常会遇到诸如冲击波、激光、碰撞等具有强间断、高梯度变化特征的冲击荷载作用下的多场耦合问题。冲击荷载作用下的耦合问题往往呈现出复杂的物理现象,针对这类问题需要综合考虑多学科知识才... 详细信息

在航空航天、激光技术、核电、军事等领域经常会遇到诸如冲击波、激光、碰撞等具有强间断、高梯度变化特征的冲击荷载作用下的多场耦合问题。冲击荷载作用下的耦合问题往往呈现出复杂的物理现象,针对这类问题需要综合考虑多学科知识才能深刻的认识其本质,进而采用相应的技术手段予以解决。近年来这类问题的数值模拟已受到国内外众多学者的广泛关注,目前在耦合计算精度、数值振荡、信息插值等方面仍存在着许多科学问题亟待解决。有鉴于此,本文针对冲击荷载作用下多场耦合问题数值模拟方法开展了研究,针对不同的耦合问题建立了对应的数值模拟方法,并在此基础上集成了多场耦合分析计算的软件平台。全文的主要研究内容如下： (1)对具有强间断、高梯度变化特征的冲击荷载作用下双曲型波传播问题进行研究。针对时域连续Galerkin有限元方法在这类冲击荷载作用下波传播过程中出现的虚假的非物理数值振荡进行分析,通过引入比例刚度阻尼的办法对原有时域间断Galerkin有限元方法进行改进。采用改进的时域间断Galerkin有限元方法针对一维和二维的弹性波、弹塑性波传播问题进行了数值模拟。结果显示改进的时域间断Galerkin有限元方法在较好滤去了波后虚假的高频非物理数值振荡的同时,较好地滤去了波前虚假的高频非物理数值振荡。进一步对激光作用下双曲型非Fourier热传导问题进行研究,采用时域间断Gakerlin有限元方法对强脉冲激光作用下的半无限体、薄膜结构的非Fourier热传导行为以及强激光脉冲作用下生物组织的非Fourier热效应及热损伤行为进行了数值模拟。结果显示时域间断Galerkin有限元法在高频激光脉冲数值计算中,具有滤去虚假的数值振荡的能力,能够较好的模拟固体介质受瞬态激光热源后的热传导过程,具有广泛的应用性。 (2)采用时域间断Galerkin有限元方法和基于新几何守恒律的有限体积方法建立了针对冲击荷载作用下的流固耦合新松耦合数值模拟方法。针对压力以及热流密度等流场信息的数值传递方法进行分析,提出采用具有与流场有限体积法同样精度的梯度法进行信息传递。针对径向基函数方法在界面上间断信息传递过程中出现的数值振荡,提出引入Bathe限制器,较好的消除了间断信息传递过程中出现的数值振荡。通过活塞运动问题、翼型颤阵问题以及二维圆管气动热问题的计算验证了本文流固位移场耦合计算方法、流固热耦合计算方法的有效性。 (3)针对热冲击作用下的固体域内广义热-结构耦合问题进行分析,基于Lord-Shulman广义热-结构耦合模型发展了广义热-结构耦合问题的改进时域间断Galerkin有限元方法。给出了一维、二维固体域内热冲击荷载作用下广义热-结构耦合问题数值算例,结果表明对比传统的时域有限元方法及原有的时域间断Galerkin有限元方法,所发展的求解方法具有较好地捕捉波的间断和滤去波传播过程中虚假数值振荡的能力。 (4)在上述强间断、高梯度变化特征的冲击荷载作用下单物理场、多场耦合问题数值模拟方法研究的基础上,基于模块化设计思想发展了多场耦合的软件系统。应用软件平台流固位移场耦合模块对泄爆窗工作问题、气动冲击靶板问题、激波作用下的含装药裂纹的固体火箭发动机药柱响应问题三类气固耦合问题开展了计算研究。展现了软件平台较好的应用前景和处理复杂工程问题的功能。

关键词：多场耦合热-结构耦合流固耦合时域间断Galerkin有限元方法任意拉格朗日-欧拉方法数值模拟

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基于ALE方法的油水两相流固耦合模型研究

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合肥工业大学学报（自然科学版） 2009年第6期32卷 880-884,889页

作者：陈新民梁胜中国石油大学储运与建筑工程学院山东东营257061 中国石化有限公司胜利油田分公司滨南采油厂山东滨州256606 上海市地震局上海201203

文章应用任意拉格朗日-欧拉方法(ALE)对油水两相流固耦合问题进行了研究;详细推导了ALE描述下的两相渗流与变形多孔介质的耦合数学模型方程,解决了孔隙骨架变形介质与渗流方程的统一描述问题;通过编制相应的ALE有限元程序,分析了注水驱... 详细信息

文章应用任意拉格朗日-欧拉方法(ALE)对油水两相流固耦合问题进行了研究;详细推导了ALE描述下的两相渗流与变形多孔介质的耦合数学模型方程,解决了孔隙骨架变形介质与渗流方程的统一描述问题;通过编制相应的ALE有限元程序,分析了注水驱替过程,检验了所提出的模型及相关数值算法。对该模型方程讨论发现,若取ALE网格移动速度为岩层骨架变形速度将简化两相渗流方程,降低数值求解难度。

关键词：变形孔隙介质油水两相渗流数学模型任意拉格朗日-欧拉方法

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基于ALE方法的地震液化大变形数值方法研究与应用

基于ALE方法的地震液化大变形数值方法研究与应用

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作者：刘顺大连理工大学

学位级别：博士

饱和砂土地震液化可能引发场地沉陷、流动、桩基折断、地下结构物上浮等严重灾害,一直是岩土工程研究的重要课题。借助计算机技术的发展,数值分析成为研究地震液化灾害机理以及减防灾措施的重要手段。在拉格朗日格式的数值方法中,由于... 详细信息

饱和砂土地震液化可能引发场地沉陷、流动、桩基折断、地下结构物上浮等严重灾害,一直是岩土工程研究的重要课题。借助计算机技术的发展,数值分析成为研究地震液化灾害机理以及减防灾措施的重要手段。在拉格朗日格式的数值方法中,由于网格附着于物质之上,地震液化引起的大变形可能引起网格扭曲畸变,从而影响数值计算的结果,甚至引发数值方法失效。为解决这一问题,本文结合土-水二相混合理论和任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法,发展了一种解耦合任意拉格朗日-欧拉有限元-有限差分方法。主要工作如下:1.基于土-水二相混合理论,推导了饱和砂土的场方程式。利用算子分离技术和任意拉格朗日-欧拉理论,结合更新拉格朗日格式饱和土地震液化数值分析方法,发展了解耦合任意拉格朗日-欧拉地震液化大变形数值方法。利用饱和土一维固结解析解和离心机模型试验分别与ALE方法相应的数值解对比,对该方法进行了验证。2.研究了解耦合ALE数值方法欧拉分析步的两个重要环节(网格更新和变量传递)的算法在地震液化大变形问题中的适用性。网格更新算法分别考虑了径向基函数插值法、拟弹性分析法、弹簧比拟法、拉普拉斯平滑方法,以网格质量、网格变形以及测点超孔隙水压力响应作为指标,研究发现径向基函数插值方法作为网格更新算法时,用于砂土液化分析效果最好。变量传递算法考虑了径向基函数插值算法、逆距权重法、Godunov方法,以网格变形和平均相对误差作为评价标准,研究发现径向基函数插值算法表现最为优异。3.将ALE方法应用于地基液化大变形灾害研究。研究了在路堤液化沉陷、边坡液化横移、沉箱码头侧移等问题中,更新拉格朗日(UL)方法和ALE方法数值结果的异同性,论证了ALE方法相比较于UL方法在处理强震引发液化大变形问题时在网格质量和数值精度方面的优势。此外,针对强震下沉箱码头的液化灾害,利用ALE方法分析了不同地基处理方案下沉箱码头的响应特点,研究了密砂加固地基和碎石桩处理对沉箱码头地震液化侧移的影响。4.将ALE方法用于地铁车站地震液化上浮响应研究。首先分析了地震响应分析中,粘性阻尼系数确定方法对液化土中地铁车站地震响应的影响,结果表明合理的阻尼系数确定方法能够减少Rayleigh阻尼频率相关性对液化土中地下结构地震响应的影响。对比了ALE方法和UL方法地下结构液化上浮大变形分析中处理网格变形的能力和数值解的精度,论证了ALE方法的有效性。将ALE方法用于不同特点、不同强度的地震波下地铁车站的地震响应分析,研究了深厚液化土层中地下结构上浮引发的土体变形、结构内力、孔压响应等,分析了地铁车站液化上浮机理并对地下结构上浮影响因素进行简要论证。

关键词：地震液化土-水二相混合理论任意拉格朗日-欧拉方法径向基函数地下结构

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基于ALE方法的高速弹体入水冲击特性研究

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江苏科技大学学报（自然科学版） 2022年第2期36卷 7-14页

作者：范旭东漆超王旭吕续舰南京理工大学能源与动力工程学院南京210094

采用跨介质流固耦合的任意拉格朗日-欧拉方法(Arbitrary Lagrange-Euler,ALE)对高速弹体入水冲击过程展开研究.首先通过计算网格收敛性分析、入水加速度和空泡轮廓的对比验证,确认文中建立的计算模型和采用计算方法的合理性与准确性.随... 详细信息

采用跨介质流固耦合的任意拉格朗日-欧拉方法(Arbitrary Lagrange-Euler,ALE)对高速弹体入水冲击过程展开研究.首先通过计算网格收敛性分析、入水加速度和空泡轮廓的对比验证,确认文中建立的计算模型和采用计算方法的合理性与准确性.随后,通过对典型弹体高速入水冲击特性的仿真,分析入水过程中流场压力变化和空泡演化过程.依据弹头外形和入水速度对高速入水冲击特性的影响结果分析,发现入水冲击载荷大小和空泡轮廓尺寸均与弹头空化器尺寸成正比.研究结果表明,在实际跨介质弹体的初步设计中,往往需要综合评估弹体头部材料与冲击特性、减阻性能以及弹体头型间的关联,为高速弹体入水的结构设计和运动稳定性分析提供有价值的参考.

关键词：任意拉格朗日-欧拉方法跨介质入水冲击流固耦合

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岩土工程下沉贯入数值模拟方法研究进展

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力学与实践 2016年第3期38卷 237-249,236页

作者：闫澍旺霍知亮天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072 天津市市政工程设计研究院天津300051

岩土工程下沉贯入领域的数值分析,由于结构物贯入时网格变形过大而产生扭曲畸变等问题,常会造成收敛困难甚至计算结果失真.采用合适的数值方法分析此类问题颇具挑战性.本文系统介绍了近年来对于岩土下沉贯入数值模拟的研究现状和发展动... 详细信息

岩土工程下沉贯入领域的数值分析,由于结构物贯入时网格变形过大而产生扭曲畸变等问题,常会造成收敛困难甚至计算结果失真.采用合适的数值方法分析此类问题颇具挑战性.本文系统介绍了近年来对于岩土下沉贯入数值模拟的研究现状和发展动态,对各种数值模拟方法的相关原理、主要特征以及优缺点进行简要的探讨.并简要介绍耦合的欧拉-拉格朗日(coupled Eulerian--Lagrangian,CEL)有限元法的基本原理,通过不排水条件下的条形基础贯入问题和砂土中桩的静压下沉示例分析,表明CEL有限元法在模拟岩土贯入问题时计算结果的准确性和较其他模拟方法的优势.文中所阐述的岩土贯入分析数值模拟方法可供从事岩土贯入分析的相关学者借鉴参考.

关键词：岩土工程贯入数值分析任意拉格朗日-欧拉方法网格重划分耦合的欧拉-拉格朗日方法

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直接模拟中不同边界条件的实施及对沉降规律的影响

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物理学报 2013年第8期62卷 294-299页

作者：刘汉涛常建忠中北大学机电工程学院太原030051

在牛顿流体中,对颗粒在4种不同边界的垂直通道中的沉降运动进行了直接数值模拟.计算结果表明:通过计算区域随颗粒运动而移动构建的无限长通道能准确模拟颗粒自由下落到稳定沉降的发展过程;周期性边界条件由于流场变化,对颗粒沉降产生了... 详细信息

在牛顿流体中,对颗粒在4种不同边界的垂直通道中的沉降运动进行了直接数值模拟.计算结果表明:通过计算区域随颗粒运动而移动构建的无限长通道能准确模拟颗粒自由下落到稳定沉降的发展过程;周期性边界条件由于流场变化,对颗粒沉降产生了影响,不能模拟颗粒的自由沉降过程;底部封闭边界适合模拟封闭容器内颗粒与固壁的相互作用过程,若颗粒达到稳定沉降,也能模拟无限长通道内的沉降过程;流化边界适合模拟流化床内气固两相流动.计算结果有助于更好地理解和使用不同边界条件.

关键词：直接数值模拟边界条件沉降任意拉格朗日-欧拉方法

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亚临界雷诺数下圆柱受迫振动的数值研究

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计算力学学报 2012年第1期29卷 74-80页

作者：赵静吕林董国海谢彬滕斌大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室大连116024 中国石油集团工程技术研究院天津300451 大连理工大学深海工程研究中心大连116024 南京水利科学研究院港口航道泥沙工程交通行业重点实验室南京210024 中海石油研究中心北京100027

在Navier-Stokes方程和k-ω湍流模型的基础上,利用流线迎风有限元方法结合ALE动网格技术对亚临界雷诺数下的圆柱受迫振动问题开展了数值模拟研究。本文的数值模型成功模拟了Re=5000条件下,圆柱发生受迫振动时尾迹区内的2S,2P和P+S尾流模... 详细信息

在Navier-Stokes方程和k-ω湍流模型的基础上,利用流线迎风有限元方法结合ALE动网格技术对亚临界雷诺数下的圆柱受迫振动问题开展了数值模拟研究。本文的数值模型成功模拟了Re=5000条件下,圆柱发生受迫振动时尾迹区内的2S,2P和P+S尾流模式;对Re=10000情况下,无量纲振幅分别为0.3,0.4,0.5的圆柱受迫振动问题开展了数值模拟,分析了给定振幅条件下圆柱受力随振动频率的变化关系以及受迫振动的锁定区间。以上数值计算结果与Gopalkrishnan(1993)的实验结果基本符合。研究结果表明,二维数值模型能够基本正确地反映出圆柱发生受迫振动时的涡激振动特性以及有关的受力变化趋势,为今后进一步开展三维数值分析工作奠定了基础。

关键词： Navier-Stokes方程涡激振动流线迎风有限元任意拉格朗日-欧拉方法 k-ω湍流模型

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