SPH法模拟立面二维溃坝流动应用研究

光滑离子流体动力学(SPH)法是一种纯拉格朗日(Lagrange)无网格方法,近年来发展日趋成熟。对SPH法的基本原理、核函数及控制方程离散格式、边界处理方法等进行了介绍。在此基础上建立了数值水槽模型,模拟了立面二维溃坝流动问题,并将所得结果与VOF法及模型试验得到的结果进行比较,结果表明:SPH法能够捕捉到流体的飞溅及融合现象,适于模拟具有瞬时极大变形等物理力学问题。     

A Method to Improve First Order Approximation of Smoothed Particle Hydrodynamics

Smoothed particle hydrodynamics (SPH) is a useful meshless method. The first and second ordersare the most popular derivatives of the field function in the mechanical governing equations. New methodswere proposed to improve accuracy of SPH approximation by the lemma proved. The lemma describes therelationship of functions and their SPH approximation. Finally, the error comparison of SPH method with orwithout our improvement was carried out.     

A method to improve first order approximation of smoothed particle hydrodynamics

Smoothed particle hydrodynamics (SPH) is a useful meshless method. The first and second orders are the most popular derivatives of the field function in the mechanical governing equations. New methods were proposed to improve accuracy of SPH approximation by the lemma proved. The lemma describes the relationship of functions and their SPH approximation. Finally, the error comparison of SPH method with or without our improvement was carried out. Foundation item: The National Natural Science Foundation of China (No. 50778111); The Key Project of Fund of Science and Technology Development of Shanghai (No. 07JC14023)     

Smolyak Type Sparse Grid Collocation Method for Uncertainty Quantification of Nonlinear Stochastic Dynamic Equations

This paper develops a Smolyak-type sparse-grid stochastic collocation method(SGSCM) for uncertainty quantification of nonlinear stochastic dynamic equations.The solution obtained by the method is a linear combination of tensor product formulas for multivariate polynomial interpolation.By choosing the collocation point sets to coincide with cubature point sets of quadrature rules,we derive quadrature formulas to estimate the expectations of the solution.The method does not suffer from the curse of dimensionality in the sense that the computational cost does not increase exponentially with the number of input random variables.Numerical analysis of a nonlinear elastic oscillator subjected to a discretized band-limited white noise process demonstrates the computational efficiency and accuracy of the developed method.     

深水桥梁墩水耦合抗震分析方法

为正确采用动水压力计算方法,提出了一种新的深水桥梁墩水耦合计算方法结合法,即将Morison方程与计算流体力学相结合,分析深水桥梁墩水耦合抗震问题.ANSYS-CFX模型计算表明:结合法能较好地进行墩水耦合抗震分析;深水环境使墩顶最大弹性位移减小,最大刚体位移增大,结构整体变形增大;刚体运动附加动水力对桥墩起主要作用,但应同时考虑弹性振动引起的动水压力.      

两阶段混合粒子群优化聚类

为解决数据集样本维数较高时已有粒子群优化K均值算法计算速度较慢且聚类结果不稳定的问题,利用第1阶段聚类层次凝聚聚类获得准确率较高的子簇集合,作为粒子群优化K均值聚类算法初始聚类中心的搜索空间,进行第2阶段聚类.提出了一种简化的粒子编码方法,以减小样本维数对计算复杂度的影响;引入混沌的思想,以保持粒子种群的多样性,从而避免粒子群优化算法可能出现的早熟现象.通过两阶段聚类,有效地融合了粒子群优化、层次聚类与划分聚类算法的优点.在多个UCI数据集上的聚类结果表明,与几种对比算法聚类结果的最优值相比,其纯度分别提高了1%~8%,且耗时减少50%以上.      

车桥耦合振动数值模拟及软件实现

在对高速铁路曲线梁车－桥耦合振动的研究中,建立了一种基于激励非线性振动的数值计算方法,并在Ｗｉｎｄｏｗｓ９５工作环境下利用ＰｏｗｅｒＳｔａｔｉｏｎ完成了计算程序的编制,取得了较好的计算结果。与其他模型相比较,保证精度的前提下,较大地节省了计算时间。     

车辆动力学仿真中关键元件的建模

为了提高车辆动力学模型中非线性元件数学模型的模拟精度,分析了一、二维干摩擦副、三大件转向架的摩擦楔块和带串联刚度阻尼器的动力学性能,建立了非传统的数学模型,即不含速度状态变量的模型,并设计了对应的Simulink程序,用典型例题与传统模型的性能进行了对比分析。分析结果表明:非传统数学模型能克服强非线性带来的数值计算问题,提高了计算精度和计算效率,一般根据不同模型的规模和非线性元件数,计算速度能提高2~10倍。     

列车动力学的非线性数值分析方法

列车动力学方程是个复杂非线性方程,必须采用数值积分方法求解。本 文从工程实用的观点出发,提供了二类简单有效的数值积分方法—Ne物ark显式积分法及其显一隐式预刚一校正积分法。这类积分方法,积 分过程简捷,.程序编制容易;由于积分过程中无须求解高阶线性代数方 程组,这就显著地提高了积分速度,并有效地节约了计算内存,从而在 普通微机上实现了对大型列车动力学问题的模拟分析。 文中建议了一种判定工程实际问题之非线性数值积分稳定性的实用办 法,并成协地应用子重载列车动力学分析石在此基拙上进一步实现了变 步长积分计算,大大提高了计算速度。通过算例校验及与试验结果的对 照,证实了方法的非线性数值分析有效性。      

基于断裂力学的橡胶颗粒弹性路面除冰能力分析

为了分析橡胶颗粒弹性路面的弹性模量与除冰能力之间的关系，从断裂力学角度出发，引入应变能密度因子准则作为判断依据，分析不同温度条件下，冰层厚度不同时，弹性路面的弹性模量与除冰能力之间的关系，并得出能够达到除冰效果的弹性模量范围。     

反吹式吸嘴流场数值分析及吸尘效率研究

为提高扫路车的吸尘效率,采用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)技术对反吹式吸嘴流场进行计算,分析结构参数对吸尘效果的影响规律,并结合气固两相流动模型对优化后模型的吸尘效率进行计算.研究表明:吸尘口的直径不大于反吹式吸嘴宽度的 0.47 倍、倾角不大于105时,分别增大吸尘口直径和倾斜角度,均可提高吸尘效率;反吹式吸嘴近地面气流速度大且方向紧贴地面,不存在气流外泄造成的二次污染;车速由 5 km/h 提高到15 km/h 时,总除尘效率下降了27%,其中 45 m 粒径颗粒的分级除尘效率下降了 9%,152 m 粒径颗粒的分级除尘效率下降了 33%.      

基于拟力法的框架结构静力推覆分析

传统静力推覆分析方法求解结构非线性变形需对结构整体刚度矩阵进行实时地合成与分解，该过程将占用大量计算资源.基于拟力法的纤维梁有限元分析方法进行静力推覆分析，在迭代求解结构非线性变形时，首先对弹性刚度矩阵进行分解，计算出侧向荷载作用下的弹性位移；然后通过反复调用弹性刚度矩阵的分解结果与弹性位移，减少回代计算量；最后采用算法时间复杂度理论定量对比了该方法与传统方法的计算效率，通过一榀八层钢筋混凝土框架结构数值算例，分析比较了两种方法的计算结果与算法时间复杂度. 结果表明:两种方法顶点位移-基底剪力曲线基本吻合，层间位移角与楼层之间的关系曲线也基本一致，两者的最大误差出现在第3层，为3.72%，与传统方法相比，基于拟力法的静力推覆分析方法算法时间复杂度降低了80%，计算效率至少是传统方法的5倍.      

地震滑坡启程动力学机理

为深入揭示地震滑坡的启程动力学机理,探讨了地震诱发滑坡的启动机制.在分析滑坡滑动前聚集的临床弹性应变能的基础上,同时考虑地震水平加速度和竖向加速度,运用能量转化原理,导出了地震滑坡启程速度的计算公式.研究结果表明,地震触发斜坡破坏,主要是其"波动振荡链"综合效应所致;地震滑坡启程阶段经历了"先启动,后加速至启程"的过程;汶川地震东河口滑坡启程速度的计算结果与用动量传递法计算的结果相比,误差约3%.     

基于高性能计算机群的微型多点外啮合齿轮油泵流场仿真

提出了基于高性能计算机群,对于微型多点外啮合齿轮油泵三维流场的分析方法．通过fluent计算流体力学软件,使用高性能计算机群解决了算例中大规模网格和非定常流动问题,较好的模拟了微型多点外啮合齿轮油泵的三维流场．为外啮合齿轮油泵的计算仿真提供了解决方案．     

高速列车弹性车体与转向架耦合振动分析

建立了某高速列车车体有限元模型,采用Guyan缩减进行模态求解,结合SIMPACK多体动力学软件建立包含弹性车体的系统动力学模型。运用模型分析了车体弹性模态对运行平稳性的影响,研究了弹性车体与转向架构架垂向耦合振动。分析结果表明：当车体垂向一阶弯曲频率与车体点头振动空响应点频率接近时,会发生车体的垂向弹性共振;当车体菱...     

变系数二阶常微分方程的边界层型问题的插值摄动解法

用插值摄动法[1]求得了变系数二阶常微分方程的边界层型问题的一级近似解．由于该方法能公式化（如式（10））,故其计算过程显得十分简便．其精度甚至比多尺度法的还稍高一些.     

Characteristics of new-type energy absorber for vehicle collision

A new type energy absorber was introduced, which is composed of thousands of thin ring plates with different diameters. Because it can switch the impact to thousands of shearing actions among thin ring plates inside the absorber, the impact energy is decentralized and dissipated gradually, the impact acting time is extended and the peak of acceleration is reduced obviously. Numerical simulations by finite element method (FEM) coupled with smoothed particle hydrodynamics (SPH) method were preformed to predict the energy absorption characteristics. Energy absorption ability with different impact velocities was studied and the effects of thickness and material of ring plates were discussed. The sled crash test was carried out to validate the result of simulations. The new type absorber is effective for collision that impact velocity is lower than 40 km/h.     

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为解决电动汽车驾驶员里程焦虑问题,并为车辆行驶里程预测提供重要依据,本文提出一种基于数据驱动的方法来探讨电动汽车行驶里程和电池SOC之间的关系。首先对采集的原始数据进行删除、插值和平均处理,再对电动汽车行驶里程和电池SOC进行相关性分析并建立模型,利用递推最小二乘法对模型参数进行辨识。利用北京市运营物流电动车的数据对建立的模型及参数辨识结果进行验证。实验结果表明,本文采用的基于数据驱动预测行驶里程的方法是可行的,所建立的行驶里程与电池SOC模型具有较高的准确度。     

电动汽车行驶里程与电池SOC 相关性分析与建模

为解决电动汽车驾驶员里程焦虑问题,并为车辆行驶里程预测提供重要依据,本文提出一种基于数据驱动的方法来探讨电动汽车行驶里程和电池SOC之间的关系.首先对采集的原始数据进行删除、插值和平均处理,再对电动汽车行驶里程和电池SOC进行相关性分析并建立模型,利用递推最小二乘法对模型参数进行辨识.利用北京市运营物流电动车的数据对建立的模型及参数辨识结果进行验证.实验结果表明,本文采用的基于数据驱动预测行驶里程的方法是可行的,所建立的行驶里程与电池SOC模型具有较高的准确度.     

特种车辆系统动力学特性模拟分析

基于弹性体原理,详细分析了一种特种车辆——凹底平车中大底架的弹性振动特性.将多体系统动力学理论与有限元理论相结合,在对车辆系统中各种因素合理分析的基础上,正确引入大底架的弹性振动特性,构建了凹底平车刚柔耦合多体系统动力学模型,计算分析了车辆系统的动力学特性,进而得到了运行速度和车辆上所关心参数对车辆系统动力学响应的影响,并与实测结果做了系统比较.结果表明,在选定的计算点,该车辆系统动力学响应计算值与试验值的最大误差仅为3.84%,在工程允许范围内.此种分析方法能减小车辆系统的模拟计算规模,提高计算速度,同时又能保证计算的准确性,能满足车辆系统动力学特性分析的需要.