基于混凝土三维球形随机骨料模型的氯离子扩散细观数值模拟

当前对于海洋环境下混凝土结构中氯离子的扩散问题的数值模拟研究大多停留在宏观层面,没有考虑混凝土细观结构的影响。针对这一问题,建立了混凝土三维球形随机骨料细观模型,并基于该模型提出了混凝土中氯离子扩散细观数值模拟方法。混凝土三维球形随机骨料模型以随机过程理论为依据,考虑了骨料粒径大小和位置分布的随机性,更接近实际情况;基于该模型的氯离子扩散细观数值模拟方法能够从细观层面反应混凝土中氯离子扩散规律,可以作为混凝土中氯离子扩散研究的重要手段。在此基础上研究了混凝土细观结构对氯离子扩散的影响,结果表明:界面过渡区厚度和扩散系数越大时,经扩散进入混凝土中的总体氯离子含量越多,但混凝土浅层区域内的氯离子含量越少;随着粗骨料体积分数的增加,混凝土中相同深度处的氯离子浓度降低。     

船舶总振动固有频率实用算法

分别用一维梁有限元方法和三维有限元方法计算3艘实船总振动固有频率,对计算结果进行统计分析,提出对一维梁有限元方法计算结果的修正,利用110000t油船进行验证。用一维梁有限元方法计算时考虑剪切滞后影响系数;用三维有限元方法计算时,是在ANSYS软件中建立全船的三维空间有限元模型,进行模态分析。通过计算证明该方法能有效改进一维梁有限元计算方法,可快速准确地预报船舶总振动固有频率。     

连云港港主体港区水交换三维数值模拟

利用基于有限体积法的三维海洋数值模型FVCOM,建立了连云港浅滩海域的三维潮流数值模型和对流扩散模型。运用对流扩散模型,对连云港港主体港区的保守物浓度进行三维模拟计算,并对港池的三维水交换特征进行分析。结果表明,港池口门处的水交换能力最强,并向港池底部逐渐减小,港池表、底层水交换能力差别很小,主体港区的平均滞留时间、半交换时间和冲洗时间分别约为13、5、84 d。     

瞬时点源和连续源随流输移扩散

为更好地研究简单波流场下近岸污染物的输移扩散,科学地分析污染物扩散形态,基于输移扩散方程推导出点源和连续源无限区域时二维浓度解析解。结合二维对流输移扩散数值模型和墨水扩散试验,分别得出在近岸点源和连续源情况下污染物输移扩散的特征。模型和试验结果表明:数值结果与试验结果吻合良好,瞬时点源扩散呈圆环分布,浓度值由中心向外部递减,连续源扩散浓度随空间呈椭圆分布,距离源点越远,相对浓度越小。     

海洋三维非定常斜压数值模型研究

本文主要介绍俄罗斯水文气象学专家В.А.Царёв的海洋三维非定常斜压模型,它可用于计算潮汐、潮流、海洋环流、海水温、盐扩散和污染物扩散,可以通过温度、盐度扩散模式建立海冰形成和融解的过程计算数值模型。     

使用一维和二维模型进行船舶初步设计

船体上层建筑之间相互影响的计算研究，已经进行了一维、二维和三维有限元分析。该方法在广泛的参数研究基础上，将原始三维模型简化为一维和二维模型，以减少数据准备工作和计算机解算时间。一维和二维模型都是通过船体及上层建筑的三维布置数值与试验研究得出的。一维模型的结果总是比三维情况偏小，但是比三维模型建立及运行的速度要快。二维模型与估计结果一致，并且与实际情况的预报值相当接近。这些模型比一维模型建立的时间长     

基于OpenFOAM的港内波场数值模拟研究*

掌握港内的波高分布特征对港口布局建设意义重大，物理模型制模成本较高、过程较为复杂，相关的数值模拟大多仅考虑了由防波堤口门传播进来的波浪影响，而忽略了越浪作用。针对这些局限性，基于开源软件OpenFOAM，建立环抱形直立式防波堤的三维数值波浪水池，将越浪与不越浪情况下的数值计算结果和物理模型试验结果进行比较，验证数值模型的准确性。结果表明：该模型能够较好地模拟堤顶越浪过程及港内波高分布情况，可用于优化港口布局的进一步研究。     

水下爆炸数值仿真

基于MSC.Dytran软件,通过一维球对称数值仿真模型,模拟了水下爆炸冲击波传递以及第一次气泡脉动过程,其计算结果与经验公式计算结果吻合较好,在此基础上讨论了网格划分方式、网格密度以及计算区域大小对计算结果精度的影响.通过一维模型与三维模型数值计算结果的对比,论证了基于一维球对称数值仿真模型,通过Remap映射技术进行三维模型数值仿真的计算方法.该方法在保证计算精度的同时较大地提高了计算效率,具有较强的工程应用价值.     

一维水质模型对河流污染物扩散的简单模拟

利用一维水质教学模型模拟污染物扩散一情况，以此作为管理人员进行应急决策的参考依据，中一维水质模型用有限差分格式进行离散，然后借助Matlab软件进行数值计算，揭示污染物扩散趋势和影响范围。     

饱和软黏土中吸力锚的承载能力数值分析*

利用大型通用有限元软件ABAQUS,基于总应力分析法,建立了饱和软黏土中吸力锚的三维有限元数值模型,通过与物理模型试验对比,验证了数值模型的正确性.计算分析了吸力锚的水平承载力特性及其破坏模式、最优系缆深度上的倾斜承载力包络图.通过对有限元结果进行拟合分析,提出了吸力锚承载能力的简化计算公式,公式中考虑了长径比、加载角度和土体不排水抗剪强度的影响.     

海洋环境下港口工程混凝土界面过渡区氯离子扩散系数模型

通过现场暴露物理试验,实测得到了港口工程混凝土及相对应的水泥砂浆试件中氯离子的浓度分布结果,经回归分析分别得到了这两种试件的氯离子扩散系数。以此为基础,定量评估了粗骨料的稀释、曲折和界面过渡区效应对混凝土中氯离子扩散系数的影响,并建立了混凝土界面过渡区氯离子扩散系数模型。基于混凝土中氯离子扩散的细观数值模拟方法,验证了所建立的混凝土界面过渡区氯离子扩散系数模型的正确性。对细观数值模拟结果的分析可知:界面过渡区对混凝土中仅考虑粗骨料的稀释和曲折效应的氯离子扩散系数的提升效应不可忽略,应充分考虑界面过渡区的存在对混凝土中氯离子浓度分布和扩散特性的影响。     

动态刚度阵法在船体总振动计算中的应用

采用动态刚度阵法计算船体总振动的固有频率.该方法不但能简化计算模型,而且能获得较高精度的高阶固有频率.首先通过直接求解等直Timoshenko梁单元的运动微分方程,导出考虑剪切变形和转动惯量影响的平面梁单元动态刚度阵的解析表达形式;其次采用Wittrick-Williams算法结合二分法求解特征值;最后采用本方法计算299 500DWT超大型油船船体总振动的固有频率,并分别与一维梁有限元法和三维全船有限元法计算结果以及实测值进行比较,验证了方法的精确性和有效性.     

船用轴带发电机的温度场分析研究

轴带发电机的性能和可靠性直接影响船舶电力系统的稳定运行。从对流换热和传热数学模型入手,对一台轴带发电机的发热问题展开深入研究。构建电机三维流热耦合场数值计算模型,计算了电机本体流热耦合场,通过样机试验验证了模型和计算方法的正确性。研究电机内部结构对温度分布的影响,为轴带发电机的散热结构优化设计提供了技术支持。     

船型结构物的总纵强度直接简化计算技术研究

从简化载荷施加和力学三维有限元模型的建立上进行了船型结构物的总纵强度直接简化计算技术的研究。直接简化计算技术绕开现代流行却复杂较难实现的设计波方法,借助规范波浪载荷的分布,结合现代数值计算技术,利用数值积分实现波浪载荷的模拟,同时寻求船体静水载荷分布数值化和解决三维粗网格模型的快速模拟,最终实现船型结构物设计载荷的数值模拟和总纵强度的三维设计。文章旨在寻求适合于前期设计阶段的船体结构总纵强度三维设计技术,并有效解决质量分布模拟而引起的一些客观问题,同时突破传统的二维剖面设计中非连续结构参与总纵强度的主观性判断,从工程应用角度快速有效地完成船体结构刚度和强度设计。     

一种舰载导弹固体火箭发动机烤燃过程的数值计算方法

为了能够有效避免火灾中导弹固体火箭发动机着火爆炸的灾难发生、保存舰艇的生命力和战斗力,建立了一种舰载导弹固体火箭发动机烤燃过程的一维传热数学模型.该数学模型考虑了辐射换热、对流换热、导热和化学反应源项的作用.利用有限差分方法,通过数值计算得到了发动机的温度时间分布曲线、温度空间分布曲线和着火延迟时间.结果表明,火焰温度和火焰温升速率对发动机的着火延迟时间有显著影响;发动机的绝热层对外界火灾有好的隔热作用;快速热烤下,推进剂的着火首先发生在外表面上.     

方圆过渡入口烟道流场优化及阻力特性的数值研究

方圆过渡通道是一种常见结构形式。本文建立了高速烟气流经方圆过渡烟道的三维数值计算模型,选用标准k-ε湍流模型,压力速度耦合采用SIMPLE算法,方程离散采用二阶迎风差分格式。计算得出方圆过渡烟道内部流场的速度分布情况。由于原设计通道内流场欠佳,基于烟道出口速度的均匀性,给出提高烟道高度和加装导流板2种对流场进行优化的措施。并进一步考察加装导流板之后对通道的阻力影响。计算结果表明:由于弯曲面的存在,在近壁面会形成涡流。在合适位置加装导流板不仅可以均匀内部流场,而且可以降低流场阻力。数值计算方法的正确性通过对一种标准中可查的结构进行计算对比得到验证。从而提出了一种针对方圆结构烟道流场及阻力特性计算的新方法,可为工程设计提供有益参考。     

不对称孤立街谷内流动和污染物扩散数值模拟研究

通过考虑四种不对称街谷设计,结合风洞试验数据验证的数值模型进行数值模拟研究,探究了街道峡谷对称性对街谷内气流流动和污染物扩散的影响。结果表明:在升阶式街谷中,随着下游建筑增高,涡向右上方变形,峡谷内对流作用减弱,峡谷内污染物浓度逐渐增大。但在降阶式街谷内,随着上游建筑增高,涡数量和大小均发生显著变化,背风侧污染水平逐渐减小,有利于背风侧居民健康生活和出行。     

考虑航速及自由液面影响的声介质中三维结构水弹性力学研究

基于Wu建立的带航速三维水弹性理论,采用考虑自由液面效应的理想可压流体Green函数,提出了带航速和考虑自由液面的声介质中三维水弹性结构声辐射计算方法.对THAFTS三维水弹性计算程序进行修改,得到声介质中三维水弹性计算程序.针对无限大流体中的静态弹性球壳结构声辐射模型进行一系列数值计算,通过与解析结果的比较,验证了该计算方法和计算程序的正确性.进一步计算不同潜深、不同航速下弹性球壳的结构声辐射,以此为基础对该计算方法和计算程序进行进一步考核,同时分析了航速和自由液面对水下结构声辐射的影响.     

船闸闸首部位结构内力的非线性有限元分析

考虑结构材料和几何尺度等非线性因素,应用ABAQUS有限元软件建立船闸闸首部位的三维数值模型;通过合理设置闸首部位边墩、底板、回填土和地基之间的接触,分别计算不同工况条件下闸首的结构内力;在验证计算成果合理性的基础上,探讨采用解析法和有限元法进行结构内力分析的优缺点及其适用条件.     

基于格子Boltzmann方法的方腔内自然对流与换热的数值模拟

基于双分布格子Boltzmann模型,建立了适合于流体流动和换热的热格子Boltzmann模型.温度分布函数中采用D2Q9离散速度模型.以热格子Boltzmann模型,模拟了方腔内自然对流的形成及其演化,通过与相关文献的计算结果对比可以发现,热格子Boltzmann模型在处理流体流动与传热方面存在着独特的优点,文中建立的数值模拟计算方法和程序是切实有效的.