舰船结构空中爆炸载荷的高精度数值计算程序

给出了一种舰船结构空中爆炸载荷的高精度数值计算程序.该程序采用基于通量修正算法的有限差分格式编写.它在冲击波阵面处达到四阶精度且耗用计算资源较少,是一种简单高效的计算程序.因此该程序特别适用于大尺度船舶结构受空中爆炸载荷的计算.程序的可靠性和准确性通过击波管试验和空中爆炸试验数据进行了检验.最后给出了一个典型船舶结构受空中爆炸载荷的算例.     

WENO格式精度对舱室内爆炸载荷影响规律研究

舰船舱室内爆炸载荷主要包含瞬态多峰值冲击波和持续时间较长的准静态超压,为了研究WENO格式精度对舱室内爆炸载荷影响规律,基于Fortran平台,采用3阶、5阶、7阶WENO有限差分格式,开发了高精度舱室内爆炸载荷三维数值计算程序。采用Sod激波管、双爆轰波碰撞、激波与熵波相互作用等经典算例初步考察了各数值格式的计算性能。开展了封闭舱室、泄压舱室内爆炸载荷数值计算,探讨了WENO格式精度对舱室内爆炸载荷影响规律。研究表明:WENO格式精度对舱室内爆炸冲击波载荷影响较大,对舱室内爆炸准静态超压载荷影响较小。     

内圆外方向轴传输线特性阻抗的直线法计算

本文采用偏微分方程数值解法中的直线法，将圆柱坐标系（ｒ，φ，ｚ）中的偏微分方程沿一维（φ）离散化，从而化为对于另一维变量（ｒ）的常微分方程组，在离散化过程中引入了截断误差Ｏ（ｈ）的高精度差分格式，编制了标准Ｆｏｒｔｒａｎ程序计算内圆外方同轴传输线的特性阻抗，计算结果与文献中的数据相吻合。     

基于高阶紧致有限差分格式的直接数值模拟应用

本文将采用具有六阶精度的有限差分格式的直接数值模拟,对开源代码进行修改,从而得到不同模型的绕流计算。     

基于MATLAB的地表变形计算系统在公路下伏采空区地表变形预测中的应用

经典概率积分法通过大量实践检验获得了普遍认可,存在复杂采空区变形计算存在计算量大、精度度低等问题。本文基于MATLAB软件开发地表沉降计算系统,提高了计算精度及效率,同时通过MATLAB绘图工具,可以直观反映地表变形情况。在缺少沉降观测数据的前提下,本文利用FLAC3D有限差分数值模拟方法对自主开发的系统进行分析比对。结果表明,该系统解算出的矿区开采沉陷的基本规律与有限差分结果基本吻合,该系统对于实现矿区开采沉陷高精度预计和反演具有一定的参考价值。     

约束空间内爆超压载荷影响因素二维数值模拟

[目的]为了研究炸药运动、初始界面扰动及网格尺寸对舱内爆炸超压载荷的影响规律,[方法]采用五阶WNEO有限差分格式、三阶TVD龙格—库塔法对二维可压缩欧拉方程的空间项和时间项进行数值离散,并基于Fortran平台,自主开发约束空间内爆炸波高精度数值计算程序,利用所开发的程序对舱内爆炸超压载荷的影响因素进行初步探讨。[结果]研究表明,增大炸药运动速度、选取特定的初始界面扰动、减小网格尺寸均能较明显地提高舱内爆炸冲击波峰值,但对准静态超压载荷的影响较小。[结论]研究结果可为抗爆结构设计及舱内爆炸毁伤评估提供一定的参考和指导。     

坞室底板的一种数值解法

介绍一种简单化的弹性基础梁数值解法的基本原理，并根据其弯矩、剪力脏基反力表达式，编制了弹性地基梁数值解法的计算程序，避免了郭氏法繁琐的查表计算工作量，提高了计算效率。     

两组色散方程三层高精度显格式

针对色散方程u/t=a3u/x3,a为常数的初边值问题,采用组合差商法,构造了两组互为对称带参数的三层四点显式差分格式.格式的局部截断误差阶为O(τ2+h4),稳定性条件为0|r|≤1/4.当其中的参数满足一定的条件后,格式的精确度可以提高到O(τ2+h6),稳定性条件为0|r|≤1/60.这是两组高精度差分格式.最后用数值例子验证了理论分析的正确性.     

非线性双曲线固结方程的精细积分解法

为解决传统有限差分法在求解固结方程时关于时间步长选取对解的稳定性和收敛性影响问题,针对固结系数不为常数的一维非线性双曲线固结方程求解,提出一种采用精细积分法进行时间离散的数值解法。详细推导该方法的具体求解过程,并结合工程实例,将精细积分解法与传统有限差分解法进行对比。结果表明,精细积分解法不受时间步长取值大小的限制,具有良好的计算精度和数值稳定性。     

不同时空格式在求解Boussinesq水波模型中的应用

为了解不同时间空间差分格式在常用的二阶或四阶Boussinesq模型中的应用，针对4组近似到0（旷）阶完全非线性的二阶或四阶色散性的高阶Boussinesq水波方程，在非交错网格下，利用Crank-Nicolson格式、蛙跳格式、混合四阶Adams-Bashforth-Moulton格式，建立不同的数学模型。利用这些数值模型模拟波浪在潜堤上的传播变形，通过数值结果与试验结果的比较．考察时间格式及空间格式对模型的影响。结果表明：对同一方程，混合四阶Adams-Bashforth-Mouhon格式和Crank-Nicolson格式均能取得较好模拟效果，蛙跳格式的模拟效果最差；二阶Boussinesq模型采用追赶法求解已能满足要求；对四阶Boussineq模型，二阶空间导数色散项亦采用四阶精度，其数值效果会更好。     

随机载荷下船海结构疲劳裂纹扩展寿命数值计算方法研究

采用有限元方法计算裂纹应力强度因子来预报船海结构的疲劳裂纹扩展是一种普遍认可的方法。由于需要根据裂纹尺寸不断更新有限元模型进行大量的计算,相当耗时,在某种程度上阻碍了该方法的广泛应用。本文针对变幅随机载荷,结合单一曲线模型提出了Cycle-by-Cycle(CBC)和数值计算方法(欧拉法、改进欧拉法、3阶龙格库塔法)相结合的计算格式。并分别应用在表面裂纹的疲劳裂纹扩展计算中,通过和常规CBC计算结果对比发现:随着步数增加,三种数值计算方法都可以达到较高精度;相比欧拉法,高阶计算方法的步长可以取得更大,而计算精度还可以更高。将该方法应用在一些需要有限元程序计算应力强度因子的复杂结构疲劳裂纹扩展中,可以有效减少裂纹更新次数,进而减少计算时间,提高计算效率。     

基于时域格林函数法的船舶有航速问题数值求解

为了解决船舶以恒定速度在波浪中运动的水动力问题,文章开发了基于瞬时格林函数方法的三维时域计算程序。从数值精度和计算效率的角度出发,采用了精细时程法和一些数学上的推导计算时域格林函数的波动部分及其导数。并对Wigley型船进行了数值计算,通过水动力系数与试验数据及文献结果的比较,验证了三维时域计算程序的可靠性。     

爆炸波高精度数值计算程序开发及应用

[目的]当爆炸发生在约束空间内部,由于壁面的约束限制,爆炸冲击波的传播和演化特性将更加复杂,其对结构、内部设施及人员的损伤也更加严重。为了研究约束空间内部的爆炸特性,[方法]基于FORTRAN平台,采用三阶WENO有限差分格式,自主开发约束空间内部爆炸波高精度三维数值计算程序。利用Sod激波管、双爆轰波碰撞、空中爆炸等经典算例,验证所开发程序的可靠性。基于验证的程序,开展约束空间内部爆炸波数值计算,研究密闭空间、泄压空间及连通空间内部的爆炸波传播规律与爆炸载荷特性。[结果]研究表明,所开发的程序能较好地模拟约束空间内的爆炸过程。[结论]该开发工作可为后续研究复杂空间内部爆炸波传播路径、评估爆炸载荷以及合理设计抗爆结构奠定基础。     

低傅氏数兴波数值预报的不稳定现象及其解决方案

本文针对船舶在低傅氏(Froude)数兴波数值预报中容易出现计算不稳定的普遍现象,从离散差分格式出发,对控制方程离散格式进行数值分析,推导出船舶CFD所特有的(带自由面)不稳定项形式,从理论上来解释这一现象.同时,根据所推导的数值耗散项的表达形式,提出了低Froude数计算稳定性的控制策略,主要为采用时间一阶隐式格式;减小时间步长;适当加密自由面附近的网格;综合应用前三种策略.     

动态对动态差分相对定位方法建模与测试

揭示了传统的GNSS差分处理技术在基准站移动时所面临的问题,从差分实现的原理上首次对该问题进行了理论解释。针对这一问题建立了动态对动态差分相对定位模型,提出了测试方案并进行相应的试验验证,结果表明:所提动态对动态差分相对定位方法精度达到10cm量级,能够满足高精度动态对动态测量需求。     

密闭多舱室内柱形气云爆炸过程二维数值模拟

为了研究密闭多舱室空间内爆炸波传播过程及舱室壁面爆炸载荷分布特性,采用三阶WENO有限差分格式,编写了多舱室内爆炸冲击波二维数值计算程序。利用平面激波与矩形方腔相互作用实验验证了本文数值程序的可靠性与正确性。采用验证的程序开展了密闭多舱室内柱形高压气云爆炸波数值计算研究,探讨了多舱室内爆炸波传播路径,不同舱室内部爆炸载荷特性及爆源位置对爆炸载荷特性的影响规律。本文研究可为工程抗爆结构设计及爆炸毁伤评估提供一定的参考和指导。     

低压自然循环系统自然循环能力限特性分析

基于一维四方程两相漂移流模型,采用数值计算的方法对低压自然循环系统在不同的加热段入口欠热度及不同系统压力情况下的自然循环能力特性进行了研究.结果表明,当系统运行压力为1.5 MPa时,选定自然循环系统加热段入口欠热度,总存在某一加热热流密度使得系统的自然循环流速最高;不同的系统运行压力对自然循环系统的自然循环能力有明显的影响.     

三维频域格林函数的高效率计算方法研究

传统的频域格林函数计算方法主要采用级数或渐进展开式对其进行数值逼近,但这种方法需要非常细致的分区,计算过程复杂,循环次数也较多,极大地影响计算效率.将高斯积分引入到频域格林函数及其导数的数值计算,并将其计算结果与已有参考文献进行对比,证明该方法在满足足够精度的基础上,使计算过程大大简化,减少了分区,提高了计算效率.     

推力桩综合刚度原理参数的数值解

为提高桩的水平力计算精度,提出了地基反力系数按双参数抗力模式表达下的反力积分法数值分析方法,并详细推导了计算公式。基于这些公式,编制了相应的计算程序。算例表明该方法计算精度高,可使数值解接近真实解。     

深水波频域格林函数及其高阶导数算法研究

文章研究了无限水深自由面格林函数一种新的算法,该算法将计算域重新划分为五个子区域,在每一个子区域内只涉及级数展开,没有使用插值表及数值积分,与现有格林函数算法相比,不仅给出一阶导数值,而且能高效地计算二阶导数,这在格林函数微分方程求解及高阶面元法中非常有用.数值结果表明,该方法计算速度快且一阶导数和二阶导数的计算精度达到10-9.