开口结构声辐射计算的虚拟边界法

计算薄壁开口结构声辐射问题时,一般采用以结构表面压力差作为变量的间接边界元法.当结构两表面的法向量不一致或者两表而振动速度不相等时,间接边界元法无法应用,只能采用直接边界元对结构的内外边界均进行离散求解.对于厚度较小的结构,内外表面均离散的直接边界元法会导致数值积分奇异的困难.针对上述不足,文章提出一种计算开口结构声辐射问题的虚拟边界法:在开口结构上人为地加上边界,使其成为一个或多个相互独立的封闭结构,对这样的封闭结构分内外声场分别建立方程,并利用虚拟边界上的压力和速度连续条件联立求解,从而避免了间接边界元和直接边界元法计算开口结构声辐射问题时存在的缺陷;同时采用文中的方法还可以同时得到声场中非物面边界上质点的振动速度和压力,这是常规边界元法无法做到的.数值算例表明文中的方法是正确可行的.     

边界元法几乎奇异积分计算方法及其在螺旋桨性能预报中的应用

边界元法在奇点接近区域进行影响系数计算时,高斯积分法存在几乎奇异积分,易产生误差,影响数值模拟精度.针对这一问题,采用一种四边形单元上的积分转换为4个三角形分别积分再求和的方法,解析地求得影响系数积分,实现了几乎奇异积分的精确计算.将该方法应用于螺旋桨水动力性能预报,计算了螺旋桨敞水性能和定常、非定常工况桨叶剖面压力分布,并与试验值及其他计算结果进行了比较,取得了较高的计算精度.数值算例表明文中所选用的方法是精确可靠的,对边界元法模拟三维绕流场几乎奇异积分的处理有参考价值.     

波浪爬高的PSPH方法数值模拟研究

通过Poisson方程迭代求解压力场的SPH方法,建立了模拟水波动力学问题的数值模型,将亚格子湍流模式加入方程中,更加精确地描述了波浪破碎时的湍流特性。针对SPH方法中粒子靠近边界处由于粒子缺失导致核函数的截断而引起计算误差,将核函数梯度修正引入了数值计算模型中。同时提出一种新的边界压力计算方法,改善了边界压力计算的精度。对孤立波及椭余波在斜坡上的爬坡破碎过程进行了数值模拟,数值结果与实验结果吻合较好。表明该方法在对复杂水波动力问题的数值模拟上是行之有效的。     

船体矩形板边界局部屈服下的弯曲

本文应用广义变分原理和广义伽辽金法求解船体板架中四周刚性固定而边界产生局部屈服的矩形薄板弯曲问题．文中把局部屈服区边界视为有极限弯矩作用的铰支边界．由于边界屈服状态比较复杂，文中引入了“相当塑性铰线”概念，从而把问题归结为混合边界问题求解，并把弹塑性问题转化为弹性问题处理．文中提出了具体计算方法，计算结果与文献［1］作了比较，对处理实际工程问题具有一定的实用价值．     

应用弱可压缩移动粒子半隐式法（WC-MPS）模拟三维溃坝流动

应用弱可压缩移动粒子半隐式法（WC-MPS）模拟了三维溃坝自由液面流动问题。该方法应用流体状态方程来快速求解流场压力,而不是求解压力Poisson方程。对于流动控制方程中的梯度项以及Laplace算子项,分别应用基于核函数加权平均的梯度算子模型以及Laplace算子模型进行处理。同时在固体边界处,通过定义边界粒子以及虚拟粒子来避免粒子数密度计算在边界处出现错误。应用该方法,对两个三维溃坝自由液面流动问题进行了模拟,并与实验结果进行了对比分析,表明两者结果较为一致。     

线性方程组求解方法对不规则频率影响范围及消除效果的影响

针对使用边界元方法计算波浪对结构物作用问题中所出现的"不规则频率"现象,对比了直接法与迭代法求解线性方程组时"不规则频率"的影响范围.并基于修改积分区域方法消除"不规则频率"的积分方程,研究了求解方法对"不规则频率"消除效果的影响.计算结果表明,采用迭代法求解会使"不规则频率"的影响范围显著增加,也会影响"不规则频率"的消除效果.因此,推荐使用直接法对线性方程组进行求解.     

直接边界元法解势流速度场问题

在船舶水动力学中,大多采用以Hess-Smith方法为基础的间接边界元法求解势流绕流问题,但Hess-Smith方法本质上是基于物理直观提出,在理论和数值计算上都存在着缺点。直接边界元法虽然在船舶水动力领域有着非常广阔的应用前景,但至今应用较少。为推广直接边界元法在船舶水动力学中的应用,根据边界积分法建立积分方程,采用直接边界元法对无界势流绕流问题予以求解,得出流场速度势和物面上的速度分布,并通过与解析解的比较进行误差分析。对二维、三维问题的算例进行数值计算。数值计算过程用Matlab编程实现。结果表明:直接边界元法在求解船舶势流绕流问题中具有足够的精度和较高的效率,且数值计算实现过程更简洁,可发展成为求解船舶兴波等船舶水动力学问题的通用方法。     

无限区域二维势流直接边界元法精度分析

边界元法作为一种重要的数值方法已在许多领域得到广泛应用,但在船舶水动力势流理论数值计算方面,有关直接边界元法的研究并不充分,尤其是在船舶兴波阻力势流理论求解方面,以往的"面元法"通常是基于Hess-Smith法的间接法,这类方法在理论和数值计算上都存在着缺陷。针对船舶水动力势流理论计算,采用直接边界元法,对二维势流无界绕流算例进行系统的数值计算,并根据二维势流问题的计算结果详细探讨边界单元离散形式和单元上的数值积分方法对计算精度的影响,各项数值计算均以Matlab软件编程实现。结果表明,采用常数单元和龙贝格积分法能够得到较准确的结果,且计算速度较快。     

声辐射边界元的数值计算

采用有限元与边界元方法研究结构的声辐射声场,利用有限元方法求解结构的表面速度分布,作为Helmholtz边界积分方程的边界条件,计算结构辐射的声场。边界积分方程中奇异积分的计算采用非等参单元变换,并采用CHIEF方法对Helmholtz方程的非唯一处理,并通过脉动球源与辐射立方体对仿真计算进行验证,结果表明,采用非等参单元与CHIEF方法计算的结果与理论的结果有良好的一致性。     

参数化单元边界元法解势流速度场问题

[目的]边界元法在海洋工程水动力学中有着广阔的应用前景,为推广边界元法在海洋工程水动力学中的应用,[方法]根据边界积分法建立积分方程,采用参数化单元边界元法对势流问题进行求解,得出流场速度势。对经典算例进行数值计算,与数学解析解比较,并进行误差分析。在二维问题下,分别采用非连续参数化单元和参数化单元边界元法求解势流速度场问题;在三维问题下,采用参数化单元边界元法求解势流速度场问题。[结果]结果显示,在二维问题下,采用非连续参数化单元边界元法求解势流问题具有较高的精度和效率,可以在采用较少单元数的情况下得到较为理想的数值解;在三维问题下采用参数化单元边界元法虽然计算速度较快,并可以得到较好的平均相对精度,但有些点误差较大,需要改进算法或使用其他单元进行求解。[结论]参数化单元边界元法在求解海洋工程势流问题时,数值计算实现过程更简洁,可发展成为求解船舶兴波等船舶水动力学问题的通用方法。