潜体非定常兴波问题的数值求解

开发了一种求解非定常兴波问题的基于非均匀有理B样条(NURBS)的三维面元法，应用该方法对潜体加速航行的情况进行了数值计算研究．基于势流理论，建立了线性边值问题．在物面上分布时域Kelvin源，物面和物面上的源强分布都用NURBS来表示．用时间步进的方法求解这一边值问题．对潜体中低速航行的情况进行了计算，给出了即时的波阻和波型。     

小水线面双体船兴波阻力特性研究

介绍了基于米切尔Michell瘦船理论的一种小水线面双体船SWATH兴波阻力计算基本原理．运用敞篷函数对船体表面及流场进行了线性近似,建立了数值计算模型,对一类直／斜支柱SWATH兴波阻力进行计算,重点分析了支柱间距、倾角变化对兴波阻力的影响,并将计算结果与实验测试进行对比,二者基本吻合,证明该方法用于计算SWATH的兴波阻力是可行和有效的．     

用面元法预报船舶的兴波阻力及波型

采用基于开尔文源的面元法求解航行于均匀流场中的船舶兴波问题．在船体湿表面上布置开尔文源，使其严格满足船体表面条件．数值计算中，首先采用分部积分对被积函数进行简化处理，然后采用高斯积分实现面元和线元上的积分，避免了被积函数为高频振荡函数所带来的数值计算的复杂性和不确定性．计算结果表明，其波型及兴波阻力系数与试验结果和其他数值方法相比均吻合较好．     

Shape optimization of bow bulbs with minimum wave-making resistance based on Rankine source method

The hull form optimization concerns one of the most important applications of wave-making resistance theories. In recent years, scholars can determine the hull form by using the optimization method based on the computational fluid dynamics (CFD) and other mathematical techniques. In this paper, the hull form optimization method based on the Rankine source method and nonlinear programming (NLP) is discussed; in the optimization process, a hull form modification function is introduced to represent an improved hull surface and to generate a new smooth hull surface by changing its frame lines and bow stem profiles under the prescribed design constraints. Numerical example is given for a practical container hull form. Finally, shape optimization of bow bulls is shown for non-protruding and protruding bow bulls. This study presents a simplified and practical design method to the select frame lines of bow bulls.     

简支梁桥上嵌入式轨道无缝线路可靠性分析

为分析关键因素对桥上嵌入式轨道无缝线路力学特性的影响, 并基于可靠性理论对其进行评估, 采用有限元法建立了简支梁桥上嵌入式轨道无缝线路计算模型, 选择高分子材料纵向阻力和梁体温差为随机变量, 并根据实际工况确定了随机变量的分布类型和分布参数; 通过中心组合试验设计方法设计了响应面试验, 采用最小二乘法拟合了随机变量和响应之间的函数关系, 从而建立了轨板相对位移关于高分子材料纵向阻力和梁体温差的二次多项式响应面模型, 通过方差分析验证了所建立模型的正确性, 并采用灵敏度分析方法对随机变量进行了参数敏感性分析; 构建了桥上嵌入式轨道无缝线路长期服役性能的极限状态方程, 综合运用蒙特卡洛法和响应面模型评估了简支梁桥上嵌入式轨道无缝线路的可靠性。分析结果表明: 梁体温差和高分子材料纵向阻力对轨板相位移的灵敏度系数分别为0.99和-0.08, 梁体温差对轨板相对位移的影响远大于高分子材料纵向阻力; 在考虑参数的随机性以后, 温度作用下的轨板相对位移具有一定的离散性, 其主要分布在4.0~6.5 mm范围内, 且近似服从正态分布; 在不采取特殊处理措施的情况下, 不宜在年温差较大的地区建造桥上嵌入式轨道; 提出的桥上嵌入式轨道无缝线路可靠性评估方法可为嵌入式轨道结构的设计提供理论指导。     

路面抗滑性能检测与预估方法综述

针对道路工程中路面抗滑性能检测与预估中存在的问题,分别从力学机理、检测方法、预估模型3个方面系统梳理了路面抗滑性能相关成果及进展;基于传统的库伦摩擦定律,阐明了路面抗滑性能的摩擦力学机理,从路面、轮胎以及接触环境3个方面总结了抗滑性能的影响因素;总结了抗滑性能的直接与间接测量方法,重点分析了路表纹理检测技术的难点以及测试数据的预处理方法;对比分析了抗滑性能预估的传统经验统计模型、力学模型以及机器学习等方法的优点与不足。研究结果表明：影响路面抗滑性能的因素众多,传统的摩擦理论难以描述橡胶与粗糙表面接触界面第三体的力学行为,因此,需要进一步研究具有润滑介质的接触界面摩擦机理;抗滑性能直接检测方法功能单一,成本较高,表面纹理的高速无接触自动化检测更加符合未来智能一体化检测需求,但高精度、大量程检测以及数据清洗仍是需要突破的瓶颈;相比现行的各类预估模型,经验统计模型及机器学习弱化了胎-路接触特性,导致预估模型缺乏扩展性;推行有限元仿真力学模型方法,有望进一步揭示复杂物理场下的摩擦机理,从而开发更精准、高效的路面抗滑预估模型。     

The numerical simulation of a towing cylinder based on immersed body boundary method

An immersed body boundary method is adopted to track the motions of a towing cylinder, and a homogenous multiphase Eulerian-Eulerian fluid approach is used to capture the free surface. The Reynolds average Navier-Stockes (RANS) solver is applied to all gird nodes to deal with different velocities of the nodes that are in the body boundary, near the boundary and out of the boundary and their effect on the fluid. The towing cylinder resistance at different submerged depths in the tank is presented. The simulation results are compared with the experimental data, and the method is verified and validated. Finally, the hydrodynamic characters of the cylinder are discussed further. The numerical and experimental results show that at high speeds, the deeper the cylinder submerges, the lower resistance it suffers. The resistance coefficient trough is obtained at Froude number in the range of 0.3 < F r < 0.4. These phenomena can provide some suggestions on the small waterplane area twin hull (SWATH) design.     

一种用于浅埋隧道抗震分析的拟静力数值方法

提出一种用于浅埋隧道抗震分析的拟静力数值方法,该方法用等效静载反映地震波对围岩与衬砌结构的作用,考虑地震波特点,分别计算体波（Ｐ和Ｓ波）和面波（Ｒ波）的影响,并将计算得出的衬砌反应与静载作用下的隧道衬砌的已有应力迭加视作隧道在地震时最大应力,地震波作用及静载作用的结构位移及应力均采用有限元或其它数值方法计算,提出的方法已在南昆铁路隧道抗震研究中的运用。     

基于MATLAB的非独立悬架振动特性分析

为研究非独立悬架在路面行驶时外界环境对车身振动响应的影响,建立了简化的四自由度1/2车辆悬架系统的线性模型;运用随机振动的基本理论,以路面不平度的功率谱密度为输入分析路面不平度等级、行驶车速和车身质量对车身振动的影响。通过MATLAB实例分析,表明车身振动随车速和路面不平度的增加而增大,在不超载的情况下提高承载质量有利于减小车身的振动。     

Effects of micro-arc oxidation coating on corrosion behavior of Mg-Y-Zn in simulated body fluid

The application of magnesium and its alloy as degradable biomaterials is mainly confined due to its high degradation rate in physiological environment. This research focused on the effects of micro-arc oxidation (MAO) on biodegradable behavior of Mg-Y-Zn magnesium alloy in a simulated body fluid (SBF). The corrosion rate of alloys was gauged by means of hydrogen evolution volume measurement and mass-loss method. Scanning electron microscope (SEM) was utilized to observe the surface of the magnesium alloy and the cross-section of oxidation coating layer before and after corrosion. The Mg-Y-Zn alloy with thicker oxidation coating exhibited greater corrosion resistance during the immersion test for 240 h.     

基于NURBS高阶面元法的浅水船舶兴波阻力计算

实现了一种船舶兴波阻力和兴波波形的数值计算方法，将CFD与CAD技术联系在一起，应用NURBS曲面造型技术将船体曲面表达为统一的数学模型，使性能计算的真实物面条件得以满足，应用高阶面元法数值模拟单、双体船在浅水航道中定常直航状态下的兴波阻力与兴波波形，并与瑞典ShipFlow软件的计算结果进行比较分析，表明该方法是可行的．     

回转体尾部形状对导管螺旋桨的水动力性能影响分析

不同的水下航行器尾部线型的差异不仅会表现出自身不同的水动力性能,而且由于尾部线型的不同,也会引起尾部螺旋桨附近的流场发生变化,进而影响螺旋桨的推力性能.本文以尾部安装了导管螺旋桨的Myring型回转体水下航行器组合模型为分析对象,以计算流体力学为手段,通过调整回转体线形的控制参数尾部离去角来改变尾部外形,计算了不同航速下,4个不同尾部外形的回转体阻力与设置在回转体尾部的导管螺旋桨推力状态的变化,分析了尾部曲线形状对于导管螺旋桨推力性能的影响,并结合回转体自身的水动力性能变化,针对不同航速下的回转体尾部线型的选取提出了优选方案.     

非规则连续梁桥非线性地震反应分析

采用纤维模型分析方法,对一座墩高差异较大的非规则等跨连续梁桥进行了全桥的线性和非线性时程地震反应分析,并比较了P-△效应对该桥地震反应的影响以及线性与非线性结果的差异.分析结果表明:对于这类桥墩刚度差异较大的连续梁桥,刚度较大的矮墩是其抗震的薄弱部位,地震中损伤相对较严重;墩高较小时,P-△效应对分析结果的影响较小,线...     

基于有限元法的柔性体变形实时模拟

利用有限元方法对柔性体进行了物理建模,实现了柔性体的实时变形模拟.采用单元刚度弯曲的方法,不断纠正单元节点力,使得单元体在较大旋转时仍能得到正确的变形.从旋转矩阵的角度分析了利用单元刚度弯曲时单元发生逆转的原因,并提出了对逆转单元的处理方法.并通过重心坐标,把表面模型与四面体网格模型相对应,使得柔性体在不丢失表面细节的同时又能实现实时的变形模拟.     

非匹配不确定奇异系统变结构控制设计

研究一类系统状态矩阵含非匹配不确定项的线性奇异系统的变结构控制设计问题.建立了能控规范受限等价分解形式.基于分解形式,利用线性矩阵不等式方法设计了切换面,并给出了满足系统状态到达切换面条件的变结构控制律.仿真示例表明,该设计方法不仅能保证系统状态轨迹实现滑模运动,而且保证系统的滑模运动正则、无脉冲且渐近稳定.     

Surface reconstruction of scanned human body using radial basis functions and adaptive partition of unity

It is important to reconstruct a continuous surface representation of the point cloud scanned from a human body. In this paper a new implicit surface method is proposed to reconstruct the human body surface from the points based on the combination of radial basis functions (RBFs) and adaptive partition of unity (PoU). The whole 3D domain of the scanned human body is firstly subdivided into a set of overlapping subdomains based on the improved octrees. The smooth local surfaces are then computed in the subdomains based on RBFs. And finally the global human body surface is reconstructed by blending the local surfaces with the adaptive PoU functions. This method is robust for the surface reconstruction of the scanned human body even with large or non-uniform point cloud which has a sharp density variation. Foundation item: the National Natural Science Foundation of China (No. 50575139) and the Shanghai Special Fund of Informatization (No. 088)     

基于傅汝德-克雷洛夫力非线性法的规则波浪中船舶运动数学模型

为准确预报规则波浪中船舶的运动, 提出基于四叉树划分的自适应网格法, 以生成船舶瞬时湿表面, 在船舶瞬时湿表面上计算傅汝德-克雷洛夫(F-K)力与静恢复力; 对于与波面相交的面元, 由于F-K力在波面处剧烈波动, 采用四叉树划分法进一步细分面元; 基于线性理论, 采用瞬时自由面格林函数在船舶平均湿表面上计算扰动力; 为避免瞬时自由面格林函数在自由液面处剧烈波动产生严重数值误差, 舍去扰动势所满足边界积分方程中的水线项, 并对迎浪前进速度为傅汝德数0.2的WigleyⅠ型船舶进行数值计算。计算结果表明: 对低于瞬时波面以下的船体部分, F-K力非线性法所需面元数更少, 为细网格法的1/4~1/8;除不规则频率外, 舍去与未舍去水线项所得水动力系数与试验值的相对误差分别小于33.4%、54.8%, 因此, 舍去水线项所得水动力系数更接近试验结果; 当入射波波幅为0.018 m, 波长与船长比为1.25时, 采用F-K力非线性法与线性法所得纵摇幅值响应因子的计算结果分别比试验值低3.2%、17.0%, 波长与船长比为2.00时, 采用F-K力非线性法与线性法所得纵摇幅值响应因子的计算结果分别比试验值低6.7%、13.5%, 可见, 采用F-K力非线性法能够准确地仿真规则波浪中船舶的运动。     

大跨度斜拉桥非线性静风稳定性分析

在静风稳定线性理论的基础上,综合考虑静风荷载非线性和结构几何非线性的影响,采用增量和内外双重迭代的方法对结构进行分析,可避免线性理论对结构抗静风能力的过高估计。利用ANSYS程序APDL语言编写程序对某大跨径斜拉桥静风稳定性进行全过程计算,分析风速逐级增加的过程中,非线性对静风稳定的影响。     

花岗质侵入岩地层隧址区的初始地应力场反演分析

火山隧道隧址区地层主要以花岗闪长岩侵入砂、泥岩分布,隧道轴线穿越花岗质侵入岩附近,岩性变化剧烈,地应力分布复杂.利用地应力实测数据反分析侵入岩体区域初始地应力场分布规律以对设计、施工提供理论指导.根据火山隧道地勘资料建立三维数值模型,基于现场水压致裂法实测原位地应力数据,采用多元线性回归法反演得到工程区域初始地应力场,...     

地震作用下加筋土边坡滑裂面的确定方法

为合理确定加筋土边坡滑裂面的位置,基于极限平衡理论,提出了地震荷载作用下加筋土边坡滑裂面确定的水平条分法.该方法假定边坡滑裂面是由若干水平滑块组成的复合滑裂面.根据地震作用下加筋土边坡的力学平衡条件,导出了与滑裂面参数有关的加筋土拉力的计算式;利用Mathematics求解,得到了加筋土边坡滑裂面的形状和加筋拉力.为验证方法的正确性,与现有方法确定的边坡临界滑裂面进行了比较,结果表明:边坡坡角越大,水平条分法与现有方法获得的边坡潜在滑裂面越接近;随内摩擦角和黏聚力增大,加筋土边坡滑裂面向坡体外侧移动,随地震加速度系数增大则向坡体内侧移动.