一、CALCULATION OF VISCOUS FLOW AROUND CIRCULAR CYLINDER WITH THREE-DIMENSIONAL NUMERICAL SIMULATION(论文文献综述)
卢京[1](2021)在《成型加工流场中黏弹性高分子熔体流变行为的可视化》文中提出近年来,科学家们相继提出了许多与黏弹性流体的流变行为吻合程度较好的黏弹性本构模型以及数值计算方法,人们开始采用数值计算的方法模拟高分子流体在各种流道内的复杂流变行为。本文采用DCPP和S-MDCPP两种微分黏弹性本构模型模拟了两种聚乙烯熔体在毛细管中的流动情况以及支化聚乙烯熔体在带圆柱的十字交叉流道和两种T形流道中的复杂流变行为,其中DCPP模型借助商业软件Polyflow,采用DEVSS/SU数值计算方法,速度采用二次插值,压力和应力均采用线性插值;而S-MDCPP模型则采用自己的算法和程序,并采用基于有限增量微积分(FIC,Finite Incremental Calculus)方法的压力稳定型分步算法,实现了对速度、压力、应力的等低阶线性插值。首先,借助DCPP模型和S-MDCPP模型对两种聚乙烯熔体在毛细管中的流动情况以及挤出胀大过程进行数值模拟,计算结果给出了挤出流道和口模出口附近大分子的拉伸行为和剪切应力松弛变化的规律,这对揭示高聚物熔体在挤出过程中的复杂流变行为有积极意义。将不同剪切速率下的模拟结果和实验结果进行比较表明:在剪切速率比较低的时候,DCPP模型的计算结果和实验结果比较吻合,当剪切速率超过一定值时,DCPP模型的预测结果开始偏离实验结果。十字交叉流道、圆柱绕流流道都是非牛顿流体力学中非常经典的流道,本文将十字交叉流道和圆柱绕流流道结合起来,研究支化聚乙烯熔体在带圆柱的十字交叉流道内的复杂流变行为,通过验证网格的收敛性以及比较两种模型的预测结果,证明了计算S-MDCPP模型时所采用的等低阶线性单元插值方式和压力稳定型迭代分步算法是可靠的;讨论了带圆柱十字交叉流道中圆柱半径、流入速度以及S-MDCPP模型的本构参数对支化聚乙烯熔体在流道中的复杂流变行为的影响。最后,借助DCPP模型和S-MDCPP模型模拟了支化聚乙烯熔体在两种T形流道(不带方腔和带方腔的T形流道)内的复杂流变行为,将两种模型预测的支化聚乙烯熔体在两种T形流道内的剪切应力第一法向应力差和主链拉伸程度的分布进行了比较,并分析了方腔的存在对聚乙烯熔体流动状态的影响;讨论了入口流速对带方腔的T形流道内自由停滞点位置的影响,以及取向松弛时间与拉伸松弛时间之比r和主链末端支链数q对支化聚乙烯熔体在两种T形流道中流动情况的影响。
张金冬[2](2021)在《低渗透气藏天然气地下储气库渗流理论及模拟研究》文中认为天然气地下储气库是满足天然气市场调峰需求,保证城镇连续供气的最佳途径。改建为地下储气库最理想的气藏条件是单一砂岩孔隙结构的枯竭气藏。但我国现有的枯竭油气藏多分布在西北部等偏远地区,在亟需用气量的中东部地区鲜有适合建设地下储气库的地质条件,多为渗透率较低的非常规储层。迄今为止在世界范围内还没有低渗透气藏改建为地下储气库的研究工作。为了满足我国中东部地区城市调峰需求,需对低渗透气藏改建为地下储气库的可行性、注采特征和优化运行方案的制定,在理论与实验方面开展研究。本课题从低渗透气藏的成因着手,通过分析低渗透气藏的地质特征,研究了低渗透气藏改建为天然气地下储气库的可行性,以及存在的技术问题,为开展低渗透气藏改建天然气地下储气库的理论与实验研究提供了依据。首先通过实验测试了低渗透气藏基质系统和裂缝系统的渗透率和启动压力梯度。测试结果表明基质系统和裂缝系统的渗透率压力敏感效应不同,在固定实验围压为12MPa,孔隙压力由2MPa升高到10.8MPa时,裂缝系统和基质系统渗透率的变化率分别为52.97%和65.21%,基质系统的压力敏感效应高于裂缝系统。基质系统岩心的启动压力梯度远大于裂缝系统,最大可相差14.28倍。因此建立低渗透气藏储气库天然气注采模型时需分别考虑储层裂缝和基质的特征,而且需分别考虑渗透率压力敏感效应和启动压力梯度的影响。针对低渗透气藏储气库强注强采运行过程特性,基于数学反演理论,建立了低渗透气藏储层物性参数反演模型。通过求解地层压力对孔隙度和渗透率的变化率,利用共轭梯度法实现了储层渗透率和孔隙度的反演。以储气库中的某一区域为研究对象进行反演分析,结果表明储气库储层的渗透率和孔隙度随着地层压力的增加而增加,地层压力由10MPa增加到38.2MPa时,储层的孔隙度增加了20%,渗透率增加了68.64%。在低渗透气藏储气库注采模拟时,储层渗透率和孔隙度的变化不可忽略。基于低渗透气藏储层裂缝和基质的特征,通过引入沃伦-茹特模型,研究建立了低渗透气藏储气库天然气注采数学模型。在基质系统中考虑了启动压力梯度、滑脱效应和渗透率压力敏感效应的耦合影响,在裂缝系统中考虑了渗透率压力敏感效应和启动压力梯度的影响。并给出了求解方法,利用低渗透气藏的试井资料验证了注采模型的正确性。进一步借鉴我国某低渗透气藏的地质数据,分别对低渗透气藏储气库单井和多井注气过程进行了模拟分析。单井连续注气的储气库平均地层压力随着注气时间呈现增长趋势,注气初期平均地层压力增长较快,这是由于渗透率压力敏感效应的存在,储层的渗透率随注气时间逐渐增大导致的。储层中的压力分布不均匀现象严重,存在明显的压力梯度,最大压力差可达5.224MPa。储层中最大地层压力点出现在注采井处,日注气量为35×104m3时,注气的第170d已经达到39.822MPa,超过最大允许压力。单井间歇注气,由于关井期气体的运移,储层压力分布的更加均匀,但仍存在着很大的压力梯度,其最大压力差仍可达到3.372MPa。这说明即使采用间歇注气的方式,注采井的地层压力仍然可能会超过最大允许压力,从而影响气体的继续注入。多井同时注气时,在相同的注气量条件下,由于各注采井不同的地层特性,地层压力变化并不相同,位于储层中间的注采井地层压力升高速度最快,最终的地层压力也最高,为38.51MPa。连续注气和间歇注气的对比结果表明在扩容建库时,间歇注气可以有效改善地层压力分布的不均匀性。在满足天然气调峰需求时,提出了低渗透气藏储气库单井和多井优化运行模型及约束条件,并利用顺序求解方法对建立的双目标函数进行求解。与以各注采井井底压力标准差最小为单目标的优化注气相比,双目标优化注气后功耗减小了5.41%,井底压力标准差增加了0.064MPa。通过双目标优化的耦合求解给出了低渗透气藏储气库的最优注气方案。随着我国天然气工业的发展,城镇天然气的调峰需求将逐年增大,为了满足日益增长的天然气调峰需求,我国需加大天然气地下储气库建设的步伐。本课题的研究成果,可以为将来低渗透气藏地下储气库的建设提供理论依据和技术支撑。
朱永健[3](2021)在《定常流中横向受迫振动圆柱升力系数突变研究》文中研究指明作为深海油气资源开采装备的重要组成部分,海洋立管结构物在复杂的海况条件下极易遭受涡激振动诱发的结构损伤破坏。其中水流作用引起的涡激振动是立管结构疲劳的最重要原因。因此,准确预测复杂海洋环境条件下涡激振动(VIV)引起的深海立管振动响应特性具有重要意义。采取有效措施降低立管损伤程度,可以有效提高立管的疲劳寿命并提升经济效益。作为立管涡激振动研究分支之一的立管受迫振动问题,其对于预报立管涡激振动具有重要的参考价值。本文依托工信部高技术船舶数值水池创新专项课题“涡激运动/涡激振动子系统研发”课题,对典型亚临界雷诺数下立管在均匀流中的横向受迫振动进行了数值计算。亚临界雷诺数条件下由于流动现象复杂多样,进行深入的研究分析有重要意义。着重对受迫振动时立管结构的升力系数特性和尾迹脱落模式进行了分析,为进行海洋立管结构的涡激振动预报研究做好了基础准备。本文利用计算流体力学(CFD)方法研究了典型亚临界雷诺数(Re=105)下的刚性固定圆柱绕流、振幅比对圆柱横向受迫振动特性的影响。内容涉及湍流模型选取对圆柱绕流数值计算精度的分析、均匀流环境下圆柱横向受迫振动的二维及三维数值计算、受迫振动圆柱脉动升阻力系数与尾迹脱落模式的相关性讨论。本文通过深入分析与圆柱受迫振动相关的重要物理参数,着重研究了无量纲振动频率fy/fs与振动幅度Ay/D两个参数对圆柱振动响应的影响,对数值计算的立管受迫振动脉动升阻力系数发生的特殊现象进行了分析讨论。数值模拟结果表明:三类振动频率模式下的动力响应差异明显,振动频率与振动幅度对圆柱的脉动升力系数影响较大。随着受迫振动振幅的增加,圆柱脉动升力系数出现了突变衰减。由圆柱固有脱落频率与受迫振动频率控制的升力系数出现了相位逆变,使得圆柱与流体的能量传递出现了转变。尾迹涡度模式反映了脉动升力系数的转变,其中的“2P”模式反映出共振条件下,升力系数在圆柱振幅处于中等范围时保持较小值且变化较小。相比于二维受迫振动情况,三维情况下的脉动升力系数跳跃下降现象相较于二维时发生了延迟。三维效应影响下与二维情况存在一定差异,同等“2P”模式下,由于三维轴向旋涡分布的影响,升力未出现通常“2P”模式下的衰减现象。
潘恺[4](2021)在《带自由液面问题的绝对位置-压力格式粒子有限元方法研究》文中研究指明传统的流体模拟方法主要以欧拉法为主,其中一个很重要的原因是欧拉方法具有处理流体大变形的能力。然而,对于带自由液面的流动以及运动边界问题欧拉法将面临很大的挑战。在基于网格的拉格朗日模型中,网格会随着连续体一起移动,运动过程中边界和界面能够自然地被跟踪和识别。然而,当变形大到一定程度时,网格会极度扭曲,求解精度下降甚至不收敛。因此,传统拉格朗日有限元方法通常只能处理小变形的流动问题。绝对节点坐标(ANCF)单元由于采用了斜率坐标来描述局部方向,这允许使用少量单元来表示复杂的形状,因此最近被应用到流体模拟领域,特别是充液系统自由液面的大变形模拟。此外,采用绝对节点坐标作为主变量使得流体可以自然地与固体有限元程序以及多体系统算法相结合构成一个统一的复杂系统。尽管如此,基于完全拉格朗日描述的绝对节点坐标单元仍受到网格极端变形以及复杂接触边界的限制。粒子有限元方法(PFEM)是一种基于背景网格的粒子方法,它使用更新的拉格朗日描述并通过有限元网格离散求解域。有限元网格的节点可以看作是粒子用来传递流体的动量及其所有物理性质,这些粒子可以自由移动甚至与主体区域分离。因此,本文在绝对节点坐标法的基础上,结合粒子有限元方法高效的网格更新技术来描述带自由液面的流动问题,不仅可以和多体算法相结合,还适用于各类复杂的边界。此外,在算法方面做了相关改进,避免了传统拉格朗日方法因网格畸变而带来的时间步长限制。本文的主要研究内容如下:采用绝对节点坐标法和完全拉格朗日公式建立了不可压缩牛顿流体的二维有限元模型。采用罚函数方法处理流体的近似不可压缩性,同时给出了广义粘性力和惩罚力对应切线刚度矩阵的显式表达式。为了在全局坐标系下建立刚-液系统的统一模型,采用绝对节点坐标参考节点(ANCF-RN)来描述刚性贮箱的运动,并引入拉格朗日乘子施加自由滑移和非穿透约束。为了保证长时间仿真的稳定性,采用Bathe复合积分格式求解液-固系统的动力学方程,并通过相关算例来验证ANCF流体单元的大变形能力。将不同外激励形式下监测点的自由液面位移和压力结果与文献实验数据进行对比验证,并进行相关的收敛性分析,指出采用传统绝对节点坐标单元求解流体问题的实用性及局限性。结合绝对节点坐标思想和传统拉格朗日粒子有限元方法,提出采用线性单元描述的绝对位置-压力格式的粒子有限元方法(AP-PFEM)。根据伽辽金有限元方法推导更新构型下的纳维-斯托克斯方程的等效积分形式,并采用规避inf-sub条件的有限增量微积分法则(FIC)对质量守恒方程进行压力稳定化处理。为了提高求解精度,采用具有高频数值耗散特性和二阶精度的广义-α法进行时间离散并通过“离散-预估-校正”格式求解系统动力学方程。在“离散-预估-校正”模型的基础上,提出一种基于流线积分的“预估-离散-校正”模型,其中预估过程使用显式流线积分来预测流体域的非线性初始迭代构型。这种根据当前背景网格所对应的流线预测模型可以在很大程度上减轻传统拉格朗日模型所面临的时间步长限制问题,尤其是在一个时间步长内可能出现的单元反转情况。此外,采用绝对位置作为运动主变量可以直接对当前网格节点位置进行更新来满足动量守恒方程。接着,在流线积分预测基础上做了进一步改进,考虑不同时刻流线的变化。通过算例验证所提算法在复杂流动以及大时间步长下的稳定性。研究传统采用非滑移边界粒子有限元方法(PFEM)的特点,发现当采用较粗的网格离散求解域时边界的粘滞效应会对整体流场造成很大影响。由于PFEM的拉格朗日特性及网格更新过程,使得自由滑移边界的施加存在困难。因此,借助每一时刻生成的虚拟接触单元来识别真实接触节点,并通过拉格朗日乘子引入自由滑移约束,将绝对位置粒子有限元方法与多体算法相结合,建立统一的拉格朗日耦合系统。为了避免大时间步长下界面节点在大曲率边界上出现偏离,对凹曲面边界情况下边界节点出现的位错提出相应的调整方法。传统拉格朗日方法在求解管道进出口边界和驱动边界问题时需要特殊处理,主要是涉及到流体粒子在运动过程中无法保持进出口的剖面形状。因此,同样借助虚拟接触层的思想施加进出口以及驱动边界条件。通过若干数值算例验证了自由滑移边界在粗网格及较大时间步长下仍具有良好的质量守恒特性,并将压力计算结果与文献数值和实验结果进行对比,证明所提方法的稳定性和准确性。详细讨论和分析了采用自由滑移边界的三维绝对位置粒子有限元方法(3D AP-PFEM)在仿真过程中容易遇到的网格变形问题,并给出相应的解决方案。采用一致法向施加自由滑移约束来消除压力场的非物理振荡以及虚假的速度场。为了避免仿真过程中接触面网格的过度扭曲,并同时保持固体壁面的几何特征,提出一种有效的接触节点识别方法以及接触面网格光滑方法,并对接触面容易出现的凹陷进行修补。此外,通过自由液面网格加密以及液面通量调整对仿真过程中造成的流体质量损失进行修正。本文提出的基于绝对位置-压力格式的粒子有限元模型,以及在此基础上给出的相应改进算法对工程上充液多体系统的模拟提供了一种新的求解思路。
阴建军[5](2021)在《圆柱绕流问题的计算机数值模拟研究》文中指出圆柱绕流一直以来就是流体力学领域的经典问题之一,在实际工程中圆柱绕流现象也普遍存在,例如桥墩,海洋作业平台,电厂冷却塔等。近年来随着深海油气的开发,海底管道的铺设常常采用多圆柱体系统,由于采取较为密集布置方式的多圆柱系统在流体的作用下,极易产生结构体损坏,尤其是当圆柱的固有频率与旋涡的脱涡频率十分接近时,在很大程度上会引发共振现象,加速圆柱结构的疲劳损坏。在目前的工作中,单圆柱和双圆柱布置方式的绕流问题已经得到广泛而深入的研究,但关于更多布置方式的多圆柱绕流问题的相关研究则较少,所以本文选取等距错列布置形式的七阵列圆柱和等距正四边形布置形式的九阵列圆柱进行数值模拟研究,本文为研究多圆柱复杂构造的流动特性提供参考。本文基于有限元分析方法求解动量方程和质量守恒方程,对Re=200和间距比L/D=1.1-5的层流状态下的多圆柱绕流进行数值模拟研究,主要分析了不同间距比下柱群尾流流态,依据流体动力学特性和涡街分布情况,对尾流模式进行分类,并计算了每一个圆柱的升阻力系数和斯特劳哈尔数,结合流态变化分析了参数变化原因。给出了不同间距比下的尾流流场结构,通过分析发现尾流结构的变化与尾流模式的转换密切相关。本文选取尾流流场中的采样区域,将信息熵理论和时间序列分析方法相结合应用于定量分析尾流流场特性。给出了不同间距比下的信息熵变化和时间序列拟合模型,通过分析可为多钝体绕流流场特性研究及其定量衡量流场变化提供了一种可行有效的方法。
杨明[6](2019)在《固体间碰撞与流体耦合的数值分析方法研究》文中研究表明许多工程结构受环境流体的影响,会产生较大的非定常力,使结构的安全性存在很大隐患,特别是流体中固体间的碰撞,会对结构产生更复杂的破坏作用,直接威胁到结构的安全运行。流体中固体间的碰撞涉及到流体动力学和固体力学中的碰撞非线性等问题,使流固耦合力学分析中的求解规模和效率矛盾更加突出,难于工程应用。因此,固体间碰撞与流体耦合的数值分析方法研究,不仅具有较高的学术价值,也具有明显的工程应用前景。本文旨在建立一种行之有效,能够描述固体间碰撞与流体耦合的数值分析方法,为此类工程结构安全运行评价和优化设计提供理论支撑和技术手段。基于有限体积方法,引入壁面函数法、SST-DES湍流模型,建立了一种适用湍流动力学数值分析的改进清晰界面浸入边界方法,降低了高雷诺数湍流附面层对网格分辨率的要求,提高了湍流流动数值模拟的计算效率,可根据近壁节点所处的流动状态,自动调整湍流变量,具有较高的鲁棒性。通过对静止和动边界的湍流流动算例数值模拟,其结果与实验数据和边界配合法的数值分析结果吻合较好,表明改进的清晰界面浸入边界方法,对湍流流动的数值模拟结果是准确可靠的。在流固耦合数值模拟中,采用改进的浸入边界法模拟流体中的动边界,避免了流体域网格反复重构时计算量大的问题;采用有限元方法对结构动力学求解,依据流固耦合界面几何协调以及载荷平衡条件,推导了耦合界面位移、速度及载荷信息传递表达式,给出了耦合界面物理量收敛准则、时间推进算法及计算流程,建立了分域求解充分耦合的数值方法。通过对低雷诺数下单圆柱涡激振动算例的数值模拟,其结果与边界配合法以及同样采用浸入边界方法得到的圆柱最大横向位移随折合流速的变化趋势基本吻合,验证了所建流固耦合分域求解数值算法的正确性;通过对单个球形颗粒的自由沉降运动数值模拟,极限沉降速度和雷诺数与实验数据最大相对误差为2.68%,验证了所建数值算法同样适用于高雷诺数下的流固耦合分析。在流体域中,当一个固体与另一个固体(壁面)碰撞时,由于存在多个浸入边界,使得浸入边界间缺乏流体网格分辨率,传递边界参数的插值方程无法建立。为此,本文通过数据回归方法建立了两圆柱在无背景流速和有背景流速时,适用于高雷诺数的润滑模型,使流体作用到固体边界上的力得以修正;采用罚函数的有限元方法对结构碰撞求解,建立了固体间碰撞与流体耦合的数值分析方法。通过对球形颗粒与壁面正碰撞、斜碰撞算例的数值模拟,其结果与实验数据趋势相吻合,表明所建方法完全适用于流体中动静固体间碰撞的数值模拟;通过对两圆柱形颗粒碰撞算例数值模拟,得到了DKT现象,表明所建方法也适用于流体中运动固体间碰撞的数值模拟。通过建立的固体间碰撞与流体耦合的数值分析方法,研究了涡激诱导并列双圆柱碰撞,得到了两圆柱流体力、速度以及流场的变化规律及其机理;模拟了坠物自由沉降和撞击海底管道过程,得到了海流速度对坠物速度、角度以及管道凹陷的影响规律;分析了小间隙比下串列和并列排列立管流致振动规律,得到了碰撞速度、碰撞力和碰撞应力变化规律,可用于此类工程结构的安全评价和优化设计。本文建立的方法也可应用于石油工程中含砂压裂液对管道的冲蚀、流体机械中固体颗粒对水轮机叶片的冲击等工程问题,具有广阔的应用前景。
吴晓笛[7](2019)在《基于浸入边界-格子Boltzmann通量法的椭圆柱涡激振动数值研究》文中提出涡激振动既能够引起结构部件的疲劳破坏又能够通过振动能量收集装置为人类提供新型清洁能源。因此,无论是从抑制振动角度或高效利用振动能量角度,涡激振动机理一直是流固耦合基础研究与海洋工程应用领域的研究热点。由于流体与结构相互作用的复杂性,涡激振动机理研究尚未成熟。本文旨在建立一套简便的求解流固耦合问题的数值计算方法,通过典型算例验证方法的可行性与准确性,并应用该数值方法研究椭圆柱这种非典型柱体结构的涡激振动机理,着重分析来流条件、几何尺寸和布置间距对结构振动响应的影响规律和内在物理机制。首先,建立了基于多松弛模型的格子Boltzmann通量求解法。基于宏观方程和介观模型的耦合思想,采用多尺度Chapman-Enskog数学手段,给出了状态变量和通量用格子模型分布函数表达的关系式,实现无粘与粘性项的统一求解,有效避免了宏观方法中高阶通量的求解。采用不同雷诺数下的方腔驱动流的典型算例验证数值方法的准确性和有效性。其次,有效结合强制边界-浸入边界法与格子Boltzmann通量求解法,建立非贴合边界的流固耦合算法。格子模型与浸入边界法的引入使该流固耦合数值计算可以在笛卡尔网格下进行,无需生成贴体网格及运用动网格技术,简化了动边界物理问题的计算过程。通过数值模拟圆柱和翼型静止绕流、主动旋转绕流以及横向单自由度涡激振动问题,逐步验证了数值方法在求解静止边界和动边界问题的有效性和可行性,为后续研究椭圆柱结构涡激振动问题提供了有效简便的计算方法。接着,应用浸入边界-格子Boltzmann通量求解法开展了低雷诺数条件下椭圆柱静止绕流的数值研究。对于单椭圆柱(0.7?AR?1.5)的数值结果表明:作用力系数和斯特劳哈尔数随AR的增加而减小,尾流均呈现周期性脱落涡结构。对于串列双椭圆柱(0.7?AR?1.5且2?L/D?11)数值结果表明:临界间距随AR的增加而增加;上游柱体作用力系数的变化规律与单柱体相同,随AR的增加而减小;未达到临界间距时,下游作用力符合该规律,达到临界间距后与单柱体的规律相反;串列系统的流动形态分为单钝体模式,交替再附模式和尾涡双脱落模式。随后,应用浸入边界-格子Boltzmann通量求解法开展了0.7?AR?1.5的单椭圆柱双自由度涡激振动的数值研究。结果表明AR对振动响应分区的起止点和响应幅值有显着的影响:AR的增加推迟了柱体驶入锁定区间,锁定区域的大小随着AR的增加呈现先增大后缩小的趋势,在AR=1附近最大;振动主频为升力系数的主频,共振发生在横向方向,运动轨迹呈现“8”字形;低雷诺数范围内横向振幅均为轴向振幅的102量级的倍数关系;根据横向最大振幅随折合速度的演化规律,将振动响应详细划分6个区域,即非同步区间I、准周期初始分支、周期初始分支、周期下端分支、准周期下端分支和非同步区间II;横向最大幅值与AR呈线性递减关系。最后,应用浸入边界-格子Boltzmann通量求解法研究串列双椭圆柱双自由度流致振动问题。结果表明:与静止绕流相比,流致振动现象加速了串列系统柱体剪切层卷起形成尾迹脱落涡的过程。随着间距比的增加,上游柱体的振动响应与尾流模式发展规律越来越接近相同AR的单椭圆柱。下游柱体由于受到上游尾迹的影响,存在剪切层附着、脱落涡交替附着或有效屏蔽来流的作用,因此尾流模式与单柱体有所区别:当上游尾迹形成的脱落涡从下游柱体一侧流过时,下游柱体振动响应较小;当脱落涡交替附着在下游柱体表面时,增强了下游柱体的振动;在较大间距比和AR时,下游柱体的振动响应更为强烈。
韩燕华[8](2019)在《温度对混凝土热学力学特性影响的宏细观研究》文中研究说明基础设施互联互通是“一带一路”建设的优先发展领域,由于“一带一路”跨越国家多地区广,自然气候、地形地质、经济文化等方面具有多样性、复杂性和不确定性等特点,沿线国家气候变化对基础设施的影响应作为基础设施建设中考虑的重要问题。环境温度变化影响水泥的水化作用速度和各项性能发展水平,细观组成的不均匀性使得混凝土的强度和变形更加复杂,变化幅度和性能指标离散性增大,且随着时间和环境条件的变化,混凝土材料的热、力学性能也会发生变化。因此,围绕环境温度对混凝土热、力学性能的影响和发展规律等关键问题开展相应研究工作,对“一带一路”基础设施建设具有非常重要的理论指导和现实意义。论文以甘肃省兰州地区的气温统计资料为例,基于宏观、细观层次,从全过程(浇筑-养护-成熟)的角度,围绕复杂环境温度下混凝土热、力学性能演化规律及影响机理这一关键科学问题开展室内试验和数值模拟研究。通过力学试验分析环境温度对混凝土强度形成的影响,建立考虑温度因素的混凝土强度数学模型;利用工业CT扫描仪,从细观层次揭示不同温度、龄期、荷载时混凝土内部结构的演化和强度发展的特点,再应用MatchID软件和计算机图形学原理的算法将不同时刻的CT扫描切片图像转换为位移、应变云图,揭示混凝土试件内部结构的受力变形规律;通过混凝土绝热温升试验,运用反演分析手段获得各组成材料的热学参数,深入研究了热学参数对其内部温度时空分布的影响规律。论文的主要研究内容及成果如下:(1)根据甘肃省兰州市多年气温过程实测数据,概化为3个典型的混凝土养护温度历程环境,将混凝土立方体试件分别在这三种温度历程环境下养护;利用MTS万能试验机进行多个特征龄期(1d、3d、7d、14d、28d)的单轴压缩试验,研究试件受力变形过程及破坏形态;根据试验结果,分析养护温度对混凝土力学性能的影响规律,研究温度历程环境与混凝土强度成长过程的关系,建立基于等效龄期概念并考虑温度效应的混凝土抗压强度预测模型。(2)利用工业CT扫描仪分别对在概化的温度历程环境下养护和标准环境养护的混凝土试件进行扫描,根据CT扫描图像结果,进行混凝土试样的三维重构以及孔隙空间分布、特征的统计,分析环境温度对混凝土成长过程中的微结构影响及其演化过程,揭示温度-内部微结构-抗压强度之间的关系,进一步认识混凝土在复杂的赋存环境温度下的强度演化机理。(3)基于计算机图形学原理并应用MatchID软件对混凝土试件的CT扫描切片图像进行处理,可以较准确地得到混凝土试件在加载压缩试验过程中的位移场与应变场,为探究混凝土内部变形过程探索了一条途径;根据该方法得到的混凝土试样全域位移云图和应变云图,深入分析了轴向荷载作用下混凝土内部结构受力、变形、破坏的演化过程,进而剖析了环境温度对混凝土力学性能的影响。(4)开展混凝土绝热温升试验,在试件内部布设多个温度传感器,测试水化过程中试样的内部温度分布及变化过程,以期分析温度的空间梯度与水化程度的关系,并推导了基于水化度概念的混凝土水化热模型;根据测点的实测温度,利用BP方法反演了混凝土材料的热学参数,最后运用有限元软件实现了混凝土内部温度场的精细模拟和验证。(5)以混凝土试件的CT图像为基础,重点考虑骨料、水泥砂浆、界面过渡区和孔隙等微结构,利用三维重构技术建立了相应的三维数值分析模型;运用有限元分析软件分别进行混凝土温度场和单轴压缩过程的数值模拟,并与试验结果相比较,验证建模方法的可行性,为数值模拟方法分析混凝土材料热、力学性能提供了借鉴的思路和途径。
李文龙[9](2019)在《基于细观尺度的沥青混合料各向异性研究》文中研究表明沥青混合料的各向异性一直是道路工作者非常关心的问题。长久以来,由于测试手段和力学分析方法的限制,该问题并未得到充分的讨论。目前,在我国沥青路面结构设计中,路面各层材料均假定为各向同性。这一假定虽然简化了计算过程,方便了力学响应的求解,但是由集料颗粒组成的沥青混合料、级配碎石等能否被看作为各向同性材料一直被人们所怀疑。本文紧扣引起沥青混合料各向异性的内、外在因素,首先通过X-Ray CT、Mimics以及Matlab软件对沥青混合料进行扫描,利用图像处理技术和组构张量理论分析沥青混合料各向异性微观指标(35)与混合料中粗集料和空隙的数量、扁平率和长轴取向的关系。同时,为进一步拓展沥青混合料各向异性在实际工程中的应用,本文利用线性规划求解和改进的配置方法理论,求得沥青玛蹄脂的主曲线和Prony级数模型,从而将其黏弹性参数应用于后续的数值模拟试验中。基于沥青混合料扫描图像完成二维和三维模型的重构,并利用二维数值模型进行不同加载方向的间接拉伸试验,揭示各向异性微观评价指标与力学指标的关系。针对三维数值模型,在沿水平和竖直方向切割等尺寸的模型后,分别进行动态模量试验、单轴拉伸试验和间接拉伸试验的数值模拟试验。同时,进一步利用数值模拟的优势从不同方向的动态模量和应力应变分布情况来全面地研究沥青混合料的各向异性。研究结果发现集料和空隙的形状、大小、长轴取向和扁平率都是影响沥青混合料各向异性的关键因素。沥青混合料在受压时横向和竖向上具有明显的性质差异,并且随着应力的增加各向异性也更为显着。混合料中集料和空隙在竖向和横向上形态特征与分布的不同,是造成这种差异的根本原因。本文的研究方法与内容既继承了连续性介质力学计算效率的优势,也能准确地描述微观结构分布对材料宏观响应的影响,为揭示沥青混合料的各向异性问题提供了重要的工具。同时,车辙、裂缝和疲劳等典型病害在考虑了各向异性的影响后,亦会得到更为合理的解释。
蒋继望[10](2019)在《多尺度视角下沥青混合料疲劳性能及细观结构研究》文中认为沥青混合料是一种粘弹塑性多相非均质材料,主要由粗集料、沥青胶浆、砂浆和空隙等组成。沥青混合料内部结构的不规则性以及不同成分的复杂力学性质导致其内部疲劳损伤的累积与发展的过程极为复杂。多尺度方法通过假设沥青混合料为不同尺度上的简单材料的组合来简化其宏观视角下复杂的材料组成情况。通过微小尺寸下材料的组成特性来解释其宏观力学性能演化规律。然而多尺度分析方法在沥青混合料中的应用方式并无定论,包括不同尺度的划分准则,不同尺度上材料的组分定义以及相关的试验方法较为模糊且无统一标准,同时不同尺度上材料的空间结构分布研究较少。因此,对沥青路面材料的多尺度力学特性和结构特征的表征与评价显得尤为重要。首先,对沥青混合料的胶浆,砂浆以及混合料尺度进行划分,并通过数字图像分析方法获取不同尺度材料的比表面积参数,结合沥青混合料内部不同组成成分的体积,密度等物理参数进行材料设计。同时,根据不同尺度的材料特点,基于空隙率控制,确定具有可重复性的不同尺度下沥青混合料的室内成型方法。其次,对不同尺度下的沥青混合料细观结构分析方法进行研究,利用激光衍射方法,电镜扫描方法和光学成像方法,通过混合料的切割以及虚拟生成的方法,获取沥青混合料,砂浆和胶浆的二维图像。利用数字图像分析方法,采用不同尺度上分散相的厚度分布曲线对不同尺度的分散相的空间结构分布进行量化,提出不同尺度上的分散相分布的结构参数,包括期望,众数,最大比重以及均匀性参数等,并进行误差控制分析。结果表明:在目标空隙率范围内,精准控制沥青混合料的沥青含量,可以较好的控制砂浆厚度分布参数的变异性。然后,对不同尺度下沥青混合料的疲劳试验方法进行探究,确定评价沥青混合料在不同尺度下的疲劳参数。结果表明:通过半圆弯曲的单向加载,重复加载和间歇重复加载试验可以获取沥青混合料的中温疲劳及愈合参数;通过确定胶浆和砂浆的线性区范围(LVE),基于时间温度扫描试验(TTS)建立其主曲线可获取相应的粘弹性参数;通过确定胶浆和砂浆的线性增幅应变扫描试验(LAS)的应变范围,基于粘弹性连续损伤模型拟合损伤曲线和损伤因子,可获取其疲劳参数。最后,研究不同尺度下材料的粘弹性力学指标,疲劳参数与细观结构参数之间的关系,并分析不同尺度之间的材料与结构参数的相互作用机理,主要包括胶浆、砂浆和沥青混合料三个尺度的相互串联。结果表明:胶浆的疲劳参数与粘弹性参数和沥青膜厚度参数之间相关性很强;通过多元线性回归分析,可以建立基于胶浆疲劳参数和胶浆膜厚度参数的砂浆的疲劳参数预测模型,同时可以建立基于砂浆疲劳参数和砂浆膜厚度分布参数的沥青混合料疲劳参数预测模型。通过本文的研究成果,为沥青混合料多尺度的疲劳损伤机理研究提供了有效的途径。
二、CALCULATION OF VISCOUS FLOW AROUND CIRCULAR CYLINDER WITH THREE-DIMENSIONAL NUMERICAL SIMULATION(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、CALCULATION OF VISCOUS FLOW AROUND CIRCULAR CYLINDER WITH THREE-DIMENSIONAL NUMERICAL SIMULATION(论文提纲范文)
(1)成型加工流场中黏弹性高分子熔体流变行为的可视化(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 高分子材料 |
1.2 高分子熔体流动的基本概念 |
1.3 高分子流体中的奇异现象 |
1.3.1 挤出胀大现象 |
1.3.2 Weissenberg现象 |
1.3.3 无管虹吸现象 |
1.3.4 剪切变稀现象 |
1.3.5 壁面滑移现象 |
1.3.6 不稳定流动和熔体破裂 |
1.3.7 次级流动 |
1.4 流体力学中的测试方法 |
1.4.1 毛细管流变仪 |
1.4.2 锥-板型转子流变仪 |
1.4.3 RME拉伸流变仪 |
1.4.4 应力测试装置 |
1.4.5 速度测量装置 |
1.5 数值模拟方法的应用 |
1.6 可视化技术 |
1.7 Polyflow简介及其在加工中的作用 |
1.8 本文的主要研究内容 |
第二章 高分子熔体流动过程中的数学模型和数值方法 |
2.1 黏弹性流动控制方程 |
2.1.1 连续性方程—质量守恒定律 |
2.1.2 运动方程—动量守恒定律 |
2.2 非牛顿粘性流体本构模型 |
2.2.1 Power law幂律模型 |
2.2.2 Carreau模型 |
2.2.3 Cross模型 |
2.3 非牛顿黏弹性流体本构模型 |
2.3.1 微分型本构方程 |
2.3.1.1 Maxwell模型 |
2.3.1.2 White-Metzner模型 |
2.3.1.3 UCM模型 |
2.3.1.4 Oldroyd-B模型 |
2.3.1.5 PTT(Phan-Thien-Tanner)模型 |
2.3.1.6 Giesekus模型 |
2.3.1.7 Pom-Pom模型 |
2.3.1.8 XPP(e Xtended Pom-Pom)模型 |
2.3.1.9 DCPP(Double Convected Pom-Pom)模型 |
2.3.1.10 MDCPP模型 |
2.3.1.11 S-MDCPP模型 |
2.3.2 积分型本构方程 |
2.3.2.1 K-BKZ(Kaye-Bernstein-Kearsley-Zapas)模型 |
2.3.2.2 MSF(Molecular-Stress-Function)模型 |
2.3.3 多模式微分黏弹性模型 |
2.4 数值算法 |
2.4.1 基于FIC的压力稳定化算法 |
2.4.2 SU/SUPG方法 |
2.4.3 EVSS/DEVSS方法 |
第三章 毛细管中聚乙烯熔体流动的数值模拟与实验 |
3.1 引言 |
3.2 实验部分 |
3.2.1 原材料 |
3.2.2 实验仪器 |
3.3 数值模拟 |
3.3.1 几何模型 |
3.3.2 数学模型 |
3.3.3 材料参数 |
3.3.4 本构方程 |
3.3.5 计算方法 |
3.4 结果与讨论 |
3.4.1 数值模拟结果 |
3.4.1.1 速度比较 |
3.4.1.2 应力比较 |
3.4.1.3 主链拉伸比较 |
3.4.2 与实验结果的比较 |
3.4.2.1 挤出胀大比 |
3.4.2.2 壁面剪切应力和挤出压力 |
3.5 本章小结 |
第四章 带圆柱十字交叉流道中聚乙烯熔体流变行为的数值模拟 |
4.1 引言 |
4.2 带圆柱十字交叉流道问题的数值模拟 |
4.2.1 几何模型 |
4.2.2 本构方程 |
4.2.3 材料参数 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 计算过程的收敛性 |
4.3.2 数值模拟的结果分析 |
4.3.3 圆柱半径对聚乙烯熔体流动情况的影响 |
4.3.4 流入速度对聚乙烯熔体流动情况的影响 |
4.3.5 S-MDCPP模型的本构参数对聚乙烯熔体流动情况的影响 |
4.3.5.1 取向松弛时间与拉伸松弛时间之比r的影响 |
4.3.5.2 主链末端支链数q的影响 |
4.4 本章小结 |
第五章 T形流道中聚乙烯熔体流变行为的数值模拟 |
5.1 引言 |
5.2 T形流道(带方腔和不带方腔)的数值模拟 |
5.2.1 几何模型 |
5.2.2 本构方程 |
5.2.3 材料参数 |
5.3 结果与讨论 |
5.3.1 数值模拟结果 |
5.3.2 流速对聚乙烯熔体流动情况的影响 |
5.3.3 S-MDCPP模型本构参数对聚乙烯熔体流动情况的影响 |
5.3.3.1 取向松弛时间与拉伸松弛时间之比r的影响 |
5.3.2.2 主链末端支链数q的影响 |
5.4 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
致谢 |
攻读硕士学位期间发表的学术论文目录 |
授权和申请专利情况 |
(2)低渗透气藏天然气地下储气库渗流理论及模拟研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
物理量名称及符号表 |
第1章 绪论 |
1.1 课题来源 |
1.2 课题背景及研究的目的和意义 |
1.2.1 课题背景 |
1.2.2 课题研究的目的和意义 |
1.3 地下储气库应用研究现状 |
1.3.1 国外地下储气库应用研究现状 |
1.3.2 国内天然气地下储气库建设及应用现状 |
1.4 地下储气库理论研究现状 |
1.4.1 枯竭油气藏地下储气库理论研究现状 |
1.4.2 含水层型天然气地下储气库理论研究现状 |
1.5 低渗透气藏渗流理论与实验研究现状 |
1.5.1 低渗透气藏渗流理论研究现状 |
1.5.2 低渗透气藏渗流实验研究现状 |
1.6 国内外研究现状总结 |
1.7 论文的主要研究内容及技术路线 |
第2章 低渗透气藏改建为地下储气库可行性分析 |
2.1 引言 |
2.2 低渗透气藏地质特征分析 |
2.2.1 低渗透气藏划分标准及成因 |
2.2.2 低渗透气藏地质特征 |
2.3 低渗透气藏改建地下储气库可行性 |
2.4 低渗透气藏改建为储气库存在的技术问题 |
2.4.1 强注强采对储层物性参数的影响 |
2.4.2 气体注入受启动压力梯度的影响 |
2.4.3 渗透率压力敏感效应对气体注入的影响 |
2.5 低渗透气藏储气库气体运移特性分析 |
2.5.1 气体在低渗透气藏储气库中运移形式 |
2.5.2 气体在低渗透气藏储气库中的渗流流态的判定 |
2.5.3 考虑粘性流动和滑移作用的运移特性 |
2.6 本章小结 |
第3章 低渗透气藏储气库储层岩心渗流特性实验分析 |
3.1 引言 |
3.2 实验原理与实验装置 |
3.2.1 实验目的和原理 |
3.2.2 实验装置、样品与准备 |
3.3 低渗透气藏储气库岩心渗透率测试实验 |
3.3.1 岩心渗透率测试实验结果 |
3.3.2 岩心渗透率压力敏感效应分析 |
3.4 低渗透气藏储气库岩心渗流压力实验 |
3.5 本章小结 |
第4章 低渗透气藏储气库地层物性参数反演分析 |
4.1 引言 |
4.2 地层物性参数反演求解方法 |
4.3 低渗透气藏储气库物性参数初始分布的确定 |
4.4 地层压力与储层渗透率和孔隙度敏感系数的关联式及求解 |
4.4.1 渗流微分方程在空间域上的离散 |
4.4.2 渗流微分方程在时间域上的离散 |
4.5 低渗透气藏储气库注采渗流反问题的建立及模型验证 |
4.5.1 低渗透气藏储气库渗流反问题的建立及求解 |
4.5.2 渗流反问题的求解步骤 |
4.5.3 渗流反问题的模型验证 |
4.6 低渗透气藏储气库反演算例分析 |
4.6.1 低渗透储层渗透率和孔隙度变化的计算 |
4.6.2 反演模型和传统模型的比较 |
4.6.3 渗透率和孔隙度随地层压力变化分析 |
4.7 本章小结 |
第5章 低渗透气藏储气库天然气注采模型建立及求解 |
5.1 引言 |
5.2 低渗透气藏储气库渗流微分方程组的推导 |
5.2.1 物理模型 |
5.2.2 数学模型 |
5.2.3 定解条件 |
5.3 低渗透气藏储气库渗流微分方程组的求解 |
5.3.1 渗流微分方程组的简化 |
5.3.2 渗流微分方程组的离散 |
5.3.3 渗流微分方程组的求解 |
5.4 网格无关性验证及模型的验证 |
5.4.1 网格无关性验证 |
5.4.2 模型的验证 |
5.5 本章小结 |
第6章 低渗透气藏储气库天然气注采模拟与分析 |
6.1 引言 |
6.2 储气库约束压力的确定 |
6.3 低渗透气藏储气库储层参数对注气量的影响 |
6.3.1 渗透率压力敏感效应对储气库注气量的影响 |
6.3.2 启动压力梯度对储气库注气量的影响 |
6.3.3 启动压力梯度和压力敏感效应的耦合作用 |
6.4 低渗透气藏储气库建库的模拟分析 |
6.4.1 单井注气过程模拟分析 |
6.4.2 多井注气过程模拟分析 |
6.5 渗透率压力敏感效应的影响 |
6.6 启动压力梯度的影响 |
6.7 低渗透气藏储气库注气峰值分析 |
6.8 本章小结 |
第7章 低渗透气藏储气库注采过程优化研究 |
7.1 引言 |
7.2 低渗透气藏储气库单井注气的分析与优化 |
7.2.1 节点分析法确定单井注气量 |
7.2.2 单井注气优化模型的建立及求解 |
7.3 低渗透气藏储气库多井注气的分析与优化 |
7.3.1 低渗透气藏储气库多井注气目标函数的建立 |
7.3.2 低渗透气藏储气库多井注气目标函数的约束条件 |
7.3.3 低渗透气藏储气库多井注气目标函数的求解 |
7.4 低渗透气藏储气库最优注气方案的确定 |
7.4.1 单井最优注气方案的确定 |
7.4.2 多井最优注气方案的确定 |
7.5 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
致谢 |
个人简历 |
(3)定常流中横向受迫振动圆柱升力系数突变研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 课题研究背景及意义 |
1.2 海洋立管涡激振动预报研究现状 |
1.2.1 立管自激振动与受迫振动的联系 |
1.2.2 立管受迫振动研究 |
1.3 本文主要内容 |
2 深水立管涡激振动的机理和研究方法理论基础 |
2.1 深水立管涡激振动机理 |
2.1.1 扰流区域中的转捩 |
2.1.2 尾涡脱落机理 |
2.2 基本参数和重要现象 |
2.2.1 斯特劳哈尔数 |
2.2.2 动力响应系数 |
2.2.3 涡街特征尺度、滞止区长度Ls与回流区长度Lr |
2.2.4 涡激振动锁定现象 |
2.3 立管涡激振动问题的研究方法 |
2.3.1 实验方法 |
2.3.2 经验分析模型法 |
2.3.3 CFD方法 |
2.3.4 CFD软件介绍 |
2.4 CFD数值研究方法理论 |
2.4.1 计算流体力学控制方程理论 |
2.4.2 Realizable k-ε湍流模型方程 |
2.4.3 SST k-ω湍流模型方程 |
2.4.4 两方程转捩模型 |
2.4.5 PANS模型 |
2.5 本章小结 |
3 三维固定圆柱绕流数值模拟 |
3.1 计算模型及边界条件设置 |
3.2 网格划分及数值求解设置 |
3.3 计算结果统计分析 |
3.3.1 升阻力系数响应分析 |
3.3.2 尾涡脱落规律分析 |
3.3.3 表面时均压力系数分布 |
3.3.4 尾流场速度分布 |
3.3.5 雷诺应力分布 |
3.3.6 尾涡流动结构 |
3.4 本章小结 |
4 二维横向受迫振动圆柱升力突变现象研究 |
4.1 受迫振动计算模型 |
4.2 模型建立与算例验证 |
4.2.1 计算域及边界条件 |
4.2.2 算例验证 |
4.3 计算结果分析 |
4.3.1 脉动升力系数变化情况 |
4.3.2 阻力系数变化情况 |
4.3.3 尾迹变化机理研究 |
4.3.4 脱落频率分析与相位分析 |
4.4 本章小结 |
5 三维横向受迫振动圆柱研究 |
5.1 计算模型及边界条件设置 |
5.2 计算网格及数值求解设置 |
5.2.1 网格无关性验证 |
5.2.2 算例验证 |
5.3 计算结果分析 |
5.3.1 脉动升力系数变化情况 |
5.3.2 阻力系数变化情况 |
5.3.3 尾迹变化机理研究 |
5.3.4 脱落频率分析与相位分析 |
5.4 本章小结 |
6 总结与展望 |
6.1 总结 |
6.2 展望 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
致谢 |
(4)带自由液面问题的绝对位置-压力格式粒子有限元方法研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题来源及研究目的 |
1.1.1 课题来源 |
1.1.2 研究目的 |
1.2 绝对节点坐标单元流体模拟概述 |
1.3 粒子有限元方法简介 |
1.3.1 国内外研究现状 |
1.3.2 网格更新-Delaunay三角剖分 |
1.3.3 自由液面以及流-固界面识别 |
1.3.4 粒子有限元方法与其他数值方法的对比 |
1.4 拉格朗日流体边界处理方法概述 |
1.4.1 自由滑移边界 |
1.4.2 进出口边界及驱动边界 |
1.5 本文的主要研究内容 |
第2章 二维绝对节点坐标有限元方法 |
2.1 引言 |
2.2 完全拉格朗日描述的不可压缩牛顿流体 |
2.3 绝对节点坐标四节点平面单元 |
2.4 运动和变形描述 |
2.4.1 惯性力和外力虚功 |
2.4.2 粘性力虚功 |
2.4.3 体积应变能和广义罚力 |
2.4.4 动力学方程 |
2.5 绝对节点坐标参考节点及约束方程 |
2.5.1 绝对节点坐标参考节点(ANCF-RN) |
2.5.2 节点约束方程 |
2.6 Bathe复合积分法求解动力学方程 |
2.6.1 Bathe复合积分法 |
2.6.2 广义惩罚力对应雅克比矩阵 |
2.6.3 广义粘性力对应雅克比矩阵 |
2.7 数值算例 |
2.8 绝对节点坐标单元描述流体的局限性 |
2.9 本章小结 |
第3章 绝对位置-压力格式粒子有限元方法及流线积分预测模型 |
3.1 引言 |
3.2 绝对位置-压力格式粒子有限元方法 |
3.2.1 运动描述 |
3.2.2 纳维-斯托克斯方程 |
3.2.3 伽辽金等效积分及其弱形式 |
3.2.4 稳定化的质量守恒方程及其弱形式 |
3.2.5 有限元空间离散 |
3.2.6 时间积分方案及方程求解 |
3.2.7 绝对位置-压力格式粒子有限元求解流程 |
3.3 显式流线积分预测方法 |
3.3.1 显式流线积分 |
3.3.2 改进的显式流线积分 |
3.4 数值算例 |
3.5 本章小结 |
第4章 绝对位置-压力格式粒子有限元方法自由滑移边界及进出口边界处理 |
4.1 引言 |
4.2 自由滑移边界 |
4.2.1 三种流-固边界以及与离散化的关系 |
4.2.2 AP-PFEM流-固边界条件处理 |
4.2.3 自由滑移边界接触点位置校正 |
4.3 进出口边界及驱动边界处理 |
4.3.1 进出口边界处理 |
4.3.2 驱动边界处理 |
4.4 时间积分方案及方程求解 |
4.5 数值算例 |
4.5.1 自由滑移边界及充液多体系统验证算例 |
4.5.2 驱动边界和进出口边界验证算例 |
4.6 本章小结 |
第5章 三维带自由液面流动问题求解 |
5.1 引言 |
5.2 一致法向和自由滑移边界条件 |
5.2.1 节点一致法向 |
5.2.2 特征接触节点判断 |
5.2.3 自由滑移约束 |
5.3 Sliver单元清除 |
5.4 流-固接触界面网格处理 |
5.4.1 接触界面网格凹陷修补 |
5.4.2 接触界面网格光滑 |
5.5 质量保持和修正方法 |
5.5.1 自由液面网格细化处理 |
5.5.2 全局质量修正 |
5.6 数值算例 |
5.7 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
附录A:FIC压力稳定 |
攻读博士学位期间发表的学术论文及其他成果 |
致谢 |
个人简历 |
(5)圆柱绕流问题的计算机数值模拟研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外圆柱绕流的研究动态 |
1.2.1 国内外单双圆柱绕流研究现状 |
1.2.2 多圆柱绕流研究现状 |
1.3 本文的主要研究内容 |
第2章 圆柱绕流的基本理论与数值模拟方法 |
2.1 圆柱绕流的基本理论—边界层分离和旋涡脱落 |
2.2 单圆柱绕流 |
2.3 多圆柱绕流流态基本概述 |
2.4 本章小结 |
第3章 信息熵及时间序列ARMA-GARCH模型 |
3.1 信息熵原理及计算 |
3.2 时间序列简介 |
3.3 时间序列ARMA-GARCH模型简述及建模过程 |
3.4 本章小结 |
第4章 数值模拟方法与模型验证 |
4.1 控制方程 |
4.2 有限元法 |
4.3 计算模型建立与网格划分 |
4.4 边界条件与流体力系数设置 |
4.5 单圆柱绕流的模拟验证 |
4.6 并列双圆柱绕流模拟分析与验证 |
4.7 本章小结 |
第5章 七阵列圆柱群绕流的数值模拟 |
5.1 七阵列圆柱群模型建立 |
5.2 七阵列圆柱群绕流的模拟研究 |
5.2.1 尾流形态特征 |
5.2.2 流体力系数分析 |
5.2.3 平均流速分布特征 |
5.3 采样区域信息熵 |
5.4 基于采样区域信息熵的时间序列模型分析 |
5.5 本章小结 |
第6章 九阵列圆柱群绕流的数值模拟 |
6.1 九阵列圆柱群绕流的水动力特性分析 |
6.1.1 尾流形态特征 |
6.1.2 流体力系数分析 |
6.1.3 平均流速分布特征 |
6.2 采样区域信息熵 |
6.3 基于采样区域信息熵的时间序列模型分析 |
6.4 本章小结 |
第7章 结论与展望 |
7.1 结论 |
7.2 展望 |
参考文献 |
攻读学位期间取得的研究成果 |
致谢 |
(6)固体间碰撞与流体耦合的数值分析方法研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
创新点摘要 |
第一章 绪论 |
1.1 研究目的及意义 |
1.2 流固耦合方法研究现状 |
1.3 浸入边界方法研究现状 |
1.3.1 浸入边界方法发展现状 |
1.3.2 浸入边界方法应用现状 |
1.4 本文主要研究内容 |
第二章 湍流动力学数值分析的浸入边界方法 |
2.1 流体动力学数值分析方法 |
2.1.1 流体动力学基本控制方程 |
2.1.2 湍流模型 |
2.1.3 有限体积法 |
2.1.4 流场数值解法 |
2.2 改进的清晰界面浸入边界方法 |
2.2.1 基本原理 |
2.2.2 湍流流动清晰界面浸入边界方法 |
2.2.3 壁面函数法中对NB节点湍流变量的修正 |
2.2.4 浸入边界上流体力计算方法 |
2.2.5 动边界处理方法 |
2.2.6 湍流流动清晰界面浸入边界方法计算流程 |
2.3 湍流流动清晰界面浸入边界数值方法验证 |
2.3.1 静止圆柱绕流 |
2.3.2 静止圆球绕流 |
2.3.3 受迫振动圆柱绕流 |
2.4 本章小结 |
第三章 基于浸入边界法的流固耦合分域求解数值方法 |
3.1 结构动力学的有限单元法 |
3.1.1 结构动力学基本方程 |
3.1.2 结构动力学求解的Newmark积分法 |
3.2 流固耦合分域求解数值算法 |
3.2.1 流固耦合分域求解数值模型 |
3.2.2 分域求解耦合界面物理量传递 |
3.2.3 分域求解时间推进算法 |
3.2.4 分域求解计算流程 |
3.3 流固耦合分域求解数值算法验证 |
3.3.1 单圆柱涡激振动 |
3.3.2 单个球形颗粒的自由沉降 |
3.4 本章小结 |
第四章 固体间碰撞与流体耦合的数值分析方法 |
4.1 固体接触与碰撞非线性有限元分析 |
4.1.1 接触状态判定条件 |
4.1.2 罚函数法的有限元方程建立 |
4.1.3 罚函数法的有限元方程求解方法 |
4.2 润滑模型 |
4.3 固体间碰撞与流体耦合的数值分析方法计算流程 |
4.4 固体间碰撞与流体耦合的数值分析方法验证 |
4.4.1 颗粒与壁面正碰撞 |
4.4.2 颗粒与壁面斜碰撞 |
4.4.3 DKT现象 |
4.5 本章小结 |
第五章 工程算例数值分析 |
5.1 涡激诱导并列双圆柱碰撞数值模拟研究 |
5.1.1 计算模型及初始条件 |
5.1.2 结果分析 |
5.2 海流对坠物撞击海底管道影响研究 |
5.2.1 海流对坠物自由沉降的影响研究 |
5.2.2 海流对坠物接近并撞击海底管道的影响研究 |
5.3 海洋立管流致振动及碰撞特性研究 |
5.3.1 单立管流致振动的数值模拟 |
5.3.2 串列立管流致振动及其碰撞的数值模拟 |
5.3.3 并列立管流致振动及其碰撞的数值模拟 |
5.4 本章小结 |
结论与展望 |
参考文献 |
攻读博士期间发表的文章和取得的科研成果 |
致谢 |
(7)基于浸入边界-格子Boltzmann通量法的椭圆柱涡激振动数值研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
符号表 |
第1章 绪论 |
1.1 研究目的和意义 |
1.2 计算流体动力学数值方法 |
1.2.1 传统计算流体动力学方法 |
1.2.2 格子Boltzmann方法 |
1.2.3 宏观与介观耦合方法 |
1.3 流固耦合数值方法 |
1.3.1 流固耦合算法 |
1.3.2 边界贴合法 |
1.3.3 非边界贴合法 |
1.4 涡激振动研究现状 |
1.4.1 试验研究 |
1.4.2 半经验模型 |
1.4.3 数值研究 |
1.5 本文主要研究工作 |
第2章 浸入边界-格子Boltzmann通量求解法 |
2.1 引言 |
2.2 格子Boltzmann方法的基础理论与模型 |
2.2.1 单松弛时间格子Boltzmann方程 |
2.2.2 格子Boltzmann基本速度模型 |
2.2.3 多松弛时间格子Boltzmann方程 |
2.3 多松弛时间格子Boltzmann通量求解法 |
2.3.1 控制方程 |
2.3.2 格子Boltzmann通量求解法 |
2.3.3 计算流程 |
2.3.4 数值验证 |
2.4 浸入边界-格子Boltzmann通量求解法 |
2.4.1 浸入边界法的数学模型 |
2.4.2 流固耦合算法 |
2.4.3 计算流程 |
2.5 流固耦合算法数值验证 |
2.5.1 静止绕流 |
2.5.2 旋转圆柱绕流 |
2.5.3 圆柱涡激振动 |
2.6 本章小结 |
第3章 均匀来流下静止椭圆柱绕流特性研究 |
3.1 引言 |
3.2 单椭圆柱绕流特性研究 |
3.3 串列双椭圆柱绕流特性研究 |
3.3.1 计算条件与数值验证 |
3.3.2 气动力分析 |
3.3.3 流场特性分析 |
3.4 本章小结 |
第4章 均匀来流下单椭圆柱涡激振动特性研究 |
4.1 引言 |
4.2 单椭圆柱涡激振动数值模型 |
4.2.1 计算模型与边界条件 |
4.2.2 模型验证 |
4.3 单椭圆柱自由振动特性研究 |
4.3.1 频率响应分析 |
4.3.2 结构响应分析 |
4.3.3 气动力分析 |
4.3.4 流场特性分析 |
4.4 不同折合速度下单椭圆柱涡激振动特性研究 |
4.4.1 频率响应分析 |
4.4.2 结构响应分析 |
4.4.3 气动力分析 |
4.4.4 流场特性分析 |
4.5 本章小结 |
第5章 均匀来流下串列双椭圆柱流致振动特性研究 |
5.1 引言 |
5.2 串列双椭圆柱流致振动数值模型 |
5.2.1 计算模型与边界条件 |
5.2.2 模型验证 |
5.3 不同间距下串列双椭圆柱流致振动特性研究 |
5.3.1 结构响应分析 |
5.3.2 气动力分析 |
5.3.3 流场特性分析 |
5.4 不同折合速度下串列双椭圆柱流致振动特性研究 |
5.4.1 间距比L/D=3 |
5.4.2 间距比L/D=6 |
5.4.3 间距比L/D=9 |
5.5 本章小结 |
结论与展望 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
致谢 |
个人简历 |
(8)温度对混凝土热学力学特性影响的宏细观研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 研究现状、进展及趋势 |
1.2.1 温度环境对混凝土力学性能的影响规律研究现状、进展 |
1.2.2 温度环境对混凝土热学性能的影响规律研究现状 |
1.2.3 细观结构到宏观性能演化机制的揭示 |
1.2.4 混凝土内部热传导的研究进展 |
1.2.5 当前研究中的不足 |
1.3 本文主要研究内容及技术路线 |
1.3.1 主要研究内容 |
1.3.2 技术路线 |
第2章 不同温度环境条件下混凝土抗压强度研究 |
2.1 引言 |
2.2 试验方案 |
2.2.1 原材料和配合比 |
2.2.2 养护条件 |
2.2.3 试件制备 |
2.2.4 主要试验设备 |
2.2.5 基本力学性能试验 |
2.3 混凝土抗压强度分析 |
2.3.1 养护温度对混凝土抗压强度的影响 |
2.3.2 早期养护对混凝土抗压强度的影响 |
2.3.3 水灰比对混凝土抗压强度的影响 |
2.4 考虑环境温度的混凝土强度预测模型 |
2.4.1 成熟度法原理 |
2.4.2 常用的几种强度预测模型 |
2.4.3 考虑温度效应预测模型的建立 |
2.4.4 预测模型的验证 |
2.5 本章小结 |
第3章 基于CT图像的混凝土细观结构研究 |
3.1 引言 |
3.2 混凝土内部细观结构分析原理及方法 |
3.2.1 扫描电子显微镜法(SEM) |
3.2.2 压汞测孔法(MIP) |
3.2.3 核磁共振法 |
3.2.4 CT扫描法 |
3.3 混凝土细观结构形成机制及其对宏观力学性能的影响 |
3.3.1 骨料 |
3.3.2 水泥浆体 |
3.3.3 界面过渡区 |
3.4 基于CT扫描技术的混凝土细观结构分析 |
3.4.1 混凝土试件CT图像重建 |
3.4.2 孔隙的空间分布及特征分析 |
3.5 本章小结 |
第4章 基于CT扫描的MatchID算法的内部应力应变分析 |
4.1 引言 |
4.2 混凝土应力-应变试验 |
4.3 不同加载条件下混凝土细观结构的演化 |
4.4 基于CT扫描的MatchID变形算法 |
4.4.1 基于CT图像的非接触式变形测量 |
4.4.2 位移计算基本原理 |
4.4.3 应变计算基本原理 |
4.5 混凝土内部变形分析 |
4.5.1 位移场计算分析 |
4.5.2 应变场计算分析 |
4.6 混凝土细观结构与宏观力学性能的关系 |
4.6.1 混凝土变形原理分析 |
4.6.2 宏观变形与内部变形比较 |
4.6.3 基于CT图像灰度值分析混凝土变形 |
4.7 本章小结 |
第5章 考虑温度影响的混凝土热学特性 |
5.1 引言 |
5.2 混凝土绝热温升试验 |
5.2.1 原材料 |
5.2.2 试验方案 |
5.2.3 试验结果及分析 |
5.3 非稳定温度场计算原理 |
5.3.1 热传导方程 |
5.3.2 初始条件及边界条件 |
5.3.3 水泥水化热与混凝土绝热温升 |
5.4 考虑环境温度影响的热学模型 |
5.4.1 混凝土水化度 |
5.4.2 导热系数取值 |
5.4.3 比热取值 |
5.5 混凝土的温度场反分析 |
5.5.1 BP神经网络基本原理 |
5.5.2 反演方法 |
5.5.3 反演方案 |
5.5.4 算例验证 |
5.6 本章小结 |
第6章 基于3D重建模型的混凝土热学力学性能数值模拟 |
6.1 引言 |
6.2 基于CT图像的三维细观模型重建 |
6.2.1 三维模型重建方法 |
6.2.2 MIMICS软件构建混凝土三维模型 |
6.3 混凝土温度场计算 |
6.3.1 非稳态温度场有限元算法 |
6.3.2 温度场计算参数 |
6.3.3 混凝土温度场计算结果分析 |
6.4 混凝土力学性能细观数值模拟 |
6.4.1 屈服准则 |
6.4.2 单元选取与参数设置 |
6.4.3 加荷和求解 |
6.4.4 混凝土内部变形数值模拟结果 |
6.4.5 混凝土数值模拟结果与MatchID分析结果对比 |
6.5 本章小结 |
第7章 结论与展望 |
7.1 主要工作及结论 |
7.2 展望 |
参考文献 |
攻读博士期间的科研情况 |
致谢 |
(9)基于细观尺度的沥青混合料各向异性研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 沥青混合料各向异性的形式 |
1.2.2 表征道路材料各向异性的指标及测试方法 |
1.3 主要研究内容和意义 |
1.3.1 研究目的 |
1.3.2 研究内容 |
1.3.3 技术路线 |
1.3.4 研究意义 |
第二章 基于Prony级数的沥青玛蹄脂的粘弹性参数分析 |
2.1 引言 |
2.2 线粘弹性理论 |
2.2.1 弹簧和黏壶 |
2.2.2 Kelvin元件和Maxwell元件 |
2.3 关于Prony级数模型的公式推导 |
2.4 动态剪切流变试验 |
2.4.1 试验准备 |
2.4.2 试验步骤 |
2.5 试验结果处理 |
2.5.1 剪切模量主曲线的构建 |
2.5.2 相位角主曲线的构建 |
2.5.3 松弛剪切模量的计算 |
2.6 本章小结 |
第三章 基于图像处理和二维数值模型的各向异性分析 |
3.1 引言 |
3.2 本章的研究路线图 |
3.3 X-Ray CT扫描试验 |
3.3.1 试验背景 |
3.3.2 试验原理 |
3.3.3 试验内容 |
3.4 图像处理 |
3.4.1 图像预处理 |
3.4.2 图像分割 |
3.5 各向异性的微观评价指标分析 |
3.5.1 公式推导 |
3.5.2 横向上各向异性的微观评价指标 |
3.5.3 竖向上各向异性的微观评价指标 |
3.6 基于二维数值模型的各向异性分析 |
3.6.1 二维模型重构 |
3.6.2 间接拉伸试验的数值模拟计算 |
3.6.3 计算结果与分析 |
3.7 本章小结 |
第四章 基于三维数值模型的各向异性分析 |
4.1 引言 |
4.2 三维模型重构 |
4.2.1 关于三维模型重构的基本介绍 |
4.2.2 沥青混合料样本准备 |
4.2.3 图像分割 |
4.2.4 构建三维模型 |
4.2.5 网格划分 |
4.2.6 材料属性的赋值 |
4.3 基于三维模型的数值模拟计算 |
4.3.1 圆柱体切割 |
4.3.2 数值模拟计算 |
4.3.3 计算结果与分析 |
4.4 本章小结 |
第五章 结论与展望 |
5.1 研究总结 |
5.2 本文的创新点 |
5.3 研究展望 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况 |
(10)多尺度视角下沥青混合料疲劳性能及细观结构研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 沥青混合料疲劳性能研究 |
1.2.2 沥青混合料细观参数研究 |
1.2.3 沥青混合料多尺度方法试验研究 |
1.3 研究目标及意义 |
1.4 主要研究内容 |
1.4.1 不同尺度下沥青混合料二维图像获取技术研究 |
1.4.2 沥青混合料多尺度划分准则及材料设计 |
1.4.3 不同尺度细观参数提取方法研究 |
1.4.4 不同尺度沥青混合料中温疲劳参数研究 |
1.4.5 基于细观和材料参数的疲劳性能预测模型 |
1.5 研究技术路线 |
第二章 不同尺度划分和材料设计 |
2.1 不同尺度划分准则 |
2.2 原材料选取 |
2.2.1 集料 |
2.2.2 沥青 |
2.2.3 纤维 |
2.3 沥青混合料试件准备方法 |
2.3.1 配合比设计 |
2.3.2 压实方法 |
2.3.3 试件成型及切割 |
2.4 砂浆试件准备方法 |
2.4.1 级配换算 |
2.4.2 基于图像分析的砂浆沥青用量确定 |
2.4.3 砂浆制备 |
2.5 胶浆试件准备方法 |
2.5.1 胶浆配比设计 |
2.5.2 胶浆制备 |
2.6 本章小结 |
第三章 沥青混合料多尺度细观结构分析方法 |
3.1 图像获取及预处理 |
3.1.1 沥青混合料图像获取方法 |
3.1.2 砂浆二维图像虚拟生成方法 |
3.1.3 胶浆二维图像虚拟生成方法 |
3.2 细观结构分析方法及参数定义 |
3.2.1 基于砂浆厚度分布的细观参数研究 |
3.2.2 砂浆尺度下胶浆厚度分布及参数定义 |
3.2.3 胶浆尺度下沥青膜厚度分布及参数定义 |
3.3 材料设计误差控制分析 |
3.3.1 空隙率的影响 |
3.3.2 沥青含量的影响 |
3.4 本章小结 |
第四章 沥青混合料多尺度疲劳试验方法 |
4.1 沥青混合料疲劳试验方法 |
4.1.1 单向加载SCB试验 |
4.1.2 基于DIC技术的重复加载SCB疲劳试验 |
4.1.3 间歇重复加载SCB疲劳试验 |
4.2 砂浆疲劳试验方法 |
4.2.1 不同温度的频率扫描试验 |
4.2.2 线性增幅应变扫描试验 |
4.3 胶浆疲劳试验方法 |
4.3.1 不同温度的频率扫描试验 |
4.3.2 线性增幅应变扫描试验 |
4.4 本章小结 |
第五章 沥青混合料多尺度疲劳性能及细观结构分析 |
5.1 沥青胶浆疲劳性能及细观结构分析 |
5.1.1 疲劳试验结果分析 |
5.1.2 细观结构分析 |
5.2 沥青砂浆疲劳性能及细观结构分析 |
5.2.1 疲劳试验结果分析 |
5.2.2 细观结构分析 |
5.2.3 胶浆的材料、结构参数与砂浆疲劳性能之间的相关性分析 |
5.3 沥青混合料疲劳性能及细观结构分析 |
5.3.1 疲劳试验结果分析 |
5.3.2 细观结构分析 |
5.3.3 砂浆的材料、结构参数与混合料疲劳性能的相关性分析 |
5.4 本章小结 |
第六章 结论与展望 |
6.1 主要研究结论 |
6.2 主要创新点 |
6.3 展望 |
致谢 |
参考文献 |
博士期间科研成果 |
四、CALCULATION OF VISCOUS FLOW AROUND CIRCULAR CYLINDER WITH THREE-DIMENSIONAL NUMERICAL SIMULATION(论文参考文献)
- [1]成型加工流场中黏弹性高分子熔体流变行为的可视化[D]. 卢京. 青岛科技大学, 2021
- [2]低渗透气藏天然气地下储气库渗流理论及模拟研究[D]. 张金冬. 哈尔滨工业大学, 2021(02)
- [3]定常流中横向受迫振动圆柱升力系数突变研究[D]. 朱永健. 大连理工大学, 2021
- [4]带自由液面问题的绝对位置-压力格式粒子有限元方法研究[D]. 潘恺. 哈尔滨工业大学, 2021(02)
- [5]圆柱绕流问题的计算机数值模拟研究[D]. 阴建军. 太原理工大学, 2021(01)
- [6]固体间碰撞与流体耦合的数值分析方法研究[D]. 杨明. 东北石油大学, 2019(03)
- [7]基于浸入边界-格子Boltzmann通量法的椭圆柱涡激振动数值研究[D]. 吴晓笛. 哈尔滨工业大学, 2019(01)
- [8]温度对混凝土热学力学特性影响的宏细观研究[D]. 韩燕华. 武汉大学, 2019(06)
- [9]基于细观尺度的沥青混合料各向异性研究[D]. 李文龙. 合肥工业大学, 2019(01)
- [10]多尺度视角下沥青混合料疲劳性能及细观结构研究[D]. 蒋继望. 东南大学, 2019(05)