基于显式有限元方法的两相多孔介质地震反应研究

基于流体饱和两相多孔介质的弹性波动方程组,运用显式逐步积分格式与局部透射人工边界相结合的时域显式有限元方法对该波动方程组进行求解,对两相多孔介质在输入地震波作用下的弹性动力反应进行了计算和分析,以揭示两相多孔介质弹性地震反应的规律和性质.计算结果表明:两相介质弹性地震反应时程的波形与入射地震波的波形相同,且弹性地震反应的峰值出现的时刻对应于入射地震波的峰值出现的时刻.本文的数值计算同时表明了时域显式有限元方法在进行两相多孔介质地震反应计算分析时的有效性.     

近似平衡多项式加速度动力显式算法

利用已知初始时刻的信息，建立一种可以取到任意阶高精度的多项式加速度单步隐式算法。在该隐式方法中，待采解方程纽系数矩阵中质量阵的系数远远大于阻尼阵和剐度阵的系数，略去非对角阻尼阵和非对角刚度阵对方程组的影响，得到一种近似平衡多项式加速度动力显式计算方法。此方法的精度主要由加速度多项式插值的项数、步长、质量阵的每件数、质量刚度比（质量阵和刚度阵的范数之比）决定。在此基础上给出了这种算法的通式，进行了精度分析，结果表明：如果时间步长h足够短，n次加速度近似平衡动力显式算法的精度可以达到O（hn＋1）。算例采用5次加速度近似平衡显式算法，计算结果的精确性证明了本算法的可行性。     

基于显式有限元方法的两相介质弹塑性动力反应计算分析

针对增量形式的流体饱和两相多孔介质弹塑性波动方程组,运用基于显式逐步积分格式的时域显式有限元方法对该波动方程组进行求解,并应用基于SMP破坏准则的弹塑性动力本构模型描述两相介质的动力反应性质,对两相介质在输入地震波作用下的弹塑性动力反应进行计算和分析,将计算结果与相应的弹性动力反应的计算结果进行对比;对本文应用的弹塑性...     

统一格式的显式与隐式任意混合异步算法

动力学问题的有限元分析需要在每一时步求解系统信息,相对于静力学问题,其计算量要大得多.因而,提高计算效率,节省计算工作量是动力学求解方法研究的主要内容.该文针对大型复杂动力学系统的高效求解问题,提出了一种基于Newmark离散格式的显式、隐式任意混合异步算法,根据整体系统不同局部的物理力学特性和求解精度要求,在空间域及时间域内对动力学系统方程进行多尺度求解.该方法根据显式、隐式算法固有的信息传递机制,采取动态的可变边界处理方法,避免了异步边界上的误差积累;并通过对整体系统能量平衡的校验,动态地确定和修正仿真计算时步,可以有效地预防不稳定性的产生和发展.数值算例表明:该算法能在保持较高的计算精度的同时,极大地降低计算资源消耗,因而具有一定的实用价值.      

弹性、弹塑性材料显式模拟计算中的准静态加载速度研究

摘 要：动力学显式算法采用时间积分原理，其较静力学隐式算法在强非线性问题中的适用性更广。为将此方法应用到岩土等非线性材料的计算中，考虑到显式算法中动能的影响会导致结果波动，分析动力学显式算法在模拟计算中的准静态加载速度的选取十分必要,如何在缩短模拟消耗时间与结果准确性之间寻求平衡是本文研究重点。研究中提出以加载-位移曲线的波动比来评价准静态计算效果，首先开展弹性材料的平面应变模拟试验以分析弹模、密度、泊松比、围压4个参数对准静态加载速度取值的影响，结果表明：弹模、泊松比、围压的增大会提高准静态加载速度；密度的增大则会减小准静态加载速度。通过对各影响因素与准静态加载速度的相关性分析给出了准静态加载速度取值的经验公式。最后，选取能够反映砂土复杂力学特性的弹塑性本构模型，开展其平面应变模拟试验，对比分析准静态加载速度经验公式在弹性材料与弹塑性材料中的适用性差异，并提出应用建议公式。     

满足PTC的三维非协调形函数的显式处理

介绍了满足分片检验条件（ＰＴＣ）的非协调形函数生成方法，显式给出了满足ＰＴＣ的三维非协调元ＮＨ１１的内位移函数。计算表明显式处理后的单元与原单元具有相同的精度，但却在很大程度上节省了单刚形成时间和计算单元应力花费，进一步发挥了非协调元的数值潜力。     

基于神经网络的隐式显化方法在结构可靠度分析中的应用

针对结构可靠度分析中极限状态方程不能明确表达的情况,结合神经网络技术,提出了隐式极限状态方程转换为显式表达式的方法.该方法利用神经网络的非线性映射能力,构造出显式表达的极限状态方程,从而可以很方便的引入一次二阶矩等其他基本求解方法进行结构可靠度分析.实例数值结果表明,基于神经网络将隐式函数转化为明确表达的极限状态方程是可行的,同时该方法具有较高的精度,为结构可靠度计算提供了新的有效思路和手段.     

具有奇异位置的多体系统动力学方程的隐式算法

本文研究了在运动过程中具有奇异位置的多体系统动力学方程的隐式算法，给出了隐式算法所用的Ｊａｃｏｂｉ矩阵，并建立了该矩阵中各子矩阵间的计算关系，提高了计算效率，计算结果表明隐式算法的计算速度和精度明显优于显式算法。     

采用黏弹性人工边界时显式算法稳定性条件

黏弹性人工边界是处理无限域波动问题常用的数值模拟方法。采用显式时域逐步积分算法进行计算时,受黏弹性人工边界的阻尼、刚度等影响,人工边界区的稳定性比内部计算域的更严格,尚无明确、实用的稳定性判别准则,这限制了黏弹性人工边界在显式动力分析中的应用。针对二维黏弹性人工边界,利用基于局部子系统的稳定性分析方法和基于传递矩阵谱半径的稳定性判别准则,给出了可代表整体模型局部特征的不同边界子系统的稳定性条件解析解。通过对比分析不同计算区域的稳定性条件及其影响因素,证明了整体模型的稳定性由角点子系统控制。在此基础上,获得了含黏弹性人工边界的整体模型在显示动力计算中的统一稳定性判别准则和简化实用计算方法。在实际应用中,令积分时间步长满足稳定性条件,即可顺利完成整体模型的动力计算。以上研究可为将黏弹性人工边界应用于显式动力计算时积分时间步长的合理选取提供参考。     

时间推进方法在叶轮机械内部流场计算中的进展

时间推进方法目前广泛应用于叶轮机械内部流场的计算,这种方法可以划分成显式时间推进方法和隐式时间推进方法．本文简要介绍了时间推进方法用于叶轮机械内部流场计算的起源及这种方法的优点和缺点,重点记述了国内外叶轮机界应用显式时间推进方法和隐式时间推进方法计算叶轮机内部流场的最新进展,并简要介绍世界上一些著名的研究机构开发的时间推进方法计算程序所采用的数值计算方法      

Study on steady surge pressure for Yield-Pseudoplastic fluid in a concentric annulus

Surge pressure caused by pipe moving through the wellbore full of drilling fluid is the main factor affecting wellbore stability, on which the additional mud density is designed. Thus it is desired to predict the surge pressure with high accuracy. While this is closely related with the selection of mud rheological models. Yield-Pseudoplastic model which has three parameters and is famous for its higher accuracy has been used to describe the mud rheological properties in recent years. Based on this model the paper presents a new theoretical model for calculating surge pressure caused by mud viscosity during tripping or casing in a concentric annulus of directional wells under steady laminar situation. For convenience, the paper plots the distribution of the coefficients of surge pressure for different conditions. An example is given. These results provide the basis for controlling pressure surges and tripping velocity.     

STUDY ON STEADY SURGE PRESSURE FOR YIELD-PSEUDOPLASTIC FLUID IN A CONCENTRIC

ＷａｎｇＨａｉｇｅ（汪海阁）；ＬｉｕＸｉｓｈｅｎｇ（刘希圣）（ＲｅｃｅｉｖｅｄＪｕｌｙ８，１９９４；ＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｅｄｂｙＣｈｉｅｎＷｅｉｚａｎｇ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｕｒｇｅｐｒｅｓｓｕｒｅｃａｕｓｅｄｂｙｐｉｐｅｍｏｖｉｎｇｔｈｒｏｕｇｈｔ...     

Parallel finite element methods for large-scale computation of storm surges and tidal flows

Massively parallel finite element methods for large-scale computation of storm surges and tidal flows are discussed here. The finite element computations, carried out using unstructured grids, are based on a three-step explicit formulation and on an implicit space–time formulation. Parallel implementations of these unstructured grid-based formulations are carried out on the Fujitsu Highly Parallel Computer AP1000 and on the Thinking Machines CM-5. Simulations of the storm surge accompanying the Ise-Bay typhoon in 1959 and of the tidal flow in Tokyo Bay serve as numerical examples. The impact of parallelization on this type of simulation is also investigated. The present methods are shown to be useful and powerful tools for the analysis of storm surges and tidal flows. © 1997 John Wiley & Sons, Ltd.     

圆柱形弹性贮液容器的自振特性分析

贮液容器,无论是由钢材制成的或是由钢筋混凝土建造的。在工业或工程上都有着广泛的应用,如石油化工工业中的储油罐,给水工程中的水即为典型例子。在核动力工程中的压水堆或快增残堆,所用的主容器都可看成为一种特殊的贮液容器。它与一般容器很大的区别在于除贮液外,在堆内还设置一些构件。这对结构分析计算速写为不小的困难。本文根据剪切悬壁梁理论且考虑液动压力效应,建立了弹性圆柱形贮液容器的自振方程及相关特征值矩阵,     

圆柱形弹性贮液容器基频近似计算法

在工业和工程领域中,广泛地应用圆柱形弹性薄壁贮液容器。在冲击或地震地面运动激励下,此种容器的变形,严格地说就遵循薄壳结构动力学规律。考虑到在水平地震作用下短圆柱形容器的变形,剪切效应起主导作用,因而可用剪切梁变形理论来近似地代替。对于盛有液体的贮液容器,因为激励引起的振动是耦联的,即液体中产生的液动压力与结构的变形有关,而结构的变形又受到液动压力的很大影响。欲寻求此种耦联体系的动力响应,必须对其动力特性进行分析。为此,本文根据Fischer“冲击质量”理论,提出了对圆柱形弹性贮液容器基频的近似计算方法。此方法概念清晰,计算简便,很便于工程上应用。     

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通过对拱顶储罐罐壁承受轴向载荷、初始几何缺陷及轴压失稳状况研究,指 出在固定顶罐设计、建造和运行各阶段都应进行罐壁轴压稳定性校核. 根据圆柱薄壳稳定性 理论和轴压失稳临界应力数值分析计算结果,提出固定顶罐罐壁轴压稳定性校核方法和数学 模型,并运用回归分析方法建立罐壁轴压失稳临界应力计算公式. 对几种常用规格的拱顶罐 有初始挠度缺陷罐壁轴压稳定性分析表明：随储罐容积和罐壁初始挠度增大,罐壁轴压稳定 性呈减弱趋势.     

STABILITY ANALYSIS FOR TANK-ROOF BASED ON RELIABILITY

根据加肋拱顶稳定性校核公式,应用结构可靠度理论,建立了油罐拱顶可靠性分析模型,对拱顶稳定性进行分析计算,以确定油罐拱顶的使用安全性. 运用最小距离法和有限差分法对该模型的可靠度进行求解.结合工程实例,分析了顶板自支承作用、肋板的加强作用在外载荷作用下对拱顶可靠指标的影响规律,拟合出可靠指标与拱顶各参数间数值关系. 通过对现役油罐拱顶稳定性进行可靠性评定,验证了该模型在现役条件下分析拱顶稳定性的可行性.     

非正交网格控制容积法分析复杂形状池内的流动

介绍一种基于非正交网格控制容积法的数学模型，及其在圆形沉沙池流动研究中的应用．该模型求解轴对称流动的连续方程及时均Ｎ－Ｓ方程，并采用标准ｋ－ε紊流模型，模拟圆形池内的流动．由于采用非正交网格，此计算模型可精确模拟几何形状较复杂的沉沙池内的流动，利用上述模型对某实际沉沙池进行了流场计算，计算所得流场与模型试验实测值符合良好．     

Non-Newtonian laminar boundary-layer heat transfer in stirred tanks

 A laminar boundary-layer heat transfer in a jacketed, stirred tank with non-Newtonian fluids has been experimentally and theoretically examined. Heat transfer rates from jacket to process liquid through the stirred tank wall were measured for different large-scale impeller designs and rheological properties. On the basis of the laminar boundary-layer theory, we developed a theoretical correlation for non-Newtonian laminar tank-side film heat transfer coefficients in stirred tanks. The correlation was derived using von Karman's integral technique. Satisfactory agreement between the predictions of the proposed correlation and the present experimental data for viscous Newtonian and non-Newtonian laminar heat transfer in stirred tanks was obtained. Received on 20 February 2001 / Published online: 29 November 2001     

基于时域解耦算法的多液舱浮式结构物运动模拟

对于带有多个晃荡液舱的浮式结构物, 浮体的运动、外场水动力以及各舱内的液体晃荡力会实时相互决定, 发生复杂的耦合作用. 为准确模拟多液舱浮式结构物的运动, 本文引入一种有效的时域解耦算法. 该方法以模态分解法为基础, 通过对浮式结构物所受外域水动力和各液舱内非线性晃荡力进行模态分解, 最终形成时域解耦运动方程, 无需迭代求解过程即可显式计算浮式结构物的瞬时加速度. 该方法可避免传统迭代求解方法在迭代次数、截断误差和收敛特性等方面的不足, 减少解耦过程的计算耗时. 本文进一步结合边界元数值方法, 分别对单液舱浮式结构物和多液舱浮式结构物的工况开展数值模拟研究. 通过与单液舱浮式结构物的实验结果对比, 验证了本文时域解耦算法的有效性. 本文详细分析了晃荡力对单液舱浮式结构物运动的影响, 发现存在一个共振影响区间: 当外场波浪频率在该区间之外时, 可以在时域计算结果中观察到稳定的浮体运动; 在比该区间更低频的波况下, 液舱晃荡力与外场波浪力相位相反甚至可以相互抵消, 此时晃荡液舱的存在可以减弱浮体运动; 在比该区间更高频的波况下, 液舱内晃荡力与外场波浪力可以具有相同相位, 此时晃荡液舱的存在会加剧浮体的运动. 本文进一步研究了四液舱浮式结构物在波浪中的纵荡、垂荡和纵摇运动情况, 发现非线性液舱晃荡可对纵荡和纵摇运动产生影响, 但对垂荡运动影响很小.