几种物理场的相似性及其在有限元分析中的实现

用数学方法对渗流、杆的扭转、流体的无粘性不可压缩无旋流动、电传导中的电压场等几种物理场方程进行推导得到各自的控制方程，通过比较分析这几种物理场与温度场控制方程的异同，得出了温度场的计算机辅助有限元分析软件也可用于分析计算这类物理场的结论。为分析解决此类问题提供了一种新的思路。     

高精度差分格式WNND的构造及数值实验

基于二阶NND格式,通过引入Jiang和Shu的加权思想以及具有TVD性质的三阶Runge Kutta方法,构造了一种时间、空间均达到三阶精度的WNND格式。分别以波动方程、一维Euler方程和三维全Navier Stokes方程为例,通过对WNND格式的数值结果分析表明,WNND格式引起的耗散和波动较小,并且能够高精度地分辨场间断。     

基于ANSYS软件的多相无刷直流电机有限元分析

介绍了径向充磁的多相无刷直流电动机永磁体的有限元处理方法和场路耦合方程,基于ANSYS软件运用"场路耦合数值分析法"对其磁场分布和空载特性进行了计算,试验结果验证了计算方法的正确性.     

一种分析广义脊形传输器件的新型数值方法

利用Compact 2-D频域有限差分(FDFD)法分析广义脊形传输器件特性,得到的本征方程只涉及4个横向场分量,与同时处理6个场分量的本征问题相比,大大降低了CPU时间,同时由给定的工作频率f求解相移常数β,易于实际应用.针对广义脊形传输器件的复杂结构,本文划分了不同的子区.几种代表性的脊形波导传输结构分析结果与其他方法一致,表明了本文分析思路的可行性.     

原始变量守恒形式控制方程的时间准确性分析

基于压力、速度和温度的原始变量为自变量的守恒形式的控制方程可应用于定常流动问题，但是在求解非定常问题，例如某一典型激波管问题时，激波后温度出现过冲现象，即使通过细化网格、提高空间格式精度或者换用其他通量格式仍不能消除，这表明误差可能来自该方法本身。采用一维Euler方程对该方法进行数值分析。分析结果表明，数值误差来自时间项。通过构造相应的双时间步方程，虚拟时间项采用原始变量，而物理时间项采用守恒变量，并在两个相邻物理时间步内作为定常问题求解，可以收敛到相应的守恒形式，消除上述误差，得到准确的非定常数值解。     

发动机内流场湍流数值模拟

以可压缩的全Ｎ－Ｓ方程为控制方程,用显式有限差分格式对燃烧室－－喷管轴对称湍流内流场进行了数值模拟。计算中采用ＭａｃＣｏｒｍａｃｋ两步显格式和Ｂａｌｄｗｉｎ－Ｌｏｍａｘ代数湍流模型,得到了管状装药发动机内流场的数值解,取得了令人满意的结果。此方法对发动机的设计有实际的工程参考价值。     

飞船轴对称热化学非平衡流场数值求解

本文从轴对称热化学非平衡Ｎ－Ｓ方程出发,利用时间相关法,采用双温度、七组元反应气体模型,利用隐式ＮＮＤ有限差分格式和时间预处理技术数值求解了ＦＩＲＥＩ飞船热化学非平衡流场,得到了较为准确的结果,并分析了热力非平衡对流场的影响。     

子母式战术导弹子弹散布场的Monte-Carlo数字仿真

利用Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ 方法,对子母式战术导弹空中抛撒后形成的子弹散布场和毁伤面积概率分布进行数字仿真研究,建立了散布场的数字仿真方法。建立了考虑重力影响的三维子弹弹道方程及其解。最后,以某种型号的战术导弹为例进行了仿真。     

固体推进剂黏弹性本构模型及其有限元应用研究

基于时温等效原理和WLF方程建立推进剂黏弹性泊松比主曲线方程,进而建立考虑时间温度相关泊松比的推进剂本构模型。基于增量有限元方法,采用完全显式积分算法推导增量形式的黏弹性本构方程。根据MSC. Marc用户子程序编程规则,确定本构模型对应的一致切线刚度矩阵从而实现本构模型的有限元应用。先后通过固化降温以及点火增压工况,分别采用黏弹性泊松比以及弹性泊松比对药柱结构进行应力应变力学响应分析,并对比不同类型泊松比对应力应变场的影响。研究方法和结果可为发动机药柱的精细结构完整性分析提供参考。     

α粒子在高温高密度氘氚等离子体中输运和能量沉积率的有限元计算

α粒子在高温高密氘氚等离子体系统中输运时其角密度分布函数满足非定态Ｆｏｋｋｅｒ－Ｐｌａｎｃｋ方程。本文将一维球对称情况下的Ｆｏｋｋｅｒ－Ｐｌａｎｃｋ方程在时域离散时分离成速度与坐标方向的两个方程，再对此两个方程中的速度变量作多群化处理，坐标变量（包括运动方向变量）采用有限元方法处理，分别得到了两个有限元方程。通过对两个有限元方程的耦合求解，数值求解了α粒子角密度分布函数随时间的变化，据此分别计算了α粒子对背景等离子体中的离子、电子的能量沉积率以及α粒子对背景等离子体的总能量沉积率随时空的演化。     

大型船舶空气尾流场防治新技术的数值模拟

大型船舶空气尾流场对海上飞机安全降落有重要的影响,因此对其进行有效防治技术研究在保障飞机安全、大型船舶海上活动等方面有重要意义。采用计算流体力学方法开展大型船舶空气尾流场特性及其防治技术的数值模拟研究,以带有Spalart-Allmaras湍流模型的Reynolds平均Navier-Stokes方程构建模拟平台开展数值模拟,得到大型船舶空气尾流场规律特性。在此基础上,提出主动补气防治新技术,分别阐述其理论基础、核心方法和技术方案;根据主动补气防治技术思想和理论,进一步开展数值模拟验证研究。结果表明,该技术能显著改善空气尾流场的流场品质,使流场趋于平稳均匀,减小对飞机海上降落的影响。该技术进一步完善了可实现工程应用,并保证飞机海上降落安全,有巨大的应用潜力。     

三维高超音速干扰流场数值模拟与实验验证

采用Osher Chakraverthy的TVD格式、Baldwin Lomax湍流模型和LU SSOR隐式方法求解了完全NS方程 ,数值模拟了三维高超音速绕流与横向喷流干扰流场。并在高超音速炮风洞中开展了喷流实验研究 ,对该喷流流场的数值计算结果进行实验验证     

螺旋桨激励水下艇体振动的试验及数值研究

为考虑螺旋桨真实激励特性,在循环水槽中开展艇尾伴流场中螺旋桨诱导艇尾脉动压力及螺旋桨激励水下艇体振动响应的测量试验。试验结果表明:脉动压力幅值在叶频处最大,且随螺旋桨负载增加而增大,随与螺旋桨之间距离的增大而减小,四叶桨脉动压力在尾翼后的高伴流区幅值较大,五叶桨则在尾翼之间的低伴流区幅值较大；大部分测点的振动响应幅值随螺旋桨负载增加而增大,但也存在叶频处幅值较小和未随负载增加而增大的情况；五叶桨激励引起的侧向振动较四叶桨有所增强而轴向振动有所减弱；特定谱峰频率处振动响应幅值呈一阶弯曲振型,其频率范围与有限元计算结果较为一致。综合采用计算流体动力学、有限元和模态叠加法建立螺旋桨激励水下艇体振动响应的数值计算方法,通过计算与试验结果的对比发现,该方法的计算结果与试验结果吻合较好,相比于采用单位简谐激励的谐响应分析方法更加接近真实情况。     

太阳风作用下航天器表面充电效应分析

针对太阳风等离子体中航天器的充电过程,基于欧洲航天局开发的航天器表面充电仿真软件,建立了航天器的数值计算模型,模拟了太阳风等离子体与航天器的相互作用,实现了不同表面材料时航天器表面电位以及尾迹结构的计算分析,给出了近日环境下航天器周围的空间电位结构以及等离子体密度分布情况。研究结果表明:表面材料的选择将影响空间势垒深度以及尾迹结构,表面充电至更低电位的表面材料具有较小尾迹区域;航天器向阳面电位分布主要由光电子以及二次电子主导,而背阳面的电位分布则主要受到尾迹效应的影响。以上结果对太阳风环境航天器探测和评估等相关工作以及工程研究具有一定的理论参考价值。     

瞬变流二维理论模型及其应用

提出了求解弯管、孔板、三通等管件中的瞬变流动的二维理论模型和数值计算方法。对瞬变流动的二维控制方程进行坐标变换,得到计算坐标平面上的控制方程,并给出了计算平面和物理平面网格点一一对应关系方程和数值求解方法。建立了计算平面控制方程的边界条件,给出了差分求解方法,并提供了计算实例。     

泵喷宽带非定常激振力预报与参数分析

为预报泵喷推进器转子与湍流互作用宽频非定常激振力,在Sears函数的基础上,考虑随机湍流波的影响,推导了螺旋桨宽频非定常激振力预报公式,并与实验值对比验证了该公式。进一步考虑泵喷推进器转子工作在前导叶尾流场的情况,通过Gauss尾流模型建立叶片尾流湍流波数谱,通过经验公式计算叶片尾流场参数。推导得到泵喷推进器转子宽频非定常激振力预报公式,通过公式计算得到的宽频非定常激振力与数值计算结果相近。分析了流场参数的变化对推进器转子宽频辐射噪声预报结果的影响。研究得到,湍流强度只影响宽频非定常激振力预报结果的幅值,湍流积分尺度对幅值和频谱形状都有较大的影响。     

三种艉部附体方案的粘性阻力数值计算

水面船舶艉部附体不但影响船舶的阻力,而且对螺旋桨的伴流分数以及推力减额也会产生较大影响。近年来,越来越多的研究者都重视使用数值方法进行船舶附体优化设计。在分析某排水型水面船舶艉部附体特点以及优化目标后,设计出两套艉部附体优化方案。通过数值计算方法对这3种方案的船体带附体模型在不同雷诺数条件下进行三维粘性流场的数值模拟。分析比较了它们的粘性阻力和螺旋桨桨盘面处的伴流,最后得到双尾鳍附件的最优方案。     

水下航行体尾流磁异常的计算方法

本文从磁流体动力学基本方程出发,通过对各物理量进行量级分析,导出了水下航行体诱导海流在地磁场中引起磁异常的计算公式,给出了计算方法。作为例子,对水下旋成体尾流引起磁异常的大小进行了量级估计。     

Size dependent free vibration analysis of functionally graded piezoelectric micro/nano shell based on modified couple stress theory with considering thickness stretching effect

Higher-order shear and normal deformation theory is used in this paper to account thickness stretching effect for free vibration analysis of the cylindrical micro/nano shell subjected to an applied voltage and uniform temperature rising. Size dependency is included in governing equations based on the modified couple stress theory. Hamilton's principle is used to derive governing equations of the cylindrical micro/nano shell. Solution procedure is developed using Navier technique for simply-supported boundary conditions. The numerical results are presented to investigate the effect of significant parameters such as some dimensionless geometric parameters, material properties, applied voltages and temperature rising on the free vibration responses.     

基于面元法的三维机翼数值设计

利用一种数值迭代方法设计出具有给定目标压力分布形式和环量及厚度分布的三维机翼.取一初始机翼,应用考虑尾涡衰减及卷曲的面元法计算三维机翼的流体动力性能,对机翼几何形状进行小的扰动并计算由此引起的压力变化,形成雅可比行列式,求解出几何修正因子以改变机翼几何形状,多次迭代后得到具有目标压力分布形式的机翼.再由给定的环量及厚度分布修改目标压力,重新设计机翼,最后得到符合设计要求的三维机翼.重点讨论了数值设计中尾涡模型、目标压力分布形式、几何控制点对设计结果的影响,及如何加快计算收敛.算例分析表明,设计方法收敛快速、有效可行,计及尾涡衰减及卷曲能够得到更准确的设计结果,目标压力分布形式和几何控制点的选取决定了设计机翼的光顺性.