SPH算法在超高速碰撞数值模拟中的应用

采用大型动力学软件Ls-dyna中的SPH求解器,对球形弹丸超高速碰撞靶板的过程进行数值模拟。给出由于碰撞速度不同,而引起的不同的碎片云图像,以及不同的靶板破碎孔的尺寸。同时模拟了入射角度不同,而得到不同的超高速碰撞物理过程。初步分析结果表明数值模拟结果是合理的,较清晰地模拟了超高速碰撞下碎片云的生成、膨胀过程。另外,通过数值模拟结果与实验结果的比较分析,表明SPH方法得到的结果能描述相应的超高速碰撞现象。所以采用SPH算法针对超高速碰撞物理过程进行数值模拟是可行的。     

三维高超音速复杂流场的分区数值计算

基于拼接网格系统 ,推导了一种适用于高超音速复杂流场分区数值计算的区域边界格式 ,通过区域边界格式对区域边界上的通量进行守恒性处理 ;在此基础上 ,发展了一个高超音速复杂流场分区算法。对高超音速粘性绕流流场进行了分区数值模拟 ,取得了较好的结果。     

SPH的两种并行计算方案及其在自由表面流动模拟中的应用

针对光滑粒子动力学(SPH)主要计算量是近邻粒子搜索这一特点,提出了一种基于粒子分解的SPH并行计算方案。利用该方案可以方便的将任意串行SPH代码并行计算,而且每一个时间步内的信息传递量只和粒子总数有关,而和粒子的分布无关,因而特别适合于自由表面流动等大变形问题的并行数值模拟。对一个粒子总数为40万的三维溃坝问题的模拟结果表明,此方案能达到的最大加速比约为16,这一结果可能比空间分解方案(不考虑动态负载均衡)更优。     

超高速碰撞形成一次碎片云特性

对超高速碰撞数值模拟方法进行了讨论.采用ANSYS/AUTODYN程序的SPH方法,对球形弹丸超高速撞击时弹丸的破碎、碎片云的形成及扩展过程进行数值模拟,其结果与实验结果进行比较,并验证了计算方法和模型参数的正确性.在此基础上采用数值模拟方法,对钨合金、轧制均质装甲及LY12铝三种材料的球形弹丸超高速撞击靶板之后形成的一次碎片云形貌及演化规律进行了研究,并基于量纲分析方法得出了碎片云特征参数(碎片云头部速度、径向最大膨胀速度及膨胀角)随初始撞击条件的变化规律。     

Rayleigh-Taylor不稳定性的SPH模拟

采用SPH方法模拟了流体界面的Rayleigh Taylor不稳定性,给出了界面初始扰动的发展过程,得到了蘑菇状的扰动图像,并对两种不同初始分布的扰动过程进行了比较。分析表明,计算结果合理,SPH方法适合于界面不稳定性的模拟。     

基于FEM/SPH算法的弹丸侵彻土体数值模拟

基于有限元法(FEM)和光滑粒子流体动力学(SPH)结合的算法,用数值模拟了钢质弹丸对钢筒约束土体的侵彻过程。基于ANSYS/LS-DYNA显式动力分析和LS-PrePost后处理软件,形象再现了钢质弹丸冲击作用下土体飞溅形成漏斗坑和直线通道的物理过程。侵彻深度计算结果与实验数据吻合较好,钢质弹丸的速度和加速度时程曲线图与理论分析一致,体现了FEM/SPH算法的精确性。研究结果表明FEM/SPH算法在模拟侵彻土体方面具有可行性和有效性。     

不同边界条件下水下爆炸气泡的数值模拟

采用有限元程序MSC.Dytran对不同边界条件下水下爆炸气泡的脉动过程进行了数值模拟。对数值模拟中的一些重要问题,如炸药药包的建模、网格密度、状态方程和静压力场的设定等问题进行了探讨。对无限水域中的水下爆炸气泡以及自由面边界、水平刚性面边界和垂直刚性面边界三种边界条件下的水下爆炸气泡进行了数值模拟,分析了水下爆炸气泡的半径、外形变化、气泡脉动压力、流场中的速度分布,结果发现边界的存在对气泡外形的影响较大,刚性边界面会使气泡脉动压力增大较多,而自由面边界对气泡脉动压力的影响较小。将数值模拟的结果与理论模型、经验公式和试验结果进行了比较分析,结果吻合较好。     

空泡螺旋桨在任意形状船体上诱导的脉动压力数值预报方法研究

研究了空泡螺旋桨在任意形状船体上诱导的脉动压力的一种数值预报方法 .该方法采取了在船体表面布置偶极子的办法 ,取代了传统的固壁因子 .对放置在自由表面上的平板船体模型进行了计算 ,并将计算结果同理论估算方法的结果进行了比较 ,说明本计算方法是可行的     

低雷诺数壁面约束流动皮托管测速误差分析与校正

针对低雷诺数壁面约束流动中皮托管测速误差产生的两大主要影响因素——剪切速度与近壁效应,采用计算流体力学技术分别对其进行数值模拟,并研究各自引起的误差变化规律。数值模拟结果表明:虽然剪切速度引起的流线偏移规律与相关文献结论基本一致,但是数值结果预测的流线偏移量并不是一个渐近函数;近壁距离在5倍管径即出现较为明显的测量误差,并且发现近壁距离在1倍管径处出现误差的非单调性变化。最后通过将数值模拟结果与现有的修正方法进行对比,提出了更为合理的修正方程。     

逃逸飞行器喷流干扰流场的分区数值模拟

基于拼接网格系统 ,应用三维区域边界格式 ;通过区域边界格式对区域边界上的通量进行守恒性处理 ,发展了一个超音速复杂流场分区算法 ;对不同攻角下的逃逸飞行器喷流干扰流场进行了分区数值模拟 ,取得了较好的结果     

An efficient SPH methodology for modelling mechanical characteristics of particulate composites

Particulate composites are one of the widely used materials in producing numerous state-of-the-art components in biomedical, automobile, aerospace including defence technology. Variety of modelling techniques have been adopted in the past to model mechanical behaviour of particulate composites. Due to their favourable properties, particle-based methods provide a convenient platform to model failure or fracture of these composites. Smooth particle hydrodynamics (SPH) is one of such methods which demonstrate excellent potential for modelling failure or fracture of particulate composites in a Lagrangian setting. One of the major challenges in using SPH method for modelling composite materials depends on accurate and efficient way to treat interface and boundary conditions. In this paper, a master-slave method based multi-freedom constraints is proposed to impose essential boundary conditions and interfacial displacement constraints in modelling mechanical behaviour of composite materials using SPH method. The proposed methodology enforces the above constraints more accurately and requires only smaller condition number for system stiffness matrix than the procedures based on typical penalty function approach. A minimum cut-off value-based error criteria is employed to improve the compu-tational efficiency of the proposed methodology. In addition, the proposed method is further enhanced by adopting a modified numerical interpolation scheme along the boundary to increase the accuracy and computational efficiency. The numerical examples demonstrate that the proposed master-slave approach yields better accuracy in enforcing displacement constraints and requires approximately the same computational time as that of penalty method.     

改进的接触算法及其在光滑粒子流体动力学中的应用

采用以黎曼解描述粒子间相互作用的接触算法,模拟一维情况下包含间断的流场。在弱间断的条件下,采用弱波近似的黎曼解来描述粒子间的相互作用;在强间断的条件下,则引入非迭代黎曼解来描述粒子间的相互作用。并引入Taylor展开思想,提高了接触算法在自由边界的计算精度。该算法无需引入人为粘性,程序结构简洁。数值计算表明,改进后的接触算法能很好地描述强间断,并有效改善了原始接触算法在自由面的计算缺陷。     

Characteristics structure analysis on debris cloud in the hypervelocity impact of disk projectile on thin plate

In this paper, the gauge points setting is introduced in the SPH simulation to analyze the debris cloud structure generated by the hypervelocity impact of disk projectile on thin plate. Compared with the experiments, more detailed information of the debris cloud structure can be classified from the numerical simulation. However, due to the solitary dispersion and overlap display of the particles in the SPH simulation, accurate comparison between numerical and experimental results is difficult to be performed. To track the velocity and spatial distribution of the particles in the debris cloud induced from disk and plate, gauge points are locally set in the single-layer profile in the SPH model. By analyzing the gauge points’ spatial coordinate and velocity, the location and velocity of characteristic points in the debris cloud are determined. The boundary of debris cloud is achieved, as well as the fragments distribution outside the main structure of debris cloud.     

FDTD 中微带线激励源分析

FDTD已广泛应用于微带问题的计算 ,本文在分析各种微带线馈电激励设置方式的基础上提出了一种新的激励设置方式 ,本方法不仅能计算Gaussian脉冲激励 ,也能计算正弦波激励。计算过程中 ,源平面无需切换成吸收边界。由于场区的划分使反射场自然从总场区分离出来。     

边界元角点问题的重节点法分析

应用重节点法处理三维弹性力学角节点问题,采用等参变换插值逼近的方法离散边界积分方程,解决了由于角节点表面力不连续带来的方程求解困难问题。算例分析结果表明,该方法具有操作简单,计算方便,求解结果满足计算精度的要求等优点,尤其在角点存在应力集中场合更具优越性。     

环肋圆柱壳模型在水下爆炸响应试验中的边界条件

为验证试验研究中环肋圆柱壳模型的边界条件,运用大型商业有限元程序MSC.DYTRAN分别设置3种边界条件,对试验过程进行了数值仿真研究。壳体塑性变形的仿真过程显示,迎爆面中部首先变形,随后侧爆面和背爆面相继变形,壳体最终形成数个凸凹相间的轴向凹凸带,最大塑性变形发生在迎爆面中心肋位。壳体塑性变形的仿真计算结果与试验结果的对比结果表明:固支边界条件符合试验实际情况。该结论适用于试验研究中模型边界条件的确立。     

基于混合变量传递函数方法的圆柱壳屈曲分析

提出了一种分析正交各向异性圆柱壳和阶梯圆柱壳稳定性问题的混合变量传递函数方法。首先在壳体环向利用三角级数对位移变量进行展开 ,利用Fl櫣ｇｇｅ薄壳理论和变分原理 ,建立圆柱壳的平衡方程 ,找出对偶力变量 ,将平衡方程写成混合变量形式 ;通过定义混合状态变量 ,建立了系统的状态空间方程 ;然后利用传递函数方法 ,得到了具有任何轴对称边界条件轴压圆柱壳屈曲问题的解析解 ;最后通过位移连续和力平衡条件 ,得到了阶梯圆柱壳屈曲问题的解。理论解推导过程表明此方法在引入边界条件和进行阶梯圆柱壳求解时非常方便。算例分析的结果验证了本方法的正确性     

边界扫描测试的数学描述模型

IEEE1149.1边界扫描机制是一种新型的VLSI电路测试及可测试性设计的有效方法,为了高效地应用边界扫描机制对电路系统进行测试,必须对其所涉及的理论方法进行深入探讨。本文应用布尔矩阵理论建立起边界扫描测试的数学描述模型,并基于所建立的模型导出了边界扫描测试中的故障检测条件和故障隔离条件。为边界扫描测试生成算法的深入研究奠定了理论基础。