無網(wǎng)格法河流數(shù)值模擬平面區(qū)域自動(dòng)布點(diǎn)技術(shù)

以sph算法為代表的無網(wǎng)格方法在爆轟波的數(shù)值模擬中具有明顯的優(yōu)勢(shì),采用sph算法模擬高能炸藥水下爆炸爆轟過程,得到了壓力、速度等時(shí)歷曲線.將數(shù)值模擬結(jié)果與理論和實(shí)驗(yàn)方法得到的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析,表明sph算法非常適宜處理高能炸藥水下爆炸的極短瞬時(shí)具有大變形和高度非均勻的動(dòng)力學(xué)極端情形,且求解結(jié)果已達(dá)到了較高的精度。

針對(duì)建筑物復(fù)雜外形的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),創(chuàng)建了貼體網(wǎng)格生成方法和基于同位網(wǎng)格的數(shù)值模擬算法。在通過與實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證的基礎(chǔ)上,數(shù)值模擬了不規(guī)則屋頂建筑物、大型體育館等復(fù)雜外形建筑物內(nèi)的氣流組織分布。研究結(jié)果表明:所提出的基于貼體網(wǎng)格的同位布置算法及其計(jì)算程序具有較好的通用性,能用于各種不規(guī)則幾何形狀空調(diào)建筑內(nèi)氣流組織的數(shù)值模擬研究。

采用無網(wǎng)格算法對(duì)二維非定常膛口流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬.將膛口計(jì)算域進(jìn)行點(diǎn)云離散,采用曲線擬合計(jì)算傳播導(dǎo)數(shù),用hllc格式計(jì)算數(shù)值通量,運(yùn)用龍格庫塔法時(shí)間推進(jìn),得到了一系列隨時(shí)間順序的數(shù)值計(jì)算結(jié)果,描述了膛口流場(chǎng)的形成發(fā)展過程,清楚地顯示了流場(chǎng)波系結(jié)構(gòu)的變化并對(duì)其進(jìn)行了分析.計(jì)算結(jié)果與文獻(xiàn)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符,表明該數(shù)值計(jì)算方法可行,并且具有很好的激波捕捉能力和激波分辨率.

無網(wǎng)格法是一種新興的數(shù)值計(jì)算方法,具有獨(dú)特的性質(zhì)。簡(jiǎn)述了無網(wǎng)格法的理論基礎(chǔ)及其所具有的優(yōu)勢(shì),詳細(xì)介紹了幾種常用的無網(wǎng)格算法,并以移動(dòng)最小二乘近似法為重點(diǎn),對(duì)無網(wǎng)格法中的形函數(shù)構(gòu)造作了詳細(xì)論述。最后,分析了無網(wǎng)格法在小尺度封閉空間聲場(chǎng)數(shù)值計(jì)算中的應(yīng)用。

討論組合網(wǎng)格法(compositegridmethod,cgm)在有限元程序自動(dòng)生成系統(tǒng)平臺(tái)(finiteelementprogramgenerator,fepg)上的具體實(shí)現(xiàn)。該算法在整個(gè)求解區(qū)域上采用粗細(xì)兩套網(wǎng)格求解,不要求規(guī)則網(wǎng)格和粗細(xì)兩套網(wǎng)格嵌套,兩套網(wǎng)格單獨(dú)剖分、互不影響,能處理復(fù)雜的問題。該算法用于實(shí)際工程計(jì)算的迭代次數(shù)少,與常用的有限元方法所求得的解相符合,具有更加廣泛的應(yīng)用范圍,符合科學(xué)和工程計(jì)算的實(shí)際要求。對(duì)攪拌摩擦焊接問題使用組合網(wǎng)格法進(jìn)行數(shù)值模擬,取得了理想的仿真結(jié)果。

自然單元法采用無網(wǎng)格的思想全域構(gòu)造插值函數(shù),它的求解精度高,計(jì)算時(shí)間少,可準(zhǔn)確地施加邊界條件,兼具有無網(wǎng)格法和有限單元法的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn),是一種理想的用于巖土及地下工程分析計(jì)算的數(shù)值方法。文中簡(jiǎn)要地介紹了自然單元法的基本理論,并針對(duì)巖土及地下工程問題特點(diǎn),給出了一種無網(wǎng)格離散點(diǎn)的全自動(dòng)布置方法。

提出了一種基于顆粒接觸的無網(wǎng)格方法（pcmm）,并編制了相應(yīng)的c＋＋程序,解決了有限元等網(wǎng)格類方法在模擬邊坡失穩(wěn)滑動(dòng)過程中的網(wǎng)格畸變問題。該方法利用顆粒離散元中的接觸拓?fù)鋭?chuàng)建連續(xù)介質(zhì)單元,通過顆粒的運(yùn)動(dòng)演化實(shí)現(xiàn)連續(xù)介質(zhì)單元的自動(dòng)刪除及重建,通過在連續(xù)介質(zhì)單元中引入考慮應(yīng)變軟化效應(yīng)的mohr-coulomb模型及最大拉應(yīng)力模型,實(shí)現(xiàn)邊坡的彈塑性分析及失穩(wěn)滑移過程的模擬。利用pcmm分析了均質(zhì)邊坡的彈塑性場(chǎng)、沙堆的形成過程及土質(zhì)邊坡的失穩(wěn)過程。計(jì)算結(jié)果表明,pcmm在小變形下具有足夠的精度,且在模擬材料大變形方面具有明顯優(yōu)勢(shì),是一種模擬邊坡成災(zāi)范圍的有效方法。

針對(duì)有限元法等傳統(tǒng)數(shù)值計(jì)算方法存在受單元網(wǎng)格限制、前后處理工作復(fù)雜的問題,提出應(yīng)用一種數(shù)值計(jì)算方法——無網(wǎng)格伽遼金法,對(duì)具有簡(jiǎn)單邊界條件的水利水電工程施工導(dǎo)流的恒定二維淺水流動(dòng)問題進(jìn)行了分析、計(jì)算.同時(shí)利用有限元法進(jìn)行了對(duì)比計(jì)算,從流速、水位的計(jì)算結(jié)果來看,兩種計(jì)算方法結(jié)果相近、誤差較小,表明采用無網(wǎng)格伽遼金法解決此類問題是可行的.

柵格翼是采用一種蜂房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的升力面和控制面,和傳統(tǒng)舵面相比具有鉸鏈力矩小、能在較大攻角下保持升力等特點(diǎn),并得到了越來越廣泛的應(yīng)用。由于柵格尾翼的特殊結(jié)構(gòu),網(wǎng)格生成具有很大的難度。本文采用了結(jié)構(gòu)、非結(jié)構(gòu)混合網(wǎng)格的辦法,在彈體和柵格翼的物面附近區(qū)域,生成適合粘性計(jì)算的大長(zhǎng)寬比的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格,彈體網(wǎng)格和柵格翼網(wǎng)格之間采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格進(jìn)行填充,滿足非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和結(jié)構(gòu)網(wǎng)格交接面的完全對(duì)接。本文基于結(jié)構(gòu)/非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格體系采用有限體積方法求解ns方程,對(duì)不同舵偏角下的柵格翼構(gòu)形進(jìn)行了數(shù)值模擬,并通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)數(shù)值方法進(jìn)行了驗(yàn)證。

介紹了網(wǎng)格布點(diǎn)法測(cè)量平板平面度的方法和微機(jī)主程序框圖。

基于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格對(duì)翼型表面的積冰進(jìn)行了數(shù)值模擬研究.通過求解氣體歐拉方程得到翼型的繞流流場(chǎng),使用穿透型壁面邊界模擬水滴對(duì)翼型表面的撞擊,采用迭代法對(duì)水滴控制方程進(jìn)行數(shù)值求解,得到翼型表面的水滴收集特性;采用不同的積冰凍結(jié)模型模擬霜冰和明冰的凍結(jié)過程;利用冰層時(shí)間推進(jìn)法模擬積冰過程,基于積冰法向生長(zhǎng)假設(shè)生成積冰外形.對(duì)naca0012翼型霜冰和明冰的結(jié)冰情況進(jìn)行了預(yù)測(cè)研究,通過將冰形預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比說明所提出的積冰模擬方法是有效的,最后分析了積冰對(duì)翼型氣動(dòng)特性的影響.

在建筑風(fēng)場(chǎng)的數(shù)值模擬中,當(dāng)前普遍采用的離散網(wǎng)格多是計(jì)算前一次性布置的固定網(wǎng)格,通常很難適應(yīng)實(shí)際流場(chǎng)變量的變化要求。為提高數(shù)值模擬的精度,基于結(jié)構(gòu)化同位網(wǎng)格系統(tǒng)及控制容積離散微分方程的方法,將適應(yīng)性網(wǎng)格局部加密(amr)的思想引入到采用壓力校正迭代算法的建筑風(fēng)場(chǎng)模擬中,提出了一種半自適應(yīng)的層塊網(wǎng)格加密方法。該方法可結(jié)合誤差分析對(duì)誤差較大的區(qū)域網(wǎng)格實(shí)行自動(dòng)判別并實(shí)施逐層塊狀加密。算例分析表明,該方法能在較高的效益下提高數(shù)值解的精度。

無網(wǎng)格法解土體二維固結(jié)問題——引入著名的鄧肯一張模型，對(duì)平面應(yīng)變下比奧固結(jié)問題進(jìn)行了非線性數(shù)值分析，應(yīng)用無網(wǎng)格伽遼金法推導(dǎo)出土體二維blot固結(jié)的系統(tǒng)方程并編制了相應(yīng)的無網(wǎng)格程序，最后通過一算例說明了該法的精確性和可行性?！　?/p>

采用分區(qū)拼接網(wǎng)格技術(shù),對(duì)dlr-f6機(jī)翼/機(jī)身/掛架/短艙復(fù)雜組合體進(jìn)行拼接網(wǎng)格分布。并采用mentersst湍流模型,通過求解navier-stokes方程,對(duì)該組合體外流場(chǎng)以及發(fā)動(dòng)機(jī)短艙內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行了一體化數(shù)值模擬,與相應(yīng)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分區(qū)搭接網(wǎng)格計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較與分析,驗(yàn)證了拼接網(wǎng)格技術(shù)的高效性與可靠性。同時(shí)通過分析對(duì)比不同插值方法的計(jì)算結(jié)果,研究了插值方法對(duì)拼接精度的影響;通過分析對(duì)比幾組不同的拼接網(wǎng)格算例,總結(jié)出了3個(gè)拼接網(wǎng)格的基本實(shí)施準(zhǔn)則。證明了拼接網(wǎng)格能夠大幅度減小計(jì)算網(wǎng)格數(shù)目,可以更加靈活地分布網(wǎng)格節(jié)點(diǎn),這樣既可以縮短計(jì)算時(shí)間,又可以降低對(duì)內(nèi)存的需求,提高了計(jì)算效率;同時(shí)無論整體的力系數(shù),還是局部的壓力分布流場(chǎng)細(xì)節(jié)都能夠滿足工程精度。

總面積： 總開挖量 總回填量 方格網(wǎng)邊長(zhǎng)m面積填方挖方 ahs1hs2hs3hs4hc1hc2hc3hc4h1h2h3h4m2m3m3 1108.008.008.008.005.005.0010.0010.003.003.00-2.00-2.0010090.00-40.00 20.000.000.000.0000.000.00 30.000.000.000.0000.000.00 40.000.000.000.0000.000.00 50.000.000.000.0000.000.00 60.000.000.000.0000.000.00 70.000.000.000.0000.000.00 80.000.000.000.00

總面積： 總開挖量： 總回填量： 方格網(wǎng)邊長(zhǎng)m面積填方挖方 ahs1hs2hs3hs4hc1hc2hc3hc4h1h2h3h4m2m3m3 110 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 方格網(wǎng)土方工程計(jì)算表 區(qū)號(hào) 設(shè)計(jì)標(biāo)高場(chǎng)地標(biāo)高施工高程 h1 h3 h2 a h4 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 9

本文研究了一維對(duì)流占優(yōu)擴(kuò)散方程的初邊值問題.利用特征線法與楔形基無網(wǎng)格法,獲得了特征線楔形基無網(wǎng)格顯格式與隱格式算法.數(shù)值實(shí)驗(yàn)表明算法具有精度高、計(jì)算簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn).

傳統(tǒng)的微分方程數(shù)值解方法求解對(duì)流占優(yōu)擴(kuò)散方程時(shí),往往產(chǎn)生數(shù)值震蕩現(xiàn)象,為了消除數(shù)值震蕩,本文構(gòu)建了一種新的數(shù)值求解方法――無網(wǎng)格方法進(jìn)行數(shù)值求解.該方法采用配點(diǎn)法并引入一種新的楔形基函數(shù)構(gòu)建了楔形基無網(wǎng)格方法,不需要網(wǎng)格劃分,是一種真正的無網(wǎng)格方法,可以避免因?yàn)榫W(wǎng)格劃分而影響計(jì)算效率.通過對(duì)新的楔形基函數(shù)的理論分析,證明了本文方法解的存在唯一性.最后,分別通過一維和二維的數(shù)值算例,表明該算法計(jì)算精度高,可以有效消除對(duì)流占優(yōu)引起的數(shù)值震蕩,是一種計(jì)算對(duì)流占優(yōu)擴(kuò)散方程數(shù)值解的高效方法.

基于laplace插值函數(shù)提出了一種類似于無單元伽遼金法的無網(wǎng)格方法——無網(wǎng)格自然鄰接點(diǎn)法。該方法克服了自然單元法需要全域三角形網(wǎng)格以及無單元伽遼金法難以準(zhǔn)確施加位移邊界條件和材料不連續(xù)條件、形函數(shù)的計(jì)算復(fù)雜、權(quán)函數(shù)的選擇困難等缺點(diǎn),適合于考慮多種材料、多步施工過程等復(fù)雜巖土工程的自動(dòng)數(shù)值模擬。詳細(xì)討論了這種無網(wǎng)格自然鄰接點(diǎn)法的分析過程和基本理論,給出其在桿、梁、節(jié)理單元和材料不連續(xù)面等方面的處理辦法,并用一些標(biāo)準(zhǔn)算例和實(shí)際的地下工程算例對(duì)本文方法的效率、精度和可靠性進(jìn)行了驗(yàn)證。

采用間接方法生成四邊形網(wǎng)格,首先利用改進(jìn)的兩點(diǎn)前沿推進(jìn)法把計(jì)算區(qū)域剖分成三角形網(wǎng)格,然后采用插點(diǎn)和細(xì)分的技術(shù)生成單元全部是四邊形的網(wǎng)格,通過邊互換、刪點(diǎn)和局部插點(diǎn)技術(shù)進(jìn)一步光滑平順,得到適用于數(shù)值計(jì)算的網(wǎng)格。剖分結(jié)果表明,該方法能夠在任意二維平面區(qū)域內(nèi)自動(dòng)生成全四邊形網(wǎng)格,并能生成光滑過渡的局部加密網(wǎng)格和貼體性較好的邊界層網(wǎng)格。該方法具有算法簡(jiǎn)單,計(jì)算量少的特點(diǎn)。利用所生成的網(wǎng)格對(duì)計(jì)算傳熱學(xué)中的典型算例-方腔自然對(duì)流進(jìn)行求解,計(jì)算結(jié)果與基準(zhǔn)解吻合,網(wǎng)格質(zhì)量能夠滿足數(shù)值分析計(jì)算的要求。

總面積： 總開挖量 總回填量 方格網(wǎng)邊長(zhǎng)m面積填方挖方 ahs1hs2hs3hs4hc1hc2hc3hc4h1h2h3h4m2m3m3 1200.000.000.000.000.700.261.291.48-0.70-0.26-1.29-1.484000.00-373.00 2200.000.000.000.001.291.481.332.57-1.29-1.48-1.33-2.574000.00-667.00 3200.000.000.000.001.332.570.881.84-1.33-2.57-0.88-1.844000.00-662.00 4200.000.000.000.000.881.84-0.90.48-0.88-1.

提出一種實(shí)用的插值方法,生成寧夏沙坡頭天然河道的計(jì)算網(wǎng)格,并在該網(wǎng)格上計(jì)算恒定流,發(fā)現(xiàn)與實(shí)測(cè)符合良好。