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基于点基局部光滑点插值法的结构动力分析 被引量：2
1
作者 张桂勇 鲁欢 +2 位作者 王海英 于大鹏 孙铁志 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2018年第17期241-248,共8页
针对传统有限元法采用线性三角形单元刚度过硬、计算的固有频率值较大,四边形单元对复杂构件不能自动剖分,点基光滑点插值法刚度过软、会导致计算动力问题失败以及求解固有频率值过低的问题,提出了点基局部光滑点插值法(NPS-PIM)。该方... 针对传统有限元法采用线性三角形单元刚度过硬、计算的固有频率值较大,四边形单元对复杂构件不能自动剖分,点基光滑点插值法刚度过软、会导致计算动力问题失败以及求解固有频率值过低的问题,提出了点基局部光滑点插值法(NPS-PIM)。该方法将有限元与点基光滑点插值法结合,对背景网格基础上形成的点基光滑域剖分、进行局部应变光滑,计算结构的动力问题。研究发现,该方法克服了点基光滑点插值法的时间不稳定性和求解固有频率值过低的缺陷;在采用同样线性三角形单元网格对问题域进行离散的情况下,计算得到的固有频率较传统有限元法有明显提高。该方法简便实用、易于实现,具有较好的工程应用前景。 展开更多
关键词 动力响应 有限元 点基光滑点插值法 局部应变光滑
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回转体高速倾斜入水的流场特性及结构响应 被引量：12
2
作者 高英杰 孙铁志 +3 位作者 张桂勇 尤天庆 殷志宏 宗智 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第12期98-110,共13页
回转体高速入水过程涉及液体和固体的耦合作用,是一个复杂的非线性、非定常过程。为研究回转体高速入水的结构动响应及流场演变规律,本文中基于STAR-CCM+和ABAQUS平台,建立了回转体高速入水的双向流固耦合数值模型,开展了不同入水速度... 回转体高速入水过程涉及液体和固体的耦合作用,是一个复杂的非线性、非定常过程。为研究回转体高速入水的结构动响应及流场演变规律,本文中基于STAR-CCM+和ABAQUS平台,建立了回转体高速入水的双向流固耦合数值模型,开展了不同入水速度的回转体高速倾斜入水流固耦合数值计算。结果表明:数值计算的入水速度、位移曲线和空泡形态与实验结果良好吻合,验证了流固耦合方法的有效性;回转体倾斜高速入水的载荷先集中在触水部分边缘处,后集中于回转体底部中心处;流固耦合方法的入水冲击载荷峰值小于刚体的,弹性回转体的载荷曲线产生明显波动;撞水阶段,回转体空泡呈现不对称形态,随着入水加深,空泡不对称性变弱;入水速度60 m/s下,空泡发生表面闭合,回转体入水初速度越快,空泡表面闭合越晚;冲击载荷与入水速度有关,入水速度越大,峰值出现越早,震荡越明显,速度超过100 m/s时,回转体产生塑性形变。 展开更多
关键词 回转体 高速入水 流固耦合 流场 载荷
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海洋立管涡激损伤分析的虚拟激励法概述 被引量：2
3
作者 宗智 吴锋 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2017年第1期60-66,共7页
立管是连接海底钻井和海上平台的重要系统.涡激振动是造成立管疲劳损伤的主要因素.受海流的随机作用,立管涡激振动表现出不确定性,对这种随机振动进行快速有效地分析,对于立管的工程设计具有非常重要的意义.考虑随机激励作用,要比确定... 立管是连接海底钻井和海上平台的重要系统.涡激振动是造成立管疲劳损伤的主要因素.受海流的随机作用,立管涡激振动表现出不确定性,对这种随机振动进行快速有效地分析,对于立管的工程设计具有非常重要的意义.考虑随机激励作用,要比确定性激励困难得多,虚拟激励法对于克服这种困难具有很好的效果.近年来,应用虚拟激励法分析立管的涡激损伤问题,取得一些成果,该文对此作一概略的叙述. 展开更多
关键词 海洋立管 涡激振动 疲劳损伤 随机振动 虚拟激励法
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基于WCSPH-SPIM流固耦合模型的弹性体入水模拟 被引量：3
4
作者 施书文 张桂勇 +1 位作者 王双强 胡泰安 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2020年第18期103-108,共6页
对于入水砰击这类强非线性问题,运用网格方法不可避免会发生网格畸变、自由液面捕捉不准确等问题,而拉格朗日型无网格方法在处理该类问题时展现出很强的优越性。针对这一特点,采用两种无网格方法分别作为流体与固体求解器、建立流固耦... 对于入水砰击这类强非线性问题,运用网格方法不可避免会发生网格畸变、自由液面捕捉不准确等问题,而拉格朗日型无网格方法在处理该类问题时展现出很强的优越性。针对这一特点,采用两种无网格方法分别作为流体与固体求解器、建立流固耦合模型模拟入水问题;在通过刚性体入水问题对弱可压光滑粒子水动力法(WCSPH)进行验证之后,采用新提出的弱可压光滑粒子水动力与光滑点插值(SPIM)流固耦合方法(WCSPH-SPIM)分别对弹性体低速和高速入水问题进行了计算。结果显示关键点处变形与压力随时间的变化情况都与试验值或半解析解吻合良好,证明了该方法对模拟弹性体入水问题的有效性。 展开更多
关键词 弱可压光滑粒子水动力法(WCSPH) 光滑点插值方法(SPIM) 流固耦合(FSI) 入水
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应用混合单元基光滑点插值法的声固耦合分析 被引量：1
5
作者 陈泽聪 陈毓珍 +2 位作者 何智成 张桂勇 王海英 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2019年第8期238-245,共8页
基于有限元法的声固耦合计算模型由于刚度过硬,频率增高时计算结果容易出现较大的色散误差。为提高计算精度,提出将采用梯度光滑技术的混合单元基光滑点插值法(CSαPIM)应用于三维声学模拟,通过与边基光滑有限元(ESFEM)的二维板单元结合... 基于有限元法的声固耦合计算模型由于刚度过硬,频率增高时计算结果容易出现较大的色散误差。为提高计算精度,提出将采用梯度光滑技术的混合单元基光滑点插值法(CSαPIM)应用于三维声学模拟,通过与边基光滑有限元(ESFEM)的二维板单元结合,对结构声振耦合系统进行模态和频率响应分析。结果表明梯度光滑可以有效软化系统刚度,提供更加准确的计算结果;同时,新方法采用三角形和四面体单元来分别离散结构域和声学域,对任意几何形状具有普遍适应性,可以减少复杂模型的前处理时间,具有很好的工程应用前景。 展开更多
关键词 光滑点插值法 声固耦合 系统刚度
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光滑点插值法应用于流固耦合的比较研究 被引量：1
6
作者 黄硕 王双强 +1 位作者 王鹏 张桂勇 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期1645-1654,共10页
针对传统有限元法(FEM)固体模型刚度过硬导致低阶单元求解精度较低的问题,采用光滑点插值方法(S-PIM).S-PIM得益于梯度光滑技术能软化固体模型刚度,基于容易剖分的线性背景网格能改善固体求解精度.采用不同的光滑域构建方式可以得到不... 针对传统有限元法(FEM)固体模型刚度过硬导致低阶单元求解精度较低的问题,采用光滑点插值方法(S-PIM).S-PIM得益于梯度光滑技术能软化固体模型刚度,基于容易剖分的线性背景网格能改善固体求解精度.采用不同的光滑域构建方式可以得到不同的固体求解器,从而在不同程度上提高计算精度.本研究以浸没光滑点插值法(IS-PIM)为基础,在流固耦合(FSI)模型中采用较成熟的半隐式特征分离法(CBS)作为流体求解器,分别采用有限元法、边基光滑点插值方法(ES-PIM)以及点基局部光滑点插值方法(NPS-PIM)作为固体求解器,比较不同固体求解器条件下的计算精度和效率.结果表明,与边基光滑点插值方法和有限元法相比,在流固耦合模型中采用点基局部光滑点插值法可以得到更准确的固体模型刚度,也更有利于计算精度和计算效率的提高. 展开更多
关键词 浸没方法 流固耦合 有限元法 光滑点插值方法 计算效率
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回转体倾斜入水空泡试验及六自由度数值计算研究 被引量：3
7
作者 侯昭 孙铁志 +1 位作者 张桂勇 宗智 《宇航总体技术》 2017年第4期38-45,共8页
为研究回转体倾斜入水空泡及参数变化,基于低速入水试验装置和CFD软件对该问题进行了试验和数值仿真研究。通过试验对回转体倾斜入水的空泡演变进行研究,得到了不同时刻空泡形态图。数值计算选用基于N-S方程的雷诺平均(RANS)方法和基于k... 为研究回转体倾斜入水空泡及参数变化,基于低速入水试验装置和CFD软件对该问题进行了试验和数值仿真研究。通过试验对回转体倾斜入水的空泡演变进行研究,得到了不同时刻空泡形态图。数值计算选用基于N-S方程的雷诺平均(RANS)方法和基于k-ω的SST二方程湍流模型,建立了六自由度数值仿真方法。结果表明:数值计算得到的空泡形态与试验结果一致性较好,依次经历了撞击水面、空泡形成、颈缩、空泡断裂、空泡闭合、表面紊乱和空泡溃灭的过程。进一步分析发现速度、加速度和压力均在入水瞬间和空泡断裂时刻发生波动;偏转角度在回转体尾部刺穿空泡后增幅明显;随着入水角度增加,入水瞬间速度衰减加快、压力峰值增加,峰值出现越早,空泡闭合越难。 展开更多
关键词 倾斜入水 数值计算 六自由度 弹道
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基于改进MPS方法的三维时域水弹性计算模型
8
作者 孙哲 尹恒辉 +1 位作者 张桂勇 宗智 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2019年第8期948-956,共9页
本文在作者已有的二维改进MPS(Moving Particle Semi-implicit)方法基础上进行了三维拓展(主要包括三维自由面粒子判断),并通过将计算得到的三维溃坝问题结果与文献中实验结果相对比,验证了所发展模型的准确性。在结构响应计算方面,将... 本文在作者已有的二维改进MPS(Moving Particle Semi-implicit)方法基础上进行了三维拓展(主要包括三维自由面粒子判断),并通过将计算得到的三维溃坝问题结果与文献中实验结果相对比,验证了所发展模型的准确性。在结构响应计算方面,将刚性和柔性模态耦合并计及相互影响。在此基础上,将流体和结构部分通过迭代方式耦合,从而实现强流固耦合计算。最后,应用上述模型对涉及大刚体位移叠加弹性变形的三维方梁的强非线性时域水弹性问题进行了计算,验证了模型对此类问题的有效性。 展开更多
关键词 MPS方法 流固耦合 时域计算 水弹性 计算流体力学
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基于一方程转捩模型的狭缝冲击射流传热数值模拟
9
作者 黄华坤 张桂勇 +1 位作者 孙铁志 宗智 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2019年第2期144-149,共6页
[目的]由于冲击射流现象涉及层流—湍流转捩、极强的逆压梯度和分离流问题,导致传统湍流模型无法对其准确预测。为了研究湍流模型在多种条件下的鲁棒性,[方法]采用基于转捩机理的一方程转捩模型,预测以局部努塞尔数(Nu)来衡量的狭缝冲... [目的]由于冲击射流现象涉及层流—湍流转捩、极强的逆压梯度和分离流问题,导致传统湍流模型无法对其准确预测。为了研究湍流模型在多种条件下的鲁棒性,[方法]采用基于转捩机理的一方程转捩模型,预测以局部努塞尔数(Nu)来衡量的狭缝冲击射流的传热特征。在冲击距离范围为4≤H/B≤9.2时,对稳态和脉动冲击射流传热问题进行研究。[结果]结果表明,在H/B=4时,一方程转捩模型准确地捕捉了受转捩影响的局部努塞尔数第2峰值的大小和位置;在H/B=9.2时,该模型避免了大多数传统雷诺时均模型(RANS)中出现的假第2峰值,获得了更符合实验结果的传热分布规律。[结论]在较大的H/B范围内,一方程转捩模型能够准确预测狭缝冲击射流的传热分布,表现出良好的鲁棒性。 展开更多
关键词 冲击射流 努塞尔数 鲁棒性 传热 转捩模型
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基于消涡整流片的潜艇伴流场优化
10
作者 吴桂彬 张桂勇 +1 位作者 孙铁志 肖启航 《华中科技大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期67-73,共7页
针对潜艇主附体交界处产生的马蹄涡对尾部伴流场的不均匀性有强烈影响,导致潜艇螺旋桨产生振动和噪音的问题,基于数值模拟方法,以SUBOFF潜艇模型作为研究对象,重点分析了不同安装位置及尺寸的消涡整流片对马蹄涡的抑制效果.对于只带围... 针对潜艇主附体交界处产生的马蹄涡对尾部伴流场的不均匀性有强烈影响,导致潜艇螺旋桨产生振动和噪音的问题,基于数值模拟方法,以SUBOFF潜艇模型作为研究对象,重点分析了不同安装位置及尺寸的消涡整流片对马蹄涡的抑制效果.对于只带围壳的潜艇模型(AFF-2),当整流片的长度为100 mm且高度为25 mm时,整流效果较好.将设计的整流片方案应用于全附体潜艇模型(AFF-8),使得尾部桨盘面伴流不均匀性降低25%~80%,说明整流片的安装位置和结构尺寸是影响尾部伴流场不均匀度的主要因素. 展开更多
关键词 潜艇 马蹄涡 数值模拟 消涡整流片 伴流不均匀度
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