二维US-FDTD方法的数值稳定和色散分析

研究了二维US-FDTD方法的数值稳定性和数值色散特性。通过对增长因子的计算，证明了US-FDTD方法的无条件稳定性。利用增长因子的相位，推导出了US．FDTD方法的数值色散关系式。分析了US-FDTD方法的数值色散误差。数值分析表明，与ADI-FDTD方法一样，数值色散误差仍然是决定US-FDTD时间步长选取的关键因素。同时发现，数值色散受时间步长及网格大小的影响。     

关于二维ADI-FDTD方法的数值色散分析

分析比较了目前关于交替方向隐式时域有限差分法(ADI-FDTD)数值色散关系研究的几种理论,指出了其中存在的一些不足.介绍了一种相对合理的数值色散关系式,并利用牛顿迭代法对其进行全面的分析,得出了相关的结论.     

一维ADI-FDTD方法的数值色散分析

给出了交替变向隐式时域有限差分法(ADI-FDTD)的一维差分格式，利用增长矩阵推导了数值色散关系式。将其与过去研究中给出的色散关系式进行了比较。利用牛顿迭代法对其进行了全面的分析，发现了时间步长的选取与网格、色散误差的大小有一定的联系。     

超声速三维进气道内激波干扰的研究

为了为三维进气道的设计提供有用的分析数据,对高超声速和超声速来流下三维进气道内激波干扰进行了理论和数值研究。进气道模型选取"箱式"以及三面侧压进气道作为研究对象。理论分析采用了"空间降维"方法,即将进气道各个角落处的三维双楔定常激波干扰问题转换为二维非定常激波干扰问题,并利用激波动力学对其进行求解。数值验证方法利用2阶NND差分格式求解三维无粘欧拉方程,网格数量为1200多万,并采用MPI并行进行计算。该理论分析方法很好地对进气道各个角落处的激波干扰波系结构进行了判别,并得到了干扰区马赫构型三波点附近以及规则构型反射点附近的解析解,理论分析结果与数值模拟结果吻合较好。此外,针对进气道截面内各个流场区域的总压恢复系数以及压力、密度和温度进行了研究,并考虑了箱式进气道和三面侧壁压缩进气道内的流场区域的非均匀性,干扰区马赫杆后的总压损失要比其他区域高10%左右。通过研究表明,"空间降维"方法适用于进气道压缩部分,将为进气道的设计和性能评估提供一种理论分析手段。     

民用客机电磁散射特性的研究

利用数值方法对民用客机的电磁散射问题进行了研究,相比各种高频方法,应用矩量法(MOM:Moment Method)可以获得精确的数值结果。本文建立了一种幂级数形式的混合域基函数矩量法的通用公式,该混合基函数基于四边形剖分模型,对三维矢量有效地实现了降维处理,并可用来模拟民用客机的探测的散射特性。     

气动声学直接数值模拟的空间差分格式分析

流场内声波的直接数值模拟对数值格式的耗散、色散特性提出了严格要求,首先介绍了两种适于声学模拟空间差分格式——紧致差分格式与色散关系保持(DRP)格式的基本思想,然后分析了格式的色散及其与四阶龙格-库塔法结合时的耗散特性。根据Fourier误差分析和数值模拟发现:无论从格式可有效求解的波数范围还是从与龙格-库塔时间推进结合后的耗散特性来看六阶紧致格式的可有效求解范围要大于DRP格式;不过,数值计算表明紧致格式的计算量远远超过DRP格式,对计算机资源提出了较高的要求。      

考夫曼离子推力器放电室数值模拟研究综述及展望

首先分析了影响考夫曼离子推力器放电性能的关键因素,然后按照仿真模型的维度对考夫曼离子推力器放电室数值模拟方法进行了分类综述和优缺点分析,并针对以流体方法为基础的各向异性界面问题进行了分析。在此基础上,概述了零维模型、二维模型和三维模型下针对放电室所取得的数值模拟研究结果。最后对考夫曼离子推力器放电室数值模拟研究进行了总结及展望。     

三维进气道粘性流场数值模拟

对三维进气道流场进行了数值模拟，将三维进口激波系的数值模拟结果与二维模拟及激波理论估算值进行了对比。说明可以用现有的计算方法对三维进口波系进行评估。对三维进气道内管道流场的模拟由于受诸多因素的影响，与试验结果相比会有一定差别，本文对此进行了分析。同时对计算的边界条件及收敛特性也进行了分析。     

摆线桨非定常动态失速的三维效应

对摆线桨三维全尺寸模型进行了非定常数值模拟。验证了两种嵌套网格方法的可靠性与适用性,针对二维/三维情况下摆线桨非定常涡流动特性及诱导分离特性开展了数值分析,重点研究了展向气动力随方位角的分布与全局流场的诱导速度分布,并分析了尾迹捕捉精度与涡量耗散特征。结果表明:受摆线桨切向速度、展向诱导速度等三维效应影响,两种计算结果的瞬态气动力极值差值达到44%。三维动态失速涡的产生、脱落与再附明显弱于二维翼型情况,这对于摆线桨非定常气动特性有较大影响。      

用于气动声学计算的非均匀网格紧致差分格式

为克服传统紧致差分格式在数值求解非均匀网格问题时产生的寄生波,构造了一种新的高精度紧致差分格式.通过泰勒展开分析方法,详细给出了格式系数的通用形式;利用傅里叶分析方法,分析了数值耗散、色散误差.以3对角6阶精度紧致差分格式求解均匀扰动网格问题为例,计算表明:色散值和耗散值随扰动因子的增加而更加趋近于精确值;当扰动因子大于0.213时,格式不稳定,当扰动因子小于等于0.213时,格式渐近稳定;对一维对流波和二维波传播的模拟计算所得数值解与精确解吻合,体现了该格式在求解非均匀网格问题时的优越性.      

三维坑湍流分离流动的粘流／无粘流干扰计算

本文对坑的三维分离流动做了低速粘流与无粘流的相互作用计算。对三维边界层反方法进行了分析和讨论。用数值试验的方法验证了在H和α作为已知量的情况下,三维边界层反方法的积分方程是双曲型的,并提出了一种近似数值特征线法进行求解。无粘流采用低速位流面元法。计算表明所用方法可计算出三维效应很强(即横向变化很大)的三维边界层分离流动。     

IN 738LC材料Chaboche热粘塑性本构模型的隐式Euler格式

为了提高Chaboche模型的数值积分效率,推导了该模型的Eu ler隐式积分格式,针对IN 738LC材料,将该积分格式编写成FORTRAN程序,利用通用有限元分析软件M arc的用户子程序接口HYPELA 2,将该隐式积分格式与有限单元法结合起来。对实验进行了数值模拟,并将隐式算法和显式算法与实验结果作了对比,结果发现隐式算法是合理的,比显式算法收敛性要好。      

Numerical simulation of a flow around airfoil using inviscid gas equations

A method for determining a field of inviscid gas equation application in finding the aerodynamic characteristics of bodies is proposed; as an example, use is made of airfoils for which extensive experimental data are available. The comparative analysis of physical and numerical simulation results showed a good verification of the method presented.     

空间柔性网—膜结构分析的数学规划算法

 提出了以参数变分原理为基础的数学规划算法, 以计算分析太空用品中网- 膜结构起皱现象。针对网状柔性结构分析, 算法的原理是将结构化成多个具有一定非线性本构关系的杆单元, 并在此基础上进行杆系结构非线性分析的规划算法构造, 可以较好地模拟网状柔性结构的起皱性质。而对于一般的膜结构, 则构造了用于直接分析的膜单元相对应的本构模型, 并在此基础上构造问题的求解算法。不同于常规的数值计算方法, 提出的算法不依赖于应力的迭代过程。参数变分原理和数学规划算法的应用, 使本算法可以很有效地分析预测网- 膜起皱的区域、模式和应力分布, 从而为解决网- 膜结构起皱问题提供依据。给出的数值算例说明了方法正确与有效性。     

用边界元-数学规划法解弹塑性接触问题

 本文基于塑性增量理论导出一种不显含应变的矩阵增量物理关系及平面应变问题σ_z的表达式,提出解决无摩擦弹塑性接触问题的边界元-数学规划法。据此编写了用边界元法解二维问题的通用程序,并用之解算了两圆柱体的弹性和弹塑性接触问题,将数值解与现有结果进行了比较。     

EDM电磁信号法放电位置检测一维薄壁模型仿真

从理论分析入手，阐述了电火花加工 (EDM)中电磁信号法放电位置检测的基本原理。结合电路理论、电磁场理论及传感器的原理，建立了一维放电位置与霍尔效应传感器输出之间的理论关系，并在此基础上进行了数值仿真。     

柔性支承浮环柱面气膜密封准动态特性分析

通过对柔性支承浮环柱面气膜密封系统工况特点和工作原理的研究,分析了该密封系统的设计分析要点;提出该密封系统的准动态特性计算分析方法,建立了基于旋转坐标系的系统稳态工作特性的数值计算模型;采用有限元法实现了密封气膜力学特性和密封稳态特性的计算仿真.计算得到了反转轴间柔性支承浮环柱面气膜密封系统的主要密封特性参数随膜厚变化的特性曲线,为密封系统设计提供了理论基础.      

管内流体的振荡传热分析

流体在管内的轴向振荡运动可以明显地增强热、质的传输能力。有关的传质研究开展较早,传热方面的研究正在日益受到重视,振荡流体的传热实验和理论分析已取得了初步成果。本文采用数值分析方法求解长圆管中振荡流体的速度和温度分布,并在此基础上计算流体的轴向传热热流。计算结果可用有效导温系数a_e表示为: a_e/a=F(W_om,ΔS/R,Pr) 的函数形式。计算与实验数据和理论分析解的比较表明,它们是基本符合的。      

固体火箭发动机的声学分析及燃烧稳定性预估

提出一种预估固体火箭发动机燃烧稳定性的方法。文中着重研究了燃烧室内腔声场的有限元数值分析问题,并应用声学有限元素法对一个二维轴对称装药发动机燃烧室内腔进行了固有频率及固有振型计算。随后,在声学分析的基础上对该发动机做了燃烧稳定性预估。其结果与多次试车的结果一致。最后还就声学分析的验证,减少机时和内存,微粒尺寸的确定,预估方法及计算程序的通用性等问题进行了讨论。     

幂硬化材料平面应力裂纹稳定扩展的有限元模拟

对幂硬化材料中平面应力Ⅰ型裂纹的稳定扩展进行了有限元模拟。计算中采用了逐步释放裂尖节点力法和子结构方法并配合裂尖附近高密度的网格划分,获得了有关裂尖应力变形场、塑性区尺寸、裂纹开口位移、裂纹扩展阻力等大量资料。计算结果还证实了部分已有的裂尖场渐近解。