ALE有限元方法研究及应用_岳宝增

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基于ALE有限元法的流固耦合强耦合数值模拟

基于ALE有限元法的流固耦合强耦合数值模拟

基于ALE有限元法的流固耦合强耦合数值模拟何涛【摘要】针对不同流固耦合问题,提出一种基于任意拉格朗日--欧拉(ALE)有限元技术的分区强耦合算法.运用半隐式特征线分裂算法求解ALE描述下的不可压缩黏性流体Navier-Stokes方程.分别考虑一般平面运动刚体和几何非线性固体,采用复合隐式时间积分法推进结构运动方程,故可选用较大时间步长;进一步应用单元型光滑有限元法求解几何非线性固体大变形,获得更精确结构解且不影响计算效率.运用子块移动技术结合正交--半扭转弹簧近似法高效更新流体动网格;同时将一质量源项引入压力泊松方程满足几何守恒律,无需复杂构造网格速度差分格式.采用简单高效的固定点法配合Aitken动态松弛技术实现各场耦合,可灵活选择先进单场求解技术,具备较好程序模块性.运用本文算法分别模拟了H型桥梁截面颤振问题和均匀管道流内节气阀涡激振动问题.研究表明,数值结果与已有文献数据吻合,计算精度和求解效率均令人满意.%In this paper a partitioned strong coupling algorithm is proposed for the numerical resolution of different fluid-structure interaction(FSI)problems within the arbitrary Lagrangian-Eulerian finite element framework.The incom-pressible viscous Navier-Stokes equations are solved by the semi-implicit characteristic-based split(CBS)scheme. Both the generalized rigid-body motion and the geometrically nonlinear solid are taken into account. The resultant equations governing the structural motions are advanced in time by the composite implicit time integration scheme that allows for a larger time step size. In particular,the celled-based smoothed finite element method is adopted for the more accurate solution of the nonlinear elastic solid without compromising the numericalefficiency. The moving submesh approach in conjunction with the ortho-semi-torsional spring analogy method is used to efficiently update the dynamic mesh within the fluid domain. A mass source term(MST)is implanted into the pressure Poisson equation in the second step of the CBS scheme in order to respect the so-called geometric conservation law. Given the CBS scheme,the MST releases the requirement on the differencing scheme of the mesh velocity. The partitioned iterative solution is easily achieved via the fixed-point method with Aitken's?2accelerator. The proposed methodology is in possession of both the flexibility of coupling individual fields and the program modularity. The flutter of an H-profile bridge deck and vortex-induced vibra-tions of a restrictor flap in a uniform channel flow are numerically simulated by means of the developed partitioned strong coupling algorithm. The numerical results are in good agreement with the available data,and demonstrate the desirably computational accuracy and numerical efficiency.【期刊名称】《力学学报》【年(卷),期】2018(050)002【总页数】10页(P395-404)【关键词】流固耦合;有限元法;任意拉格朗日--欧拉;强耦合【作者】何涛【作者单位】上海师范大学建筑工程学院,上海201418;英国伯明翰大学工程学院,伯明翰B15 2TT, 英国【正文语种】中文【中图分类】O357.1引言流固耦合广泛存在于土木工程、机械工程、海洋工程、航空航天工程和生物医学工程等众多工程领域[1-9].以土木工程为例,超高层建筑、高耸结构、空间结构、大跨桥梁及长径线缆等钝体结构在强风作用下风致振动是典型流固耦合现象.此类结构具有质量轻、柔性大、阻尼小和自振频率低等特点,流固耦合效应突出,风损风毁现象已屡见不鲜.例如,1940年11月7日美国华盛顿州塔科马窄桥在较低风速(约为设计风速的50%)下发生颤振失稳、进而垮塌.因此,准确考虑流固耦合作用对保障工程结构安全意义重大.由于两相介质在交界面处存在耦合作用,一方变化会激发另一方的强烈响应,故解析求解流固耦合异常困难,目前多需依赖数值计算.流固耦合数值仿真已成为当前工程计算与设计中的重要需求,引起学者和工程师的广泛关注.一般而言,分区弱耦合算法效率较高,常用于气动弹性问题[6].然而,分区弱耦合算法难以克服强附加质量效应,易导致数值失稳,故多用于高质量比刚体流致振动[10].对于低质量比、大位移或柔性体等复杂情形,可采用分区强耦合算法进行求解.分区强耦合算法在每时间步内依次迭代计算各单场方程直至收敛,具备良好的物理守恒性和程序模块性[11],因而备受青睐.其中,固定点法是一种广泛运用的强耦合方法.Le Tallec和Mouro[12]提出了固定点法的预条件最速下降松弛技术,兼具数值稳定与能量守恒,已用于复杂工业问题.Küttler和Wall[13]根据界面位移构造Aitken动态松弛因子加速固定点迭代,极大扩展了该技术的应用范围.Bai等[14]利用ANSYS-CFX软件实施固定点迭代计算湍流下三维桥梁断面颤振问题.由于优化了网格运动,该方案具有工程应用潜力.Sun等[15]也基于分区强耦合的模块化优势,运用商业软件计算桥梁结构风致振动问题.笔者及其合作者提出新型混合界面耦合条件,采用固定点法数值模拟各类钝体流致振动问题[16-18].有关流固耦合数值方法的最新研究进展可参考文献[19].需指出,笔者提出一种部分强耦合迭代算法,进一步提升计算效率[17].本文基于任意拉格朗日--欧拉(arbitrary Lagrangian-Eulerian,ALE)有限元方法,灵活选择不同物理模型及单场求解手段,提出一种精确高效的分区强耦合算法,数值模拟大位移流固耦合问题,并揭示相关流致振动现象,为流固耦合数值仿真研究提供新思路.1 流体模型1.1 控制方程考虑移动网格情形,不可压缩黏性流体的质量守恒律和动量守恒律可写为ALE描述下的无量纲化Navier-Stokes(NS)方程式中,∇为梯度算子,u和p为流体速度和压力,对流速度c=u−w,w为网格速度,σF为流体应力张量,fF为流体体力项.流体本构方程表述为式中,I为单位矩阵,雷诺数Re=ρFUD/µ,ρF为流体密度,U和D分别为来流特征速度和特征长度,µ为流体黏度,上标T表示转置.初始条件和边界条件指定如下阻尼比1.2 求解过程运用半隐式特征线分裂(characteristic-based split,CBS)算法[20]求解NS方程(1)和(2),主要步骤说明如下∶(a)计算辅助速度场(b)更新压力场(c)修正速度场CBS算法的稳定系数为(Δt)2/2,与单元尺寸无关,故动网格计算略为省时.半隐式CBS方法的稳定性较好且对时间步Δt限制较小.因CBS算法可对速度和压力采用等阶/低阶插值,选用三节点三角形(T3)单元进行有限元离散.2 固体模型2.1 刚体动力学刚体位移记为d={d1,d2,θ}T,其中di(i=1,2)和θ分别表示平动和转动分量,如图1所示.假定每个方向自由度相互解耦,则刚体运动方程的无量纲分量形式可写为式中,换算频率转动换算频率自然频率转动自然频率转动阻尼比质量比和分别为平动方向的质量、阻尼和刚度,Iθ,cθ和kθ分别为扭转方向的惯性矩、阻尼和刚度,CD,CL和CM为流体阻力系数、升力系数和冲量矩系数.图1 一般刚体平面运动Fig.1 Schematic view of generalized planar rigid-body motion一般刚体平面运动还应满足协调条件[21].该条件阐述了边界位移、速度和加速度与重心变量之间的几何关系(参见图1).2.2 弹性动力学几何非线性固体的无量纲运动方程可写为如下形式式中,位移 d={d1,d2}T,质量比 m∗= ρS/ρF,σS为Cauchy应力,fS为结构体力项.St.Venant-Kirchhoff材料本构关系可写为式中,S是第二Piola-Kirchhoff应力,C为弹性本构张量,E表示Green-Lagrangian应变,F为变形梯度.第二Piola-Kirchhoff应力经构形转换可表示为Cauchy应力其中,J=det(F).初始条件和边界条件如下本文基于总体拉格朗日格式运用修正牛顿--拉普森法[22]求解非线性方程(12).另外,对变形梯度的处理详见下文.2.3 光滑有限元法传统有限元法组装的结构刚度矩阵偏刚.为此,这里采用光滑有限元方法[23-24]求解式(12)线性化后的增量方程.光滑处理能有效“软化”刚度矩阵,令有限元解更接近理论解,亦未引入新自由度,其基本原理叙述如下.根据梯度光滑运算,任意场变量X的梯度可近似表示为式中,x代表空间坐标,ΩC为光滑域,Φ为Heaviside型光滑核函数.由高斯散度定理可知,式(16)可进一步写为其中,ΓC为ΩC边界,n是ΓC外法向.根据非负性和归一性要求,光滑核函数Φ可定义为式中,AC为光滑域面积.将式(18)代入式(17)中并注意到常数导数为零,则标量X的梯度可写为用一点高斯积分即可准确计算上述线积分其中,nsd为每单元内光滑域个数,xGP为高斯点坐标,li为边长.光滑域构造及其形函数值见后文.2.4 时间积分结构运动方程可写为如下一般形式式中,M,C和K分别表示结构质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵,FEX为外力向量.时间积分方案选用复合隐式时间积分法[25-27],其基本思想是:将一时间步分为两子步,分别运用Newmark-β法[28]和三点向后欧拉差分.主要原理简述如下. 记[t,t+Δt]=Δt[n,n+1]=Δt[n,n+α]∪Δt[n+α,n+1],其中0<α<1.在第一个子步内将结构运动方程于tn+α时刻离散对上式应用Newmark-β法,可得其中,β≥1/4,γ≥1/2.由式(24)可得加速度将式(23)~式(25)代入式(22),那么同理,在第二个子步内将结构运动方程于tn+1时刻离散因任意变量的时间导数n+1可根据Qn,Qn+α和Qn+1近似获得[29]其中,由式(28)可知将式(29)和式(30)代入式(27)中,可得式中,β=1/4,γ=1/2和α=1/2.n+α时刻外力由n和n+1时刻值线性插值获得;弹性体的Kn+α由文献[30]所建议方法获得.表面上,复合隐式时间积分法的计算时间近两倍于Newmark-β法,但它能适应更大时间步,故总耗时并未显著延长[25].一般而言,结构时间步大于流体时间步,上述特性也将更利于流体子循环[31].3 网格更新这里采用简单高效的子块移动技术[32]结合正交—半扭转弹簧近似法[33]更新流体动网格,其基本思想是通过粗糙背景网格(即子块)运动插值获得精细网格的节点坐标,如图2所示.相比单纯使用弹簧近似法,该手段可大幅提高网格更新效率,具体过程描述如下∶(a)提取粗、细两层网格信息;(b)确定每个子块内的细网格节点数;(c)计算每个动网格节点的插值系数;(d)由结构运动更新界面节点位置;(e)如粗网格有内部节点则调用正交—半扭转弹簧近似法,否则跳过此步;(f)对子块位置进行插值获得细网格新位置;(g)检查两层网格质量.图2 子块移动技术示意图Fig.2 Diagrammatic sketch of the MSA technique同时,为满足几何守恒律,将一质量源项[34]引入压力泊松方程(7)可得式中,Ae为单元面积,网格速度上标表示局部节点编号,下标表示坐标轴方向.由式(33)易知质量源项在欧拉网格上退化为零.引入质量源项可避免构造复杂的网格速度格式[35].4 分区强耦合算法4.1 界面条件在流固交界面Σ处须满足速度连续性和应力平衡性,即其中,流体拖拽力和结构拖拽力写为式中,nS为界面法向向量,其方向由结构域指向流体域.此外,还需保障界面处的几何连续性上述界面条件可通过构建高阶速度增量和高阶应力增量[16-18,36-38]进行修正,在此不再赘述.4.2 强耦合算法固定点法配合Aitken’s Δ2松弛[13]易实施、精度与效率较为理想,已见诸于各类流固耦合问题模拟.本文采用此手段耦合各场,主要步骤描述如下∶(a)预测界面位移[39](b)开始迭代并令k←k+1;(c)更新流体动网格并计算网格速度(d)计算质量源项;(e)求解流体NS方程并获得流体激力;(f)求解结构运动方程;(g)计算界面残差,检查是否收敛,若收敛则进入下一时间步,否则进行第(h)步;(h)重新计算Aitken因子[9],并松弛界面位移(i)返回至第(b)步.上述分区强耦合算法的流程图如图3所示.图3 分区强耦合算法Fig.3 Flowchart of partitioned strong coupling algorithm4.3 Aitken加速技术在每一迭代步中,动态松弛因子按以下递归公式计算[13]式中,k代表迭代步,err是界面位移残差,λMAX=0.1和λ0=0.5.5 数值算例5.1 桥梁截面颤振H型桥梁截面在均匀来流下经历竖向平动和转动,如图4所示.相关参数设置如下[40]:流体密度ρF=1.25,流体黏性µ=0.1,结构质量m2=3000,阻尼因子c2=100,弹簧刚度k2=2000,转动惯量Iθ=25300,转动阻尼因子cθ=2200,转动弹簧刚度kθ=40000,入口速度U=10,特征长度D=12和雷诺数Re=1500. 在图4中动网格域限定为A2.网格划分和子块划分如图5所示,其中计算域包含6486个T3单元和3329个节点.时间步长取Δt=0.02.图4 桥梁截面问题描述Fig.4 Problem description of the oscillating deck图5 问题网格划分Fig.5 Mesh and submesh for the problem为检验网格无关性,选用M1(6486个T3单元和3329个节点)和M2(11714个T3单元和5953个节点)进行对比计算,结果列于表1.由表1可知,两组结果相差很小,故本文方法不受网格影响.综合考虑效率与精度,选取M1进行后续模拟. 表1 计算结果对比Table 1 Comparison between two sets of resultsMesh dMAX2 fO2 dMAXθ fOθ M1 0.0407 0.214 0.385 0.215 M2 0.0421 0.211 0.393 0.211两方向振幅与振动频率列于表2.由表2可知,本文结果稍大于文献[40]结果;桥梁截面经历较大扭转振动且两方向振动频率相同.图6所示为两方向位移时程.由该图可知,本文位移时程曲线相当平滑,而文献[41]的位移曲线则略有起伏,说明本文方法表现稳定.综合表1和图6可知,结构振动频率非常接近其转动自然频率(fNθ=0.2001),截面扭转强烈而竖向平动微弱.此时结构运动由扭转振动控制,出现明显扭转颤振现象.图7进一步给出某典型时刻涡量场.表2 计算结果对比Table 2 Comparison between the existing and present datadMAX2 fO2 dMAXθ fOθ Ref.[40] 0.0325~0.035 — 0.271 —Present 0.0407 0.214 0.385 0.215图6 桥梁截面位移时程Fig.6 Time history of the deck displacement图7 涡量云图Fig.7 Vorticity contour of the oscillating bridge deck5.2 节流阀瓣涡激振动在均匀流动下,槽道内节流阀瓣发生涡激振动,问题定义如图8所示.系统参数设定为 [42]:流体密度ρF=1.0,流体黏性µ=0.001,结构密度ρS=1000(Case A)和ρS=62.5(Case B),杨氏模量E=60000,泊松比υ=0.45,入口速度U=1,立杆高度D=1和雷诺数Re=1000.动网格域取为非对称域A2,测点置于立杆左上角,见图8.流体域划分为2786个T3单元和1523个节点,固体域则均匀划分为40×2个Q4单元.流场网格和子块划分如图9所示.由稳定性条件[23],将一个Q4单元分为4个光滑子域,形函数构造如图10所示.时间步长取为Δt=0.005.图8 节流阀瓣问题描述Fig.8 Problem description of the restrictor fla in a channel图9 问题网格划分Fig.9 Mesh and submesh for the problem图9 问题网格划分(续)Fig.9 Mesh and submesh for the problem(continued)图10 光滑域与形函数构造Fig.10 Construction of smoothing domain and shape functions选用两组不同流体网格验证算法的网格敏感性,即 M1(2786个 T3单元和 1523个节点)和M2(5006个T3单元和2644个节点).两种工况下测点最大水平位移列于表3.可见,两组网格结果相差较小,再次验证了本文算法不受网格划分影响.下文计算均基于M1网格.表3 计算结果对比Table 3 Comparison between two sets of resultsMesh Case A Case B M1 0.641 0.575 M2 0.652 0.593图11给出两种工况下测点水平位移时程曲线,并与文献[42]进行对比.由该图可知,两种工况下最大振幅均为0.6左右,与已有结果相符.进一步观察可知,Case A与文献[42]吻合较好,而Case B则与文献[42]有所不同.解释如下:结构密度较大时,结构在黏性流体中的振动主要受惯性影响,流体作用相当于阻尼振子,逐渐消耗结构动能.Case A中结构振动的衰减特征正说明了这点.在Case B中,文献[42]的时程曲线仍可维持相当振幅,而本文结构振动则衰减相当迅速.文献[43]同样报道了这一现象.系统参数与数值方法的不同导致了计算结果的差异.为清楚说明涡激振动现象,图12给出Case A中某典型时刻水平速度与压力云图.图11 测点水平位移时程Fig.11 Time history of horizontal displacement ofthe measuring point图12 Case A中水平速度与压力云图Fig.12 Horizontal velocity and pressure contours in Case A6 结论本文基于ALE有限元公式提出一种分区强耦合方法,数值模拟了大位移流固耦合问题.采用半隐式CBS算法求解不可压缩NS方程,可进行速度--压力等阶插值且省时;运用新颖的复合隐式时间积分法对结构方程进行时间积分,能选取较大时间步.针对几何非线性,选用精确高效的光滑有限元法计算结构增量方程.动网格更新采用子块移动技术高效结合正交--半扭转弹簧近似法,同时引入质量源项保证流体分步算法满足几何守恒律.多场耦合经固定点迭代配以Aitken加速技术,简单高效.本文强耦合算法能灵活选取不同单场技术,兼具程序模块性、精度与效率优点.从原理看,较高的效率主要源于流场计算、网格更新和耦合迭代等.数值算例表明,计算结果与已有数据吻合较好,成功揭示了典型流致振动现象.参考文献1 王英学,高波,任文强.高速铁路隧道缓冲结构气动载荷与结构应力特性分析.力学学报,2017,49(1)∶48-54(Wang Yingxue,Gao Bo,Ren Wenqiang.Aerodynamic load and structure stress analysis on hood of high-speed railway tunnel.Chinese Journal of Theoretical and AppliedMechanics,2017,49(1)∶48-54(in Chinese))2 刘晶波,宝鑫,谭辉等.波动问题中流体介质的动力人工边界.力学学报,2017,49(6)∶1418-1427(Liu Jingbo,Bao Xin,Tan Hui,et al.Dynamical artificia boundary for flui medium in wave motion problems.Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics,2017,49(6)∶1418-1427(in Chinese))3 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LNG储罐外壁地震响应有限元分析

N ni a nls )是 南 美 国 麻 省 理 工 学 院 的 o l e rA a i n ys
B T E 教授带 领 的 A IA R D 公 司研 发 的商 用 AH DN & 丁 _程软 件 … , 是基 于有 限元 技 术 的 大 型通 用 分 析仿
真平 台之 一. D N 广 泛 适 用 于机 械 工 业 、 筑 工 A IA 建
Ke y wor : L ds NG a k;s imi e p n e;tme hit r n l ss tn es c r s o s i — so a ay i ;ADI y NA
0 引 言
A I A (A t t D n m c Ice na DN uo i ma c ya i nrmet l
摘要 : 用 A IA分 别建 立 L G储罐 空罐 S E L壳体单 元及 3 —O I 实体 单元有 限元模 型. 利 DN N HL DS LD 对
2种模 型进 行模 态分析 , 证 S E L单元模 型 的有效性 . E e t 地 震 波作 用 下对 L G储罐 混 验 HL 在 1 nr C o N 凝 土外壁进 行地 震响 应分析 . 果表 明 : 结 在地 震作 用 下 ,N L G储罐 外壁 的位 移和 加速 度 沿罐 高方 向 逐渐 增 大 ; 空罐 时 , N L G储罐 外壁 位移及 加速 度 时程 曲线与地 震波 形基本 一致. 关键 词 : N L G储 罐 ; 震响应 ;时程分 析 ;A I A 地 DN
LNG a k ut r wa l tn o e l
YUAN a qn ,P Zh o i g AN to Dea ,CHEN iin Fexa g
( .Heo ga gM t ao n rt t e nier gK yL br o , aig13 1 , i nj n ,C ia 1 inj n igt na dPo c v gne n e aoa r D q 63 8 Heogi g hn ; l i i i ei E i ty n l a

基于ALE有限元法的铝型材挤压成形的数值模拟

基于ALE有限元法的铝型材挤压成形的数值模拟

基于ALE有限元法的铝型材挤压成形的数值模拟
王尧;周照耀;潘健怡;刘亮;吴苑标
【期刊名称】《锻压技术》
【年(卷),期】2010()1
【摘要】运用基于任意拉格朗日-欧拉(ALE)有限元法的专用模拟软件HyperXtrude对一空心铝合金型材挤压过程进行稳态模拟,获得挤压稳态阶段金属流动的速度场、温度场、应变速率场和应力场的分布规律,并对模拟结果与实际的试模情况进行了对比分析,二者变形趋势基本吻合,证明该方法可以预测实际挤压过程中可能出现的潜在缺陷,为工艺参数的选择和模具设计提供了理论依据。

【总页数】5页(P149-153)
【关键词】铝型材;挤压;数值模拟;任意拉格朗日-欧拉法(ALE)
【作者】王尧;周照耀;潘健怡;刘亮;吴苑标
【作者单位】华南理工大学机械与汽车工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TG37
【相关文献】
1.铝型材挤压成形数值模拟结点重编号法 [J], 黄志超;包忠诩;周天瑞;黄克坚
2.空心铝型材挤压成形过程的有限元数值模拟 [J], 顾迎新;陈淑利
3.基于ALE法的2195铝锂合金挤压温度影响的数值模拟研究 [J], 徐远帆;张立华
4.基于ALE法的2195铝锂合金挤压温度影响的数值模拟研究 [J], 徐远帆;张立华
5.基于有限元法的铜母线连续挤压扩展成形过程的数值模拟 [J], 刘明月;宋宝韫;运新兵;李冰
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ALE有限元方法研究及应用

ALE有限元方法研究及应用

ALE有限元方法研究及应用
岳宝增;李笑天
【期刊名称】《力学与实践》
【年(卷),期】2002(024)002
【摘要】将ALE(Arbitrary Lagrangian-Eulerian)描述引入到有限元方法中,从而
使有限元方法在解决大范围自由移动边界问题,特别是液体大幅晃动、流-固耦合、加工成型、接触、大变形等问题时获得极大成功.本文综述了ALE有限元方法的研究现状以及在不同领域的应用,并对今后的研究及应用做了展望.
【总页数】5页(P7-11)
【作者】岳宝增;李笑天
【作者单位】北京理工大学应用力学系,北京100081;清华大学核能技术设计研究院,北京100084
【正文语种】中文
【中图分类】O3
【相关文献】
1.对流-扩散方程的hp-局部间断Galerkin有限元方法的最优L∞(H1)误差估计 [J], 由同顺
2.基于非结构网格求解三维D'Alembert介质中声波方程的并行加权Runge-Kutta间断有限元方法 [J], 贺茜君;杨顶辉;仇楚钧;周艳杰;常芸凡
3.用于金属切削的粒子有限元方法、ALE方法和SPH方法比较以及求解器开发 [J], 信吉平;肖世宏;周鹏
4.水下声波传播过程的时域间断Galerkin有限元方法 [J], 李瑞敏;郭攀;张景飞;武文华;王飞
5.可压缩两相流固耦合模型的间断Galerkin有限元方法 [J], 马天然;沈伟军;刘卫群;Xu Hao
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开口管桩高频振动贯入过程的 ALE 有限元分析

开口管桩高频振动贯入过程的 ALE 有限元分析

开口管桩高频振动贯入过程的 ALE 有限元分析肖勇杰;陈福全;林良庆【摘要】任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法吸取了拉格朗日和欧拉法的优点,避免了常规有限元中拉格朗日方法的网格畸变问题,适用于开口管桩高频振动贯入过程的计算分析。

采用 ALE 有限元方法,建立开口管桩高频振动贯入过程的数值模型,对沉桩过程中挤土效应、桩侧阻力和土塞效应的变化规律进行了详细研究。

研究结果表明:挤土应力主要沿径向传播,且深层土体受到的挤土应力比浅层土体大;水平挤土位移随管桩贯入深度的增加而增大,而最大水平挤土位移与管桩贯入深度存在累积效应;挤土效应的影响范围约为10倍管径,因此在施工过程中要给以足够重视;桩外侧摩阻力随贯入深度增加呈近似线性增长,桩内侧摩阻力随贯入深度增加而呈非线性增长,增长速率随贯入深度增加而逐渐增大;管内土塞处于不完全闭塞状态,土塞程度由完全非闭塞向部分闭塞过渡。

此外,研究了土体模量、桩土界面摩擦系数、振动频率和桩径对土体位移的影响。

%Arbitrary Lagrangian-Eulerian ( ALE) methods couple the advantages of Lagrangian and Eulerian methods, and avoid the mesh distortion problem of Lagrangian method of general finite element .The methods can effectively analyze the penetration process of open -ended pipe piles driven by high frequency hammers .Based on ALE finite element methods, the finite element modelof full penetration process of open -ended pipe piles driven by high frequency vibratory hammers is built .The paper studies in detail squeezing effect , frictional resistance and soil plugging effect during pile-sinking.The computational results show that the compacting stress mainly spreads along the horizontal direction, and the compacting stress in deep soillayers is larger than compacting stress in shallow soil layers.The horizontal compacting displacements increase with the increase of penetration depth .But the maximum compacting displacement delays penetration depth .The affecting range of squeezing effect is approximately 10 times pile diameter.So it is necessary to put great emphasis on full penetration process of pipe pile .Outside friction resistance of piles increases linearly with the increase of penetration depth .Inside friction resistance ofpiles increases nonlinear with the increase of penetration depth .The growth rate increases gradually with the increase of penetration depth.Soil plugs of pipes are incompletely plugged conditions .Degree of soil plugs varies from unplugged conditions to partially pluggedconditions .Furthermore, the influence of soil elastic modulus, frictions, vibration frequencies and pile diameters on the compacting displacements are investigated .【期刊名称】《工程地质学报》【年(卷),期】2016(024)003【总页数】11页(P398-408)【关键词】开口管桩;高频振动;ALE 方法;有限元【作者】肖勇杰;陈福全;林良庆【作者单位】福州大学土木工程学院福州 350116;福州大学土木工程学院福州350116;福州大学土木工程学院福州 350116【正文语种】中文【中图分类】TU473.1随着岩土工程技术的发展和大型工程建设的需求,开口管桩在各种建筑基础中得到越来越广泛的应用(Liu, 2008; Liu et al.,2009;丁选明等, 2013;许崧等,2013)。

基于ALE方法的二维超声振动切削仿真

基于ALE方法的二维超声振动切削仿真

利 于实现 TC4钛合金 的高精度加工 j。 以往 大多 数 研 究 假 设 刀 具 是 锋 利 的 ,忽 略 了钝
圆半 径 的 影 响 。最 近 几 年 把 钝 圆半 径 大 小 考 虑 其 中 ,对 有 限 元 模 拟 切 削 加 工 进 行 了有 效 延 伸 。 Kai Yang对微 铣 削过 程进 行 模 拟 加 工 ,得 出 随 着钝 圆半 径 的增加 切 削力 降低 ,等 效 应 力 和温 度 小 幅度 降低 , 并证 明钝 圆半 径 对 微 切 削 温 度 分 布 有 重 要 影 响 -o 。 K.c.Ee在不 使用 切削 分离 准则 条件 下 ,分 析 了钝 圆 半径 对残 余应 力 的影 响 。Zhang Xinquan分 析 了钝 圆半 径对 椭 圆振 动 过 程 表 面形 成 过 程 影 响 ,得 出 随 着钝 圆 半 径 的增 加 ,切 削 方 向 表 面 粗 糙 度 降 低 。 但并 不是 钝 圆 半 径 越 大 越 好 ,钝 圆 半 径 对 温 度 和 残 余应 力也 有重 要影 响 。
Abstract:This article ,using the Arbitrary Lagrangian—Eulerian method,develops the finite element model of ultrasonic elliptical vibration cutting,to simulating the effect of ultrasonic vibration on cutting.M eanwhile study the influence of th e round radius on the cutting temperature and the residual stress. W e can conclude from the results that the instantaneous m axim um temperature of the workpiece increases with the increase of vibration f requency increase with the decrease of the first.increase faster rate than the rate of decrease.The Vibration frequency affects only the size of the residual stress value,less influence the stress layer thickness; The thickness of t h e residual com prehensive stress rem ain constants w ith the increase of the round radius . tensile stress in the layer thickness decreases.the m axim um tensile stress iS reduced. K ey words:arbitrary lagrangian—eulerian m ethod;elliptical vibration;vibration  ̄equency

ALE耦合方式及数值计算方法

ALE耦合方式及数值计算方法

ALE耦合方式及数值计算方法1 ALE简介在流体计算中,通常的数值计算方法为有限差分法和有限体积法。

按采用的坐标系,可以分为拉格朗日方法(Lagrangian方法)和欧拉方法(Eulerian方法)两大类。

拉格朗日方法是把坐标系固定在物质上或随物质一起运动和变形,处理自由表面和物质界面是直观而简单的,同时,由于一个网格或单元始终对应于一块物质团,因此能较准确的描述不同材料的不同应力方程,允许对不同部分的材料采用不同的本构方程,这是拉格朗日方法的优点。

拉格朗日坐标系中的流体力学方程的形式比较简单,不出现输运项,因而容易建立精确度较高而又稳定的格式。

但对于大变形的物质,网格会发生扭曲、畸变,这样会导致计算的不稳定。

欧拉方法坐标是固定的空间坐标系,Eulerian网格是不变形的,自然不会出现网格相交的问题,物质通过网格边界流进流出,物质的变形不直接影响时间步长的计算,适合计算变形严重的问题。

但是当系统中包含多种介质从而有多个界面的时候,Eulerian方法就碰到了困难。

这时一定会出现所谓的混合网格,即一个网格中同时含有两种或几种物质。

如何描述界面,计算混合网格中的各物理量和它们与周围网格的输运量,是Eulerian方法发展的主要方向之一。

Lagrangian方法和Eulerian方法都有很多缺点,为了弥补它们的不足,1974年,Hirt,Amsden,提出了任意拉格朗日-欧拉(ArbitraryLagrangian-Eulerian,以下简称ALE方法)。

就是我们下面所要谈到的方法。

2 ALE方法研究现状因为Lagrangian方法和Eulerian方法各有其优缺点,所以逐步发展了一些Lagrangian方法和Eulerian方法相结合的方法。

如在Lagrangian方法中引入Eulerian方法,如前面提到的重新划分网格技术;在Eulerian方法中引进Lagrangian方法,如质点网格法(PIC)、体平均多流管法等。

铝合金7075-T6焊接有限元模拟研究

铝合金7075-T6焊接有限元模拟研究

比热
9 0 0 9 7 0
1 /
( k g・ m ’
2 7 7 5 27 5 0
2 7 2 5 27 o 0 26 7 5
/ G P a
6 5 . 2 5 6 - 3
3 8 . O 31 . 5 2 5 . O
所 以有 弹 性 和 塑 性 两 个斜 率 。塑 性 选 用 的 是 双
线性 等向硬化模型 ,使用等 向硬化的V o n Mi s e S 屈 服准则 ,所 以含有包 辛格效应 ,这个选项一 般用于初始等向性材料的大应变问题 。 焊接工件为平板 ,尺寸为1 6 0 a r m×1 2 0 m m× 6 m m。在模拟分析 中,由于焊缝两边 的几何尺
在热弹塑性分析 中,需要计算 温度场 ,也需要
计算应力应变场 ,所选择的单元类 型必须满足
作者简介 .金星烨 ( 1 9 9 4 一) 男 ,主要研究方 向:机械工程。
J 一26 现代焊接 2 0 1 5 年第2 期 总第1 4 6 期

以下 条件 :① 自由度为温度 的热单元 ;②具备
并提出仿真模拟结论与建议。 关键词 :有限元模拟 i铝合金7 0 7 5 一 T 6 ;双椭圆移动热源 :温度场 :应力场 焊接有限元仿真模拟通过对温度场和应力 场 的分析 ,不但可快速得到焊接件在焊接过程
中 的瞬 时 热应 力 变 化 ,而 且 可 以直 接获 得 最 后
形 的特点 ,使用双线性来表示应力一 应变曲线 ,
2 . 2 初始条件 考虑到到中厚板三维有 限元单元 网格模型 规模较大 ,导致分析时 间过长 ,以及材料 的非 线性导致求解过程 的收敛 困难 ,需要对模型进
后半部分椭球 内热源分布为 :

橡胶受热膨胀 有限元

橡胶受热膨胀 有限元

橡胶受热膨胀有限元
有限元分析(Finite Element Analysis,FEA)是一种用于模拟和分析结构在受力或受热等条件下的行为的工程工具。

如果你想研究橡胶在受热膨胀过程中的行为,可以通过有限元分析来模拟和分析。

以下是一般步骤:
建立模型:使用有限元软件,首先建立橡胶结构的三维模型。

这可能包括定义橡胶的几何形状、材料属性和约束条件。

定义材料属性:在模型中定义橡胶的热膨胀系数和其他与热膨胀相关的材料属性。

施加热负载:模拟热膨胀过程,通过在模型中施加热负载来模拟橡胶在受热时的行为。

这可以通过定义温度场或直接施加温度载荷来实现。

设置分析类型:根据研究的问题,选择适当的有限元分析类型。

对于热膨胀,通常使用热-结构分析。

网格划分:在模型中应用网格划分,确保在橡胶结构中足够细致的网格,以获得准确的结果。

求解模型:运行有限元分析,求解模型的行为。

软件将提供关于橡胶结构在受热膨胀时的位移、应力和温度等信息。

结果分析:分析有限元分析的结果,关注橡胶的形变、应力分布、温度变化等信息。

这有助于理解橡胶在受热膨胀过程中的行为。

优化设计:根据分析结果进行设计优化,例如调整材料属性、结构形状或其他参数,以满足特定的性能需求。

请注意,有限元分析是一种高级的工程工具,需要具备一定的工程知识和经验。

在进行有限元分析之前,建议咨询专业工程师或有限元分析专家的建议。

球形贮箱中三维液体大幅晃动数值模拟

球形贮箱中三维液体大幅晃动数值模拟

球形贮箱中三维液体大幅晃动数值模拟
岳宝增;唐勇
【期刊名称】《宇航学报》
【年(卷),期】2016(037)012
【摘要】提出一种新颖有效的网格移动算法,使用任意拉格朗日-欧拉(ALE)有限元方法对球形贮箱中三维液体大幅晃动问题进行数值模拟.对接触线网格及自由液面网格指定其运动轨道,对湿壁面网格采用代数更新算法,对域内网格采用Laplace方程对网格速度进行平滑.同时采用基于特征线的时间分裂(CBS)格式来处理对流效应引起的数值振荡.数值计算结果与已有试验数据进行了对比,两者吻合良好,证明了网格移动算法与计算格式的可行性与准确性.
【总页数】6页(P1405-1410)
【作者】岳宝增;唐勇
【作者单位】北京理工大学宇航学院,北京100081;北京理工大学宇航学院,北京100081
【正文语种】中文
【中图分类】O353.1
【相关文献】
1.变轨条件下卫星贮箱内液体推进剂晃动特性三维数值模拟 [J], 张博譞;李国岫;虞育松
2.航天器贮箱大幅液体晃动三维质心面等效模型研究 [J], 黄华;杨雷;张熇;曲广吉
3.基于SPH方法的球形贮箱液体晃动动力学分析 [J], 马骏骁; 马亮; 魏承; 胡月; 赵阳
4.微重环境中三维液体非线性晃动的数值模拟 [J], 岳宝增;刘延柱;王照林
5.三维液体大幅晃动及其抑制的数值模拟 [J], 岳宝增;刘延柱;王照林
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折叠球形气囊展开过程仿真

折叠球形气囊展开过程仿真

折叠球形气囊展开过程仿真梁鹏;薛齐文;张岩;刘旭东;李慧通【摘要】球形气囊展开和折叠过程复杂,采用实验手段研究其展开过程存在诸多不便.建立以单侧内折方式折叠的球形气囊数值分析模型,研究球形气囊折叠后充气展开的动态应用特性,比较相同充气条件不同折叠层数和相同折叠层数不同充气条件下气囊展开动态特性的差异;对影响气囊展开过程中体积和内压曲线变化的因素进行分析,分别讨论折叠层数、充气速率和充气量对球形气囊动态特性的影响.结果表明:单侧内折折叠次数增多会导致气囊内压最大值增大,应用时设定气囊折叠次数应考虑气囊材料最大内压承受能力;充气速率和充气量均会影响气囊展开的稳定性,充气速率的影响主要在充气及气囊展开初期阶段,而充气量的影响主要在充气完成后的自由展开阶段.【期刊名称】《航空工程进展》【年(卷),期】2019(010)004【总页数】7页(P562-568)【关键词】球形气囊;单侧内折;展开过程;模拟仿真【作者】梁鹏;薛齐文;张岩;刘旭东;李慧通【作者单位】大连交通大学土木工程学院,大连 116028;大连交通大学土木工程学院,大连 116028;大连交通大学土木工程学院,大连 116028;北京机械设备研究所,北京 100854;北京机械设备研究所,北京 100854【正文语种】中文【中图分类】V214.90 引言气囊应用范围广泛,涉及航空航天、汽车工程等多个领域,具有广阔的应用前景和研究价值。

球形气囊是气囊在应用时的一种特殊形态,其展开过程复杂,折叠过程繁琐,采用实验手段对其进行研究存在诸多不便,运用有限元数值模拟方法不仅可以减少不确定因素对实验效果的影响,还能大量节省时间和财力,解决实验手段中相对难以处理的问题[1]。

气囊模拟理论研究方面,气囊缓冲约束系统及通用气囊数学建模工具的创建,为气囊的数值模拟计算奠定了基础。

在通用气囊模型基础上考虑非理想气体的影响,由此提出了控制体积法[2](CV法)。

ALE法[3-5]即任意拉格朗日欧拉法,结合了拉格朗日和欧拉方法,在大变形问题处理上有较强的适用性,但求解时需要建立气体流动环境的细化网格,对计算机硬件要求较高。

有限元软件在压力容器上的应用

有限元软件在压力容器上的应用

有限元软件在压力容器上的应用摘要:压力容器作为一种特殊的承压设备,其设计及使用与人民的生命与财产安全密切相关,本文采用现代有限元软件对压力容器进行仿真,通过仿真来分析容器哪些部位受较大的应力和应变,从而有效的提高设计与制造的效率,避免事故的发生。

关键词:压力容器;有限元软件;仿真引言随着现代工业的发展,压力容器已广泛应用于化工、电力、纺织、医药、机械等行业[1]。

在传统的设计中,为了提高设备的安全性,通常将压力容器的壁厚等参数设置的较为保守,使得设计出来的容器笨重,且还浪费材料。

随着计算机技术水平的飞速发展,我们在设计过程中可以利用有限元软件对容器进行仿真[2][3],通过仿真优化设计参数,从而使得设计的容器能够满足安全性能要求,同时也可以节省制造成本[4]。

1.有限元软件ABAQUS的介绍ABAQUS是一套功能强大的基于有限元方法的工程模拟软件,一般被用来解决相对简单的线性分析到复杂的非线性模拟等问题。

ABAQUS不仅能够解决结构分析问题,而且还能够模拟和研究热传导、金属切削、声学、质量扩散等问题。

ABAQUS主要有两个分析模块:ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit。

一个完整的分析过程通常包括三个步骤:前处理、模拟计算和后处理。

前处理部分主要包括几何建模、网格划分、接触定义、分析步定义、载荷和边界条件设置等。

前处理完成之后,对任务进行创建和提交,若发生错误,需要根据提示对建模中的问题进行修改。

等待计算完成之后,查看并分析结果。

2.实例分析使用有限元软件对内径1300mm,壁厚14mm,筒体长度1330mm,使用材料为Q235-B的搪玻璃反应罐进行有限元分析。

内筒设计压力为0.4MPa,弹性模量为200GPa,泊松比为0.3。

2.1 建立仿真模型首先,我们根据容器的几何参数进行几何建模,并对材料的性质就行定义。

根据实际应用的情况对模型进行约束和压力的施加。

在此,我们对容器的四分之一进行建模和分析。

倒虹吸管的动力响应模态分析

倒虹吸管的动力响应模态分析

倒虹吸管的动力响应模态分析摘要本文依据附加质量法建立了考虑水体与管身动力相互作用的横向动力分析模型,利用该模型进行了两种工况的频率计算,结果表明:大型倒虹吸在无水和有水时的振动频率是有变化的;同时水体对倒虹吸的动力响应影响较大,因此在大型倒虹吸的动力分析中,必须充分考虑动水压力的影响。

关键词倒虹吸;动力响应; 模态分析;自振频率中图分类号tv672+.5 文献标识码a 文章编号1674-6708(2010)25-0168-02结构地震响应主要取决于地震动特性和结构特性,特别是结构的动力特性。

随着人们对地震动的谱成分和各类结构的动力特性认识的深入和提高,结构地震响应分析经历了静力法、反应谱法和动力法3个阶段。

静力法是把结构当成绝对刚性,没有考虑结构的动力特性,假定地震时结构振动加速度与地面振动加速度完全一样,地震引起的惯性力就可以当作静力作用于结构,然后按静力学方法计算结构的响应。

而反应谱法考虑了结构动力特性与地震动特性之间的动力关系,又保持了静力法的形式。

与此同时,结构与周围介质的动力相互作用问题也越来越受到重视。

1976年唐山地震时,天津市某地段的a区的震害较其邻近的b 区几乎重1倍,造成这种震害差别的主要原因是地基上部土层对地面运动和结构地基系统动力特性的影响。

同样,不仅是土体,结构周围的水体也会对结构产生重大影响。

如挡水坝、深水码头等水上或水中结构物,它们的动力特性与水体的弹性和质量紧密相关。

所以研究结构与周围介质的动力相互作用,对于安全经济地进行结构设计有重要意义。

1 三维有限元模型的建立本文在研究倒虹吸的流固耦合的动力响应时,应用的还是ansys软件,在建立的三维模型的基础上进行求解,为了计算方便快捷,在本章模型中把管身长度简化为1m,用公式(1-1a)计算出每个单元内壁表面节点高度所对应的mu(z)然后这些质量通过程序加在节点上,然后生成质量元,使之成为整体,加上水体附加质量的三维模型图见图1所示共3 104个节点,1 944个单元,再输入地震波,考虑在地震波的影响下,倒虹吸结构所发生的应力应变特性。

非线性动力学导论讲义02(二阶系统简介)-岳宝增 (1)

非线性动力学导论讲义02(二阶系统简介)-岳宝增 (1)
非线性动力学导论 之二:二阶动力学系统简介
北京理工大学宇航学院力学系 岳宝增
一. 相平面上的二阶系统
二阶非线性动力学系统一般可由二阶非线性常微 分方程来描述。一般来说,很少有非线性常微分方程 其解能够由有限项所显式表示。主要原因是能够用来 表示实际问题中微分方程的解的标准函数非常有限 (主要有多项式函数、指数函数、正弦函数等);在 有些情况下即使能够得到解的表达式,但其由于过于 复杂也很难显示出解的根本特性,尤其是对于一些隐 式解和解是由积分形式或无限级数所表示时,情况更 是如此。 微分方程的定性研究是不通过具体求解微分方程而
对应的曲线为小区域内的椭圆
相图即状态图,是法国伟大数学家庞加莱 (Poincare) 于十九世纪末提出用相空间轨线表示系 统运动状态的方法。相图上每一个点表示了系统在 某一时刻状态(摆角与角速度), 系统运动状态用 相图上的点的移动来表示,点的运动轨迹称为轨线。 单摆完整相图
0]附近相轨线为近似椭圆形的闭合轨道(中心); 0, 1.平衡点[
如何确定轨线的方向?
y (7a) x
0 x随着t的增加而增大 x y>0时, 0 x随着t的增加而减小 y<0时, x
相轨线的方向:上半平面为从左到右;下半平面为从 右到左。 相平面上定义相轨的x与 如何确定轨线的微分方程? y之间的(微分)关系, 显然应消去参数t dy (7a、7b) dy f ( x, y ) y (9) 由于
x x 0 ( const) y y 0 ( const)
y0 平衡点在x轴上的位置满足: f ( x,0) 0
(11)
平衡点可以被认为是退化的轨线。根据(9)式,在平 衡点有:
dy 0 dx 0

压力容器强度计算的数值模拟研究

压力容器强度计算的数值模拟研究

压力容器强度计算的数值模拟研究压力容器是广泛应用于化工、石油、医药等行业的一种常见设备,而在这类行业中,压力容器的强度计算是非常重要的,因为只有强度达标,才能保障安全生产。

近年来,随着计算机技术的不断发展,数值模拟在压力容器强度计算中也得到了广泛应用。

本文将深入探讨数值模拟在压力容器强度计算中的应用研究。

一、压力容器的强度计算方法压力容器的强度计算方法通常有经验公式法、理论计算法和有限元分析法等。

其中,经验公式法以经验公式来计算压力容器的强度,虽然计算方法简单,但是其仅适用于一些特定的情况,且精度较差,因此,在实际应用中被越来越少采用。

理论计算法则是通过解析法来推测容器在不同载荷下的强度,不过这种方法同样有其局限性,即需要依靠材料力学和弹性力学的基础知识,繁琐且难以预测容器变形情况。

有限元分析法是目前比较流行和广泛使用的一种压力容器强度计算方法,通过将容器分为多个小块,然后对这些小块进行网格划分,并分析其受力变形情况,从而推测整个容器在不同载荷下的强度。

二、数值模拟在压力容器强度计算中的应用有限元分析法在压力容器强度计算中得到广泛应用,而数值模拟则是其发展的重要基础。

数值模拟分为两种:离散计算和连续计算。

离散计算是指将地物和问题分解为部分解,通过离散计算的方式来快速推测整个地物在受力情况下的变化。

而连续计算则是通过计算流体力学和结构力学,来分析整个地物受力变形的情况。

在压力容器强度计算中,数值模拟可以通过连续计算的方式来分析容器在不同载荷下的受力变形情况。

首先,可以将容器表面分为许多小块,然后通过流体力学分析来随机产生压力载荷和温度载荷,并通过结构力学计算来分析小块受力变形情况,从而推测容器在不同载荷下的强度。

此外,数值模拟还可以通过离散计算来检测容器某处特定部位的强度,当需要检测某个容器局部的强度时,可以将其分割为多个小块,然后分别进行力学计算,并根据计算结果判断该部位是否强度达标。

三、数值模拟在压力容器强度计算中的优势相较于其他计算方法,数值模拟在压力容器强度计算中具有明显的优势。

基于ALE有限元法二维液体晃荡的数值模拟

基于ALE有限元法二维液体晃荡的数值模拟
mo e sv l ae g is tea albea ayia ouin . h n t eefc f h ic u f h ud a d d l ai td a ant h v i l n lt lslt s T e , h f t e vso so ef i n i d a c o e ot t l tee ctt n a lu ea dfe u n yae a ay e . ial, h y a cfrea d mo n cig o h h x i i mpi d n rq e c r n lz d F n l te d n mi o c n me t t n te ao t y a n
基 于 AL E有 限元 法 二维液体 晃荡 的数值 模 拟
管 延 敏 ,叶 恒 奎 ,陈庆 任
( 中科 技 大 学 船舶 与 海 洋工 程 学 院 ,武汉 4 0 7 ) 华 3 04
摘 要 : 着各 类 液 货船 的不 断增 加 , 荡 现象 在 船 舶 与海 洋 工 程领 域 引起 了广 泛 的关 注 。 随 晃 文章 从 不 可压 粘 性流 体 的 N S方 程组 出发 , 用任 意 拉 格 朗 日( L ) 限元 法对 水 平 激 励下 的二 维液 体 晃 荡现 象 进 行 了 数值 模 拟 。首 - 运 A E有
中 图分 类 号 :U6 13 6 .2 文 献标 识 码 :A
Nu e ia i u a i n o D l s i t b t a y m rc lsm l to f2 so h ng wih Ar ir r La a g a Eul i n f ie ee ntm t o L r n i n ulra n t lm e e h d L g t n- el i
第 1 4卷 第 1 O期 21 0 0年 1 0月

ALE

ALE

摘要
将 AL ( bt r a r linE l in 描 述 引入到 有 限元 方法 中,从 而使 有 限元 方法在 E Ari ayL g a g大 范 围 自 由移 动 边界 问题 ,特别 是 蔽体 大 幅 晃动 、流 -固耦 合、加 工成 型 、接触 太变 形 等 问题 时 获得 极 大成 功 .本 文综 述 了 AL 有 限元 方法 的研 究 现状 以及在 不 同领 域 的应 用,并对 今后 的研 究 及应 E
差分 方 法 中, 当 时 是 由 No r和 Hi 等 人 以混 合 E l -arn eC u l uein a r ̄ in 描 r t ue L ga g ( o pe E lr -L ga ga ) r d a 述 的 名 称 提 出 的 l A E 描 述 方 法 被 引 入 到 有 限 元 法 中,最 早 是 为 了 满 足 核 反应 堆 结 构 安 全 分 l 。 L 析 中 的 非线 性 数 值 模 拟 技 术 的需 要 p J .AL 有 限 元 法 最 初 的工 作 是 解 决 非 黏 性 可 压 流 体 ; 而 E Hu h s等 人 研 究 了不 可压 黏 性 液 体 流 动 问题 和 带 有 自由 液 面 液 体 流 动 问题 ,并 首 先 建 立 了 AL ge E
用 做 了展 望.
关键 词
AL 描 述,有 限 元方 法,液 体 太幅 晃 动 ,流 一固耦 合, 太变 形,金属 成型 E
1 引 言
A E A bt r arn i l ue o ) 述的概念 首先 出现 在数值模拟 流体 动力学 问题 的有 限 L ( r i ayL ga ga — l i 1 描 r  ̄E r z
度可 根据 边界 上 的结 点速度线 性插 值得到 _l 后, Lu和 H et 4其 】 i ur a等人发 展 了 A E有限元 的一 L 般 理 论框 架 , 推 导 了 相应 的有 限 元 公 式 ,研 究 了 瞬 时 AL 有 限 元 法 的 计 算 机 程 序 设 计 问题 并 应 E 用 于 贮 腔 类 三 维 液 体 动 力 学 问题 研 究 【 I前 , AL 有 限 元 法 已被 广 泛 应 用 于 解 决 大 范 围移 动 ] 1 E 边界 ( 或接 触 面) 问题,特 别是在 液体大幅 晃动 问题 、流 一 固耦合 、加工成型 、接触、大变 形等领 域获得极 大成 功 口 .

计算液体晃动ALE网格速度的高精度方法

计算液体晃动ALE网格速度的高精度方法

计算液体晃动ALE网格速度的高精度方法
郑磊;李俊峰;王天舒;岳宝增
【期刊名称】《力学与实践》
【年(卷),期】2007(29)1
【摘要】利用自由液面曲率参量,在传统求解方法基础上对相应结点网格速度引入修正,以提高计算精度.域内网格速度计算,由传统线性关系改用分段函数表达,以保证网格剖分的质量.将二维矩形贮箱内流体晃动问题作为算例,求解激励响应结果并与已有物理实验进行对比,二者符合较好.
【总页数】3页(P14-16)
【作者】郑磊;李俊峰;王天舒;岳宝增
【作者单位】清华大学航天航空学院,北京,100084;清华大学航天航空学院,北京,100084;清华大学航天航空学院,北京,100084;北京理工大学理学院力学系,北京,100083
【正文语种】中文
【中图分类】O3
【相关文献】
1.小尺度封闭空间无网格Galerkin声场数值计算方法 [J], 王海涛;曾向阳;陈玲
2.电磁场计算中的无网格局部Petrov-Galerkin方法 [J], 赵美玲;聂玉峰;左传伟
3.分析电磁场计算中的无网格局部Petrov-Galerkin方法 [J], 林福明
4.无网格局部Petrov-Galerkin方法的并行计算研究 [J], 曾清红
5.一种基于插值技术高精度计算稀疏网格地震定位中震源轨迹的方法 [J], 赵爱华
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ALE 方法中一种新的二阶保界守恒重映算法

ALE 方法中一种新的二阶保界守恒重映算法

ALE 方法中一种新的二阶保界守恒重映算法李珍珍;蔚喜军;贾祖朋;安娜;黄朝宝【摘要】When the Euler equations are solved using Lagrangian scheme,the fact that com-putational cells exactly follow fluid particles may result in severe grid deformation,even more cause inaccuracy and even breakdown of the computation in some cases.So it needs to rezone meshes and remap physical quantities when the deformation of computational grid is severe. Based on the second-order Lagrangian schemes that using the discontinuous Galerkin method to solve the Euler equations,a conservative remapping scheme is proposed.This remapping scheme has two steps:the first step is using the existing remapping method to obtain the approximate average values in the new cells,then using the repair algorithm to ensure the average values in the range of local bounds;the second step is using the average values to reconstruct the linear polynomial in the new cell,and using Van Leer limiter to limit the gradient of this linear polyno-mial to ensure no new extremum.Results of some numerical tests are presented and demonstrate that this remapping scheme is second-order accurate,conservative and bound-preserving.%在用拉格朗日格式求解流体力学问题时,随着时间的推进,计算网格会扭曲变形,影响格式精度,甚至导致计算中断。

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