摘要：上浮气泡与自由表面相互作用的过程涉及复杂的界面拓扑演化,该过程一直是气泡流研究领域广为关注的问题之一.为探究上浮气泡与自由表面相互作用动力学行为,将不可压缩光滑粒子流体动力学(incompressible smooth particle hydrodynamics,ISPH)方法与有限体积法(finite volume method,FVM)相结合提出了一种ISPH-FVM耦合方法.在ISPH-FVM耦合方法中,粒子和网格之间的信息交互是通过核近似插值技术实现,并将连续表面应力模型(continuous surface stress,CSS)引入当前耦合框架中以评估相界面处表面张力效应.此外,CSS模型通过FVM网格上定义的体积分数进行离散和计算,并且网格上的体积分数是通过网格支持域内ISPH粒子的核近似插值获得的.随后,利用ISPH-FVM耦合方法模拟了平衡状态下圆形气泡振荡以及单气泡上升,并将模拟结果与其他数值方法结果进行比较,验证了当前耦合方法中表面张力模型的收敛性以及界面追踪的准确性.为测试ISPH-FVM耦合方法模拟涉及复杂拓扑变化气泡流的性能,对上浮气泡与自由表面相互作用的动力学行为进行了分析,并且研究了不同韦伯数(We)以及雷诺数(Re)对气泡与自由表面相互作用的影响.研究发现,随着We数增加上浮气泡与自由表面相互作用时界面将发生大的畸变并且产生的夹带液滴数量也相应增加,然而上浮气泡与自由表面相互作用的过程并没有随Re数的增加而发生明显差别.

摘要：现代复杂装备结构通常不仅处于热力耦合的复杂环境,而且承受着不可忽视的惯性力作用。针对这一类问题,提出了一种考虑拓扑相关惯性载荷的热力耦合拓扑优化高效求解方法。首先,构建了考虑热载荷、机械载荷以及惯性载荷的热力耦合拓扑优化模型,在体积约束条件下优化结构的柔顺度;其次,给出了惯性载荷的计算方法,针对低密度区域材料分布不收敛的问题提出了一种改进的材料插值惩罚模型,并基于此推导了结构柔顺度关于拓扑设计变量的敏度;最后,采用了基于梯度的移动渐近线法(Method of moving asymptotes, MMA)更新拓扑设计变量。此外,开发了基于MATLAB和ABAQUS的热力耦合拓扑优化平台,可适用于复杂工程中不规则结构设计域的拓扑优化问题。数值算例结果表明,所提出方法可有效避免低密度区域结构分布模糊的现象,具有良好的收敛性。

摘要：本文针对旋翼航空器单台发动机不工作(One Engine Inoperative,OEI)工况进行了模拟试验方法研究,重点研究了两种热加载试验技术,即感应线圈加热试验方法和热模拟电阻加热试验方法。首先,进行了感应加热和热模拟电阻加热的热-力加载性能测试,明确了两种试验方法的技术特点。其次,通过对某种典型镍基高温合金在两种加热方式下进行OEI模拟试验研究,分析了在两种加热方式下OEI对材料性能的影响,评估和比较了感应加热和热模拟电阻加热的OEI工况试验模拟效果。结果表明,由于热模拟电阻加热方法有控温精度高的优点,并且可在试样表面形成较大的均温区,因此能够更好地模拟OEI工况。相比之下,感应加热方法易在试样表面引入较大的热梯度,从而影响测温的一致性,并可能造成较大的热应力,导致OEI工况模拟的效果欠佳。因此推荐采用热模拟机试验方法作为OEI工况模拟的首选方法。

摘要：孔结构装甲在满足抗侵彻性能的同时需实现减重,因而轻量化设计具有工程实际意义。以孔结构装甲的轻量化为设计目标,抗侵彻性能为约束条件,考虑不确定性因素的影响,开展孔结构装甲的可靠性优化设计。样本点采用最优拉丁超立方法设计生成,孔结构装甲抗侵彻仿真的参数化建模及响应计算通过商业软件ANSYS的二次开发实现,引入Kriging代理模型和期望改变量(expected improvement,EI)加点法构建性能函数,最后采用序列优化与可靠性评估方法(sequential optimization and reliability assessment,SORA)进行可靠性优化设计。结果表明,可靠性优化后,孔结构装甲在满足抗侵彻性能和相关可靠度指标的前提下,可有效地实现减重11.5%。研究结果可为其他抗侵彻防护结构的可靠性优化设计提供参考。

摘要：针对储能锂离子电池热失控引发的安全问题,开发一种高效锂离子软包电池内部温度压力模拟方法,为储能系统提供电池状态实时监测工具。首先,通过融合化学反应模型、热路模型和膨胀模型,将软包电池内部生热、产气、传热、膨胀等过程集成到统一的计算框架中。其次,建立基于微分方程组的软包电池温度、压力计算模型,反应模型和热路模型通过温度、生热率等状态参数彼此耦合。再次,将该方法应用于4款电池样本进行温度、压力模拟。计算值和实测值对比表明,该方法能高效计算锂离子软包电池内部温度和压力,最大模拟误差小于4%,具有良好的计算精度。并且,该方法求解过程无需调用耗时的多物理场耦合仿真,计算效率高。

摘要：数值模拟研究了不同胶胶接的HTS40/977-2碳纤维层合板单搭接胶接接头低速冲击性能。对HTS40/977-2层合板冲击过程进行仿真,与实验对比验证了HTS40/977-2层合板材料参数的有效性。采用基于Hashin准则的本构关系模拟层合板面内损伤,采用内聚力单元模拟层合板的层间分离和胶层的失效,分别建立了Araldite AV138、Araldite2015和Sikaforce 7752三种不同胶胶接接头低速冲击有限元模型,研究了胶接接头在3 J和4 J能量冲击下的失效模式和能量吸收。在失效模式方面,发现Araldite AV138、Araldite 2015和Sikaforce 7752三种胶接接头胶层的失效模式分别为胶层完全失效、胶层部分失效和胶层未失效,三种胶接接头都出现了不同程度的层合板层间损伤,并且层间损伤依次减小。在能量吸收方面,3J能量冲击下Araldite AV138、Araldite 2015和Sikaforce 7752吸收能量分别为2. 73 J、2. 06 J、1. 67 J,4 J能量冲击下吸收能量分别为2. 91 J、2. 49 J、2. 26 J。仿真结果表明,在低速冲击载荷下胶接接头的失效模式和能量吸收与胶的属性密切相关。胶的韧度越低,接头损伤越严重,能量吸收越多;胶的韧度越高,接头抵抗损伤的能力越强。研究可为复合材料胶接设计与分析提供参考。

摘要：考虑带预制孔容器内空气的影响,采用三维FEM-SPH自适应耦合算法程序对含预制孔容器在内爆载荷作用下的动态响应过程进行了模拟,与实验所得到的破坏特征参量吻合。同时也用LS-DYNA软件中ALE算法得到的计算结果与FEM-SPH自适应耦合算法得到的结果进行比较,进一步分析了FEM-SPH自适应耦合算法的有效性。FEM-SPH自适应耦合算法能够稳定再现内爆载荷作用下含预制孔容器的爆炸鼓包过程、预制孔毁伤破坏过程以及容器内空气运动过程,可以为容器内爆问题的数值模拟研究提供有效途径。

摘要：鉴于有限元算法不能有效地模拟侵彻过程所产生的金属碎片,本文中基于三维自适应FE-SPH耦合算法的基本理论,自主开发了模拟多层间隔金属靶侵彻问题的三维FE-SPH耦合计算程序。该程序采用四面体单元对多层间隔金属靶侵彻模型进行初始离散,计算过程中,当四面体单元等效塑性应变超过某一设定值时,单元自动转化为SPH粒子,并引入有限单元-粒子接触算法和耦合算法,实现大变形和破碎区域采用SPH方法计算,克服有限元法单元畸变存在的问题。多层间隔靶侵彻算例分析表明,三维FE-SPH耦合计算程序采用等效塑性应变作为转化判据计算结果较稳定,并且能够有效地再现侵彻过程中所产生的碎片,能够模拟侵彻碎片对后层靶的毁伤效应。

摘要：以流体有限元软件Fluent仿真分析,获得了满足某型无人机拦阻网回收系统要求的涡轮阻尼器结构参数,并依此设计和制造了涡轮阻尼器装置;测试了涡轮阻尼器受到瞬时冲击力的动态缓冲特性,试验结果表明涡轮阻尼器的数值仿真是正确的,涡轮阻尼器的缓冲性能满足某型无人机拦阻网回收系统的要求。

摘要：提出了一种基于正交试验设计的土中爆炸数值模型确认方法。结合相应物理实验数据,该方法将数值模型确认问题转化为确定影响数值计算结果的各因素及其水平最佳搭配的优化问题。采用正交试验设计作为优化手段,达到了用较少的试验次数获得各因素及其水平最佳搭配的目的。通过极差分析,研究了在不同确认准则条件下,各因素及其水平对土中爆炸数值模拟结果的影响。计算结果表明:分别以最小计算耗时和最高计算精度为确认准则时,网格尺寸是影响数值结果的主要因素;以两者综合评估为确认准则时,计算方法是影响数值结果的主要因素。该文提出的这种方法为复杂数值模型确认问题的研究提供了新的思路。