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基于MPS方法模拟带水平隔板的液舱晃荡 被引量:8
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作者 杨亚强 唐振远 万德成 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 2015年第2期146-153,共8页
该文基于自主开发的无网格粒子方法求解器MLParticle-SJTU,研究了二维晃荡问题中对称水平隔板的隔板宽度、高度等参数对减晃作用的影响。首先,对矩形液舱内的晃荡问题进行了数值模拟,通过与实验结果进行比较,验证了MLParticle-SJTU的可... 该文基于自主开发的无网格粒子方法求解器MLParticle-SJTU,研究了二维晃荡问题中对称水平隔板的隔板宽度、高度等参数对减晃作用的影响。首先,对矩形液舱内的晃荡问题进行了数值模拟,通过与实验结果进行比较,验证了MLParticle-SJTU的可靠性;其次,通过大量的数值计算,分析了对称水平隔板的宽度和高度对减晃效果的影响。数值结果表明:对称水平隔板具有较好的减晃作用;对称水平隔板宽度和高度越大,减晃效果越明显。 展开更多
关键词 液舱晃荡 mlparticle-sjtu求解器 对称水平隔板 减晃 拍击压力
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用MPS方法数值分析孤立波与平板相互作用问题 被引量:3
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作者 张友林 唐振远 万德成 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 2016年第4期395-401,共7页
表面孤立波与海洋结构物的相互作用常伴随有砰击、上浪等现象,是船舶与海洋工程领域需要研究的重要问题之一。该文采用基于无网格半隐式移动粒子MPS法开发的MLParticle-SJTU求解器,对孤立波与平板结构相互作用问题进行数值计算分析研究... 表面孤立波与海洋结构物的相互作用常伴随有砰击、上浪等现象,是船舶与海洋工程领域需要研究的重要问题之一。该文采用基于无网格半隐式移动粒子MPS法开发的MLParticle-SJTU求解器,对孤立波与平板结构相互作用问题进行数值计算分析研究。模拟了二维孤立波对平板的冲击作用过程,得到的平板受力与实验结果吻合良好,验证了MLParticle-SJTU求解器在处理此类问题上的可行性。通过对孤立波与平板相互作用过程的三维模拟,观察到了有别于二维空间下的波浪在平板上表面演化过程,即呈现U型演化过程,说明对此类问题进行三维数值模拟的必要性。 展开更多
关键词 MPS方法 mlparticle-sjtu求解器 推板造波 孤立波与平板相互作用
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MPS-FEM数值分析带自由面的流固耦合问题 被引量:3
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作者 张友林 邹璐 万德成 《计算力学学报》 CSCD 北大核心 2017年第3期330-335,共6页
随着计算科学的发展,研究人员为探索流固耦合问题的物理机理而提出了众多的数值方法。其中,耦合的移动粒子半隐式方法 MPS(Moving Particle Semi-Implicit method)和有限单元法FEM(Finite Element method)为流固耦合问题的数值仿真工作... 随着计算科学的发展,研究人员为探索流固耦合问题的物理机理而提出了众多的数值方法。其中,耦合的移动粒子半隐式方法 MPS(Moving Particle Semi-Implicit method)和有限单元法FEM(Finite Element method)为流固耦合问题的数值仿真工作提供了新的途径。本文所有流场的数值模拟工作均采用课题组自主开发的无网格法求解器MLParticle-SJTU来完成。该求解器在原始的MPS法基础上,对核函数、压力梯度模型、压力泊松方程的求解和自由面判断方式等方面进行了改进。此外,在该求解器框架内,基于FEM法拓展了针对结构场进行求解的功能。首先,对MPS和FEM方法的理论模型及其耦合策略进行了介绍。然后,采用该自研MPS-FEM耦合求解器,数值模拟了溃坝流动对弹性结构的冲击及其相互作用的标准问题。通过将结构变形及自由面波型变化等结果与已发表结果进行对比,验证了该求解器在处理带自由面剧烈变化的粘性流体和柔性变形结构的耦合作用问题上的可行性。 展开更多
关键词 无网格法 MPS方法 有限元法 MPS-FEM 流固耦合 自由面流动 mlparticle-sjtu求解器
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三维自由面流动模拟中GPU并行计算技术 被引量:2
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作者 李海州 唐振远 万德成 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2016年第5期20-29,39,共11页
MPS(Moving Particle Semi-implicit)法能够有效地处理溃坝、晃荡等自由面大变形流动问题。在三维MPS方法中,粒子数量的急剧增加会导致其计算效率的降低并限制其在大规模流动问题中的应用。基于自主开发的MPS求解器MLParticleSJTU,本文... MPS(Moving Particle Semi-implicit)法能够有效地处理溃坝、晃荡等自由面大变形流动问题。在三维MPS方法中,粒子数量的急剧增加会导致其计算效率的降低并限制其在大规模流动问题中的应用。基于自主开发的MPS求解器MLParticleSJTU,本文对求解过程中耗时最多的邻居粒子搜寻和泊松方程求解两个模块采用了GPU并行加速,详细探讨了CPU+GPU策略。以三维晃荡和三维溃坝这两种典型的自由面大变形流动为例,比较了CPU+GPU相对于MLParticle-SJTU串行求解时的加速情况,结果表明CPU+GPU在邻居粒子和泊松方程这两个模块中的加速比最高能达到十倍左右。此外,采用CPU+GPU并行能够较准确地模拟溃坝、晃荡等自由面大变形问题。 展开更多
关键词 mlparticle-sjtu求解器 邻居粒子搜索 GPU并行技术 稀疏矩阵求解 溃坝 晃荡
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基于MPS方法数值模拟三维LNG液舱的晃荡问题 被引量:2
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作者 肖武 杨亚强 万德成 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 2016年第6期697-705,共9页
该文基于自主开发的无网格粒子方法求解器MLParticle-SJTU,将MPS方法(moving particle semi-implicit)应用到三维LNG液舱的晃荡问题中,分别研究了LNG液舱在单自由度纵摇和横摇激励下,装载高度和激励频率对液舱晃荡作用的影响。首先,对... 该文基于自主开发的无网格粒子方法求解器MLParticle-SJTU,将MPS方法(moving particle semi-implicit)应用到三维LNG液舱的晃荡问题中,分别研究了LNG液舱在单自由度纵摇和横摇激励下,装载高度和激励频率对液舱晃荡作用的影响。首先,对装载高度为70%H的LNG液舱在单自由度纵摇和横摇激励下的晃荡问题分别进行了数值模拟,并将计算结果与实验结果进行比较,验证了MPS方法的可靠性。其次,对比不同装载高度,不同激励频率下液舱晃荡的拍击压力和流场分布情况,分析了装载高度和激励频率对晃荡作用的影响,并分析了一阶固有频率和共振频率随装载高度的变化规律。数值结果表明:激励频率对晃荡幅度影响较大;当激励频率在一阶固有频率附近时,会发生剧烈的晃荡现象;52.5%H为危险装载高度,在共振频率下,产生的拍击压力最大。 展开更多
关键词 液舱晃荡 mlparticle-sjtu求解器 LNG液舱 横摇 纵摇
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MPS方法数值模拟减摇水舱晃荡流动问题 被引量:5
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作者 文潇 万德成 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 2019年第4期489-493,共5页
船舶六自由度运动中,横摇对船舶的安全性影响十分严重。船舶在设计建造时,常采用减摇装置来降低横摇运动对船舶安全的危害。其中,减摇水舱因其结构简单、经济、便于养护,且在低航速和无航速情况下仍能发挥作用而得到广泛应用。为对减摇... 船舶六自由度运动中,横摇对船舶的安全性影响十分严重。船舶在设计建造时,常采用减摇装置来降低横摇运动对船舶安全的危害。其中,减摇水舱因其结构简单、经济、便于养护,且在低航速和无航速情况下仍能发挥作用而得到广泛应用。为对减摇水舱的减摇特性进行深入研究,该文采用基于半隐式移动粒子MPS方法开发的MLParticle-SJTU求解器,对三维矩形被动式减摇水舱的晃荡进行了数值模拟。首先,进行了减摇水舱和舱内液体晃荡在外界激励下耦合运动的模拟,并将模拟结果与空舱横摇情况进行对比,证明了减摇水舱的减摇效果。然后,将减摇水舱横摇角的历时变化曲线与实验结果进行对比,验证了MPS方法的适用性与可靠性。最后,分析了减摇力矩与外界激励力矩之间的相位差,解释了减摇水舱的工作原理。 展开更多
关键词 mlparticle-sjtu MPS方法 减摇水舱 液舱晃荡
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MPS方法在细长河道中溃坝流动的应用研究
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作者 饶成平 张友林 万德成 《江苏科技大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2017年第5期650-656,共7页
溃坝问题是我国防灾减灾工作中的一个突出问题.溃坝发生时,会对下游的结构物产生剧烈的砰击作用,并伴随着自由液面的翻卷、破碎等强非线性现象.对这种短时间的自由面强非线性变化,基于网格的计算流体方法往往需要一些特殊的数值处理.文... 溃坝问题是我国防灾减灾工作中的一个突出问题.溃坝发生时,会对下游的结构物产生剧烈的砰击作用,并伴随着自由液面的翻卷、破碎等强非线性现象.对这种短时间的自由面强非线性变化,基于网格的计算流体方法往往需要一些特殊的数值处理.文中采用本课题组自主开发的无网格粒子法求解器MLParticle-SJTU对二维带斜坡、三维带90°急弯的溃坝问题进行了模拟.研究了溃坝流的自由面演化,分析了溃坝流遭遇斜坡障碍物的复杂流动现象,并记录下监测点的波高时间历程.通过MPS的数值模拟结果与试验数据进行对比,两者吻合较好. 展开更多
关键词 MPS方法 mlparticle-sjtu求解器 无网格方法 溃坝流动 自由面流动
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MPS Method for Interaction Between Solitary Waves and Submerged Horizontal Plate 被引量:3
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作者 XU Yan-zhang ZHAO Wei-wen WAN De-cheng 《China Ocean Engineering》 SCIE EI CSCD 2020年第3期314-327,共14页
The interaction between structure and wave is a typical phenomenon in naval architecture and ocean engineering.In this paper,numerical simulation is carried out to study the interaction between a two-dimensional subme... The interaction between structure and wave is a typical phenomenon in naval architecture and ocean engineering.In this paper,numerical simulation is carried out to study the interaction between a two-dimensional submerged,fixed,horizontal rigid plate and solitary wave with our in-house meshless particle CFD solver MLParticle-SJTU.First,the in-house CFD solver is verified by experimental results conducted at the State Key Laboratory of Coastal and Offshore Engineering,Dalian University of Technology.During the verification,the plate is submerged under water and the solitary wave with a given amplitude is generated by a piston-type wave maker.Free surface elevation of the wave and the pressure impacting on the plate is recorded and compared with experimental data respectively.The predicted pressure and surface elevation agree well with the experimental results.Then in order to further investigate factors affecting wave-structure interaction,wave height,submerged depth and plate length are analyzed. 展开更多
关键词 MPS method mlparticle-sjtu solver solitary waves submerged horizontal plate wave-plate interaction
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基于MPS方法模拟低雷诺数方柱绕流问题
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作者 兰小杰 赵伟文 +1 位作者 万德成 邹丽 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2022年第3期83-92,共10页
柱体绕流问题是流体力学领域一个非常经典的问题。当流体流经柱体时,由于黏性的存在,会发生许多复杂的流动现象,如流动分离、涡旋周期性生成与脱落等,经常被作为标准验证算例。同时,柱体绕流广泛存在于实际工程中,并在一定工况下可能对... 柱体绕流问题是流体力学领域一个非常经典的问题。当流体流经柱体时,由于黏性的存在,会发生许多复杂的流动现象,如流动分离、涡旋周期性生成与脱落等,经常被作为标准验证算例。同时,柱体绕流广泛存在于实际工程中,并在一定工况下可能对工程产生巨大危害,因此对柱体绕流进行深入研究具有重要意义。研究中,拟将一种无网格类方法——半隐式移动粒子方法(moving particle semi-implicit method,简称MPS)引入到柱体绕流问题的数值研究中,并对不同雷诺数下二维方柱绕流问题进行数值模拟。首先,使用基于MPS方法自主开发的MLParticle-SJTU求解器,结合入口边界条件和出口边界条件,模拟了雷诺数Re分别为40、200和1000时均匀来流条件下的方柱绕流。随后,将模拟的绕流结果与文献中试验和数值计算结果进行了对比,结果吻合较好,并且在雷诺数为200和1000时,可以清晰地捕捉到方柱尾流中的卡门涡街现象,验证了MPS方法在柱体绕流问题模拟上的有效性和适用性。 展开更多
关键词 MPS 方柱绕流 低雷诺数 mlparticle-sjtu求解器
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MPS方法数值模拟土石坝溃决流动
10
作者 田鑫 万德成 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 2018年第3期322-328,共7页
土石坝溃决流动一般为逐渐溃坝流动,对逐渐溃坝流动进行数值模拟分析有重要现实意义。该文使用自主开发的无网格粒子法求解器MLParticle-SJTU,对土石坝溃决的逐渐溃坝流动进行了数值模拟。首先建立了溃坝过程中坝体高度随时间变化的模型... 土石坝溃决流动一般为逐渐溃坝流动,对逐渐溃坝流动进行数值模拟分析有重要现实意义。该文使用自主开发的无网格粒子法求解器MLParticle-SJTU,对土石坝溃决的逐渐溃坝流动进行了数值模拟。首先建立了溃坝过程中坝体高度随时间变化的模型,在此基础上引入MPS方法,计算了溃坝过程中的流动形态以及流量,计算结果与其他研究者的模拟结果相吻合。此外,还采用二维模型计算考察了溃坝时间对溃坝水流流动形态及壁面砰击压力的影响,并对其中几个工况进行了三维模拟。 展开更多
关键词 mlparticle-sjtu求解器 MPS 粒子法 溃坝 逐渐溃坝
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用移动粒子半隐式方法数值模拟Poiseuille流动问题
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作者 兰小杰 赵伟文 万德成 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2022年第4期177-182,共6页
[目的]Poiseuille流动问题广泛存在于工业生产中,而采用移动粒子半隐式(MPS)方法模拟Poiseuille流等壁面剪切流动其稳定性与可靠性还需要进一步予以验证。[方法]首先,在MPS方法求解器MLParticle-SJTU的基础上,建立恒流量入口边界条件和... [目的]Poiseuille流动问题广泛存在于工业生产中,而采用移动粒子半隐式(MPS)方法模拟Poiseuille流等壁面剪切流动其稳定性与可靠性还需要进一步予以验证。[方法]首先,在MPS方法求解器MLParticle-SJTU的基础上,建立恒流量入口边界条件和无滑移壁面边界条件;然后,在入口边界改变来流速度,对二维管道中不同雷诺数下的不可压缩牛顿流体Poiseuille流进行模拟研究;最后,将数值模拟结果与理论解析结果进行对比,验证数值模拟结果的准确性。[结果]模拟结果显示,流动充分发展后,Poiseuille流的速度剖面呈抛物线型,且在不同雷诺数下,数值模拟结果的速度峰值与理论解析解间的相对误差均在5%以内。[结论]所做研究说明在所提边界条件下,采用MPS方法模拟二维Poiseuille流是有效且可靠的。 展开更多
关键词 移动粒子半隐式方法 Poiseuille流动 mlparticle-sjtu求解器 雷诺数
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An MPS-FEM Coupled Method for the Comparative Study of Liquid Sloshing Flows Interacting With Rigid and Elastic Baffles 被引量:11
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作者 ZHANG You-lin CHEN Xiang WAN De-cheng 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2016年第12期1359-1377,共19页
Fluid-structure interaction (FSI) problems caused by fluid impact loads are com- monly existent in naval architectures and ocean engineering fields. For instance, the impact loads due to non-linear fluid motion in a l... Fluid-structure interaction (FSI) problems caused by fluid impact loads are com- monly existent in naval architectures and ocean engineering fields. For instance, the impact loads due to non-linear fluid motion in a liquid sloshing tank potentially affect the structural safety of cargo tanks or vessels. The challenges of numerical study on FSI problems involve not only multidisciplinary features, but also accurate description of non-linear free surface. A fully Lagrangian particle-based method , the moving particle semi-implicit and finite element coupled method ( MPS-FEM), is developed to numerically study the FSI problems. Taking into account the advantage of the Lagrangian method for large deformations of both fluid and solid bounda- ties, the MPS method is used to simulate the fluid field while the finite element method(FEM) to calculate the structure field. Besides, the partitioning strategy is employed to couple the MPS and FEM modules. To validate accuracy of the proposed algorithm, a benchmark case is numer- ically investigated. Both the patterns of free surface and the deflections of the elastic structures are in good agreement with the experimental data. Then, the present FSI solver is applied to the comparative study of the mitigating effects of rigid baffles and elastic baffles on the sloshing motions and impact loads. 展开更多
关键词 particle method moving particle semi-implicit(MPS) FEM FSI SLOSHING dambreak mlparticle-sjtu solver
全文增补中
Numerical simulations of sloshing waves in vertically excited square tank by improved MPS method 被引量:4
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作者 Guan-yu Zhang Wei-wen Zhao De-cheng Wan 《Journal of Hydrodynamics》 SCIE EI CSCD 2022年第1期76-84,共9页
Faraday wave is a phenomenon of sloshing due to a heave motion of a partially filled tank,which is also called parametric instability or parametric resonance.In the present paper,the phenomenon of faraday wave in a pu... Faraday wave is a phenomenon of sloshing due to a heave motion of a partially filled tank,which is also called parametric instability or parametric resonance.In the present paper,the phenomenon of faraday wave in a pure heave excited square tank is numerically simulated through the moving particle semi-implicit(MPS)method.The surface tension effect and a new Dirichlet boundary condition for the pressure Poisson equation are considered to avert unphysical fragmentation and clustering of particles in splash simulation.In the numerical simulation,the evolution of wave motion,and the non-linearity together with breaking phenomenon of faraday wave can be observed.The agreement is good in general,both amplitude and phase.Besides,the parameter studies including the excitation frequency and the forcing amplitude are carried out to analyses the mechanism of resonances response. 展开更多
关键词 Liquid sloshing faraday wave moving particle semi-implicit(MPS)method surface tension mlparticle-sjtu solver
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