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基于SPH-FE方法的波浪中结构物动力特性模拟研究 被引量:1
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作者 杨熠琳 李天 《北京交通大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第3期77-85,共9页
海工结构物在波浪荷载作用下产生动力响应,本文基于光滑粒子流体动力学-有限元(SPH-FE)耦合方法对结构物受孤立波冲击过程中表面压力分布和动力响应特性进行研究.通过溃坝模型模拟了水柱倒塌冲击结构物的过程,分析SPH模型中粒子间距对... 海工结构物在波浪荷载作用下产生动力响应,本文基于光滑粒子流体动力学-有限元(SPH-FE)耦合方法对结构物受孤立波冲击过程中表面压力分布和动力响应特性进行研究.通过溃坝模型模拟了水柱倒塌冲击结构物的过程,分析SPH模型中粒子间距对数值结果的影响,并通过与文献结果对比验证了本文数值方法的可行性.在此基础上研究水柱高度、水柱与结构物间距及结构物刚度对波浪到达时间、结构动力响应和波浪冲击荷载特性的影响.研究结果表明:在本文计算条件下,波浪到达结构物的时间与溃坝初始水柱高度关系不明显,但随水柱与结构物间距的增大而线性增加;结构物顶端位移响应幅值随水柱高度、水柱与结构物间距及结构物刚度的变化较明显;结构物所受波浪冲击荷载与水动力作用呈正相关关系;当水动力作用相同,结构刚度增大时,结构物底端所受波浪力会增大. 展开更多
关键词 水动力学 sph-fe 海工结构物 溃坝 波浪冲击 动力特性
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超高速碰撞下蜂窝夹层板结构优化设计研究 被引量:8
2
作者 袁小雅 马天宝 《兵器装备工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第1期179-184,共6页
为掌握航天器常用的结构材料蜂窝夹层板的超高速碰撞特性与进行结构优化设计,采用光滑质点流体动力学和有限元耦合算法进行数值模拟研究。基于最优拉丁超立方法进行试验设计获得了样本空间,通过仿真结果构建Kriging近似模型并进行验证,... 为掌握航天器常用的结构材料蜂窝夹层板的超高速碰撞特性与进行结构优化设计,采用光滑质点流体动力学和有限元耦合算法进行数值模拟研究。基于最优拉丁超立方法进行试验设计获得了样本空间,通过仿真结果构建Kriging近似模型并进行验证,利用AMGA算法进行迭代计算得到Pareto解集的4个优解。结果表明:优化后的蜂窝夹层板结构可提高蜂窝夹层板的吸能能力,满足轻量化要求。 展开更多
关键词 蜂窝夹层板 超高速碰撞 sph-fe 最优拉丁超立方 AMGA
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一种有限元-光滑粒子流体动力学耦合算法 被引量:11
3
作者 肖毅华 胡德安 韩旭 《计算物理》 EI CSCD 北大核心 2011年第2期219-224,共6页
介绍一种新的有限元-光滑粒子流体动力学耦合算法.通过将SPH法中的粒子固连到单元边界上实现有限元计算与SPH计算的耦合,粒子可以连接到单元边界上的任意点,且一条单元边界可以与多个粒子连接,耦合界面处粒子分布与单元分布无相互限制.... 介绍一种新的有限元-光滑粒子流体动力学耦合算法.通过将SPH法中的粒子固连到单元边界上实现有限元计算与SPH计算的耦合,粒子可以连接到单元边界上的任意点,且一条单元边界可以与多个粒子连接,耦合界面处粒子分布与单元分布无相互限制.应用该算法模拟应力波传播和高速冲击问题.结果表明,算法在应力波传播计算中具有良好的精度,在高速冲击问题中计算精度与SPH法相近的,而计算效率大大提高. 展开更多
关键词 FE-SPH耦合算法 应力波 冲击 固连
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流体与结构相互作用问题的FE-SPH耦合模拟 被引量:10
4
作者 肖毅华 韩旭 胡德安 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第1期13-18,106,共6页
应用有限元(FE)-光滑粒子流体动力学(SPH)耦合法模拟了具有自由表面的不可压流体与结构的相互作用问题。流体和结构分别采用SPH法和有限元法同时求解,两者在交界面处的相互作用通过接触算法进行处理。为了避免隐式计算压力,通过引入人... 应用有限元(FE)-光滑粒子流体动力学(SPH)耦合法模拟了具有自由表面的不可压流体与结构的相互作用问题。流体和结构分别采用SPH法和有限元法同时求解,两者在交界面处的相互作用通过接触算法进行处理。为了避免隐式计算压力,通过引入人工压缩率,将不可压流体近似为人工可压缩流体。采用FE-SPH耦合法对弹性板在随时间变化的水压作用下的变形以及倒塌水柱冲击弹性结构两个问题进行了模拟。模拟结果与实验结果以及其他已有数值结果符合良好,说明FE-SPH耦合法用于流体与结构相互作用问题的模拟是可行和有效的。 展开更多
关键词 流体与结构相互作用 有限元-光滑粒子流体动力学耦合 接触算法 人工压缩率
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含铝炸药在混凝土介质中爆炸响应的FE-SPH算法模拟研究 被引量:3
5
作者 杨刚 郑建民 胡德安 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2016年第1期28-33,39,共7页
采用自编程实现的二维轴对称FE-SPH耦合算法对含铝炸药在混凝土介质中的爆炸响应过程进行模拟研究。含铝炸药的爆炸过程采用JWL方程结合Miller反应率方程来描述,同时采用粒子接触算法避免爆炸响应后转化的SPH粒子点间形成堆积及非物理... 采用自编程实现的二维轴对称FE-SPH耦合算法对含铝炸药在混凝土介质中的爆炸响应过程进行模拟研究。含铝炸药的爆炸过程采用JWL方程结合Miller反应率方程来描述,同时采用粒子接触算法避免爆炸响应后转化的SPH粒子点间形成堆积及非物理穿透。对不同含铝量的高能炸药在不同埋深下爆炸响应过程进行模拟,通过对混凝土的毁伤及预设动能杆的运动分析,结果表明,所实现的FE-SPH耦合算法能够稳定再现含铝炸药爆炸对混凝土介质的破坏响应过程,并且响应的特征参量也与实验数据吻合。 展开更多
关键词 含铝炸药 爆炸 FE-SPH耦合方法 数值模拟
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三维自适应FE-SPH耦合算法在多层间隔金属靶侵彻问题中的应用 被引量:7
6
作者 胡德安 孙占华 朱婷 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第3期416-422,共7页
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... 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。 展开更多
关键词 爆炸力学 FE-SPH耦合算法 侵彻 等效塑性应变 多层间隔金属靶
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基于FE-SPH耦合算法的球体冲击问题研究
7
作者 李旦 赵廷渝 《四川理工学院学报(自然科学版)》 CAS 2017年第2期53-58,共6页
为充分利用SPH方法处理大变形问题与FEM方法处理冲击问题时各自的优势,提出了新型的三维SPH-FEM耦合算法,该算法在大变形区域采用SPH粒子离散,从而克服FEM方法单元畸变存在的问题,其他模拟区域使用FEM单元离散,既可以避免SPH边界效应,... 为充分利用SPH方法处理大变形问题与FEM方法处理冲击问题时各自的优势,提出了新型的三维SPH-FEM耦合算法,该算法在大变形区域采用SPH粒子离散,从而克服FEM方法单元畸变存在的问题,其他模拟区域使用FEM单元离散,既可以避免SPH边界效应,也能保证耦合界面物理量具有连续性。使用该算法分别对球体冲击土壤与水域的过程进行了三维数值模拟,选取含损伤的Johnson-Cook模型和Mie-Gruneisen状态方程对土壤与水域进行参数计算,对比分析球体在土壤与水域中的速度、加速度以及有效应力数据结果,分析可知,此次模拟结果与其他已有仿真结果基本吻合,验证了采用FE-SPH耦合算法处理结构与流体相互作用问题是可行和有效的,为求解流固耦合问题提供了一条崭新的途径。 展开更多
关键词 FE—SPH耦合算法 边界条件 流固耦合 数值模拟
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Investigation of Wave-Structure Interaction Using State of the Art CFD Techniques 被引量:2
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作者 Jan Westphalen Deborah M. Greaves +6 位作者 Alison Raby Zheng Zheng Hu Derek M. Causon Clive G. Mingham Pourya Omidvar Peter K. Stansby Benedict D. Rogers 《Open Journal of Fluid Dynamics》 2014年第1期18-43,共26页
The suitability of computational fluid dynamics (CFD) for marine renewable energy research and development and in particular for simulating extreme wave interaction with a wave energy converter (WEC) is considered. Fu... The suitability of computational fluid dynamics (CFD) for marine renewable energy research and development and in particular for simulating extreme wave interaction with a wave energy converter (WEC) is considered. Fully nonlinear time domain CFD is often considered to be an expensive and computationally intensive option for marine hydrodynamics and frequency-based methods are traditionally preferred by the industry. However, CFD models capture more of the physics of wave-structure interaction, and whereas traditional frequency domain approaches are restricted to linear motions, fully nonlinear CFD can simulate wave breaking and overtopping. Furthermore, with continuing advances in computing power and speed and the development of new algorithms for CFD, it is becoming a more popular option for design applications in the marine environment. In this work, different CFD approaches of increasing novelty are assessed: two commercial CFD packages incorporating recent advances in high resolution free surface flow simulation;a finite volume based Euler equation model with a shock capturing technique for the free surface;and meshless Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) method. These different approaches to fully nonlinear time domain simulation of free surface flow and wave structure interaction are applied to test cases of increasing complexity and the results compared with experimental data. Results are presented for regular wave interaction with a fixed horizontal cylinder, wave generation by a cone in driven vertical motion at the free surface and extreme wave interaction with a bobbing float (The Manchester Bobber WEC). The numerical results generally show good agreement with the physical experiments and simulate the wave-structure interaction and wave loading satisfactorily. The grid-based methods are shown to be generally less able than the meshless SPH to capture jet formation at the face of the cone, the resolution of the jet being grid dependent. 展开更多
关键词 WAVE Loading WAVE Energy Wave-Structure Interaction Manchester Bobber CFD Physical Experiments FV CV-FE SPH Cartesian-Cut-Cell SPHysics AMAZON SC STAR CCM+ CFX
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基于有限元和光滑粒子流体动力学的硬质工具钢切屑形貌预测方法研究(英文)
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作者 Usama UMER Jaber Abu QUDEIRI +1 位作者 Mohammad ASHFAQ Abdulrahman AL-AHMARI 《Journal of Zhejiang University-Science A(Applied Physics & Engineering)》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第11期873-885,共13页
目的:获得有效的高精度切屑形貌仿真方法。创新点:通过比较不同切削参数下采用光滑粒子流体动力学模型和有限元模型仿真获得的切屑形貌,证明光滑粒子流体动力学模型可以很好地实现对节状切屑的仿真,而不需要额外的几何或基于网格的切屑... 目的:获得有效的高精度切屑形貌仿真方法。创新点:通过比较不同切削参数下采用光滑粒子流体动力学模型和有限元模型仿真获得的切屑形貌,证明光滑粒子流体动力学模型可以很好地实现对节状切屑的仿真,而不需要额外的几何或基于网格的切屑分离准则。方法:基于有限元和光滑粒子流体动力学的切削形貌仿真方法。结论:通过比较不同切削参数下采用光滑粒子流体动力学模型和有限元模型仿真获得的切屑形貌,证明了基于裂纹形成与扩展理论,采用合理疲劳参数的标准Johnson-Cook模型完全可以实现对节状切屑形成过程的仿真,也即无需采用修正的Johnson-Cook模型。同时证明了有限元模型和光滑粒子流体动力学方法均可满足不同切削速度和进给量条件下的切削力和切屑形貌仿真。 展开更多
关键词 切屑形貌 有限元 光滑粒子流体动力学 淬硬工具钢 锯齿形切屑
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Smoothed particle hydrodynamics based numerical study of hydroplaning considering permeability characteristics of runway surface
10
作者 Yang YANG Xingyi ZHU +1 位作者 Denis JELAGIN Alvaro GUARIN 《Frontiers of Structural and Civil Engineering》 SCIE EI CSCD 2024年第3期319-333,共15页
The presence of water films on a runway surface presents a risk to the landing of aircraft.The tire of the aircraft is separated from the runway due to a hydrodynamic force exerted through the water film,a phenomenon ... The presence of water films on a runway surface presents a risk to the landing of aircraft.The tire of the aircraft is separated from the runway due to a hydrodynamic force exerted through the water film,a phenomenon called hydroplaning.Although a lot of numerical investigations into hydroplaning have been conducted,only a few have considered the impact of the runway permeability.Hence,computational problems,such as excessive distortion and computing efficiency decay,may arise with such numerical models when dealing with the thin water film.This paper presents a numerical model comprising of the tire,water film,and the interaction with the runway,applying a mathematical model using the smoothed particle hydrodynamics and finite element(SPH-FE)algorithm.The material properties and geometric features of the tire model were included in the model framework and water film thicknesses from 0.75 mm to 7.5 mm were used in the numerical simulation.Furthermore,this work investigated the impacts of both surface texture and the runway permeability.The interaction between tire rubber and the rough runway was analyzed in terms of frictional force between the two bodies.The SPH-FE model was validated with an empirical equation proposed by the National Aeronautics and Space Administration(NASA).Then the computational efficiency of the model was compared with the traditional coupled Eulerian-Lagrangian(CEL)algorithm.Based on the SPH-FE model,four types of the runway(Flat,SMA-13,AC-13,and OGFC-13)were discussed.The simulation of the asphalt runway shows that the SMA-13,AC-13,and OGFC-13 do not present a hydroplaning risk when the runway permeability coefficient exceeds 6%. 展开更多
关键词 sph-fe approach HYDROPLANING numerical simulation surface texture runway surface reconstruction
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基于三维FE-SPH自适应耦合算法的子弹侵彻混凝土靶跳飞问题模拟 被引量:8
11
作者 杨刚 梁超 +1 位作者 刘平 胡德安 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2013年第9期276-282,共7页
利用三维FE-SPH自适应耦合算法对子弹斜侵彻混凝土靶时的跳飞现象进行了数值模拟。提取了跳飞过程中子弹的线性速率、加速度、角动量和转动力矩随时间的变化曲线,对子弹跳飞过程及产生的原因进行了分析。结果表明,混凝土靶作用于子弹的... 利用三维FE-SPH自适应耦合算法对子弹斜侵彻混凝土靶时的跳飞现象进行了数值模拟。提取了跳飞过程中子弹的线性速率、加速度、角动量和转动力矩随时间的变化曲线,对子弹跳飞过程及产生的原因进行了分析。结果表明,混凝土靶作用于子弹的不对称阻力所产生的力矩是子弹跳飞的根本原因。在以上分析的基础上,该文研究了子弹初始速度、入射倾角以及靶板厚度等条件对跳飞的影响规律,取得了一些定量的结果。 展开更多
关键词 爆炸力学 跳飞 FE-SPH耦合 混凝土 斜侵彻
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基于FE-SPH自适应耦合算法对长杆弹侵彻反应装甲的模拟研究 被引量:3
12
作者 杨刚 傅奕轲 +1 位作者 郑建民 胡德安 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2016年第1期223-231,共9页
该文采用自编程序实现的FE-SPH自适应耦合算法对长杆弹侵彻反应装甲的过程开展了数值模拟研究。为了实现反应装甲中的凝聚炸药在长杆弹冲击作用下的起爆过程,在FE-SPH自适应耦合算法中嵌入了凝聚炸药的点火-增长模型。该文首先应用FE-SP... 该文采用自编程序实现的FE-SPH自适应耦合算法对长杆弹侵彻反应装甲的过程开展了数值模拟研究。为了实现反应装甲中的凝聚炸药在长杆弹冲击作用下的起爆过程,在FE-SPH自适应耦合算法中嵌入了凝聚炸药的点火-增长模型。该文首先应用FE-SPH自适应耦合算法对二维轴对称反应装甲冲击起爆模型进行了模拟分析,并以此验证了自适应FE-SPH自适应耦合算法对此类问题模拟的可行性和有效性。其次,针对长杆弹斜侵彻反应装甲的过程进行模拟,再现了反应装甲动态响应干扰长杆弹入侵的过程。通过与相关实验数据结果及其他方法模拟的结果对比,FE-SPH自适应耦合方法能够有效地对长杆弹侵彻反应装甲和后效目标靶进行一体化仿真。 展开更多
关键词 工程力学 反应装甲 FE-SPH 侵彻 起爆
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双硬度靶对球形弹丸的防护性能
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作者 周楠 王金相 +1 位作者 杨瑞 谢君 《高压物理学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第5期564-570,共7页
以钢/铝双硬度爆炸焊接复合靶为研究对象,采用系列弹道实验和数值模拟方法,研究了其在球形弹丸垂直侵彻作用下的抗侵彻性能。侵彻实验利用直径为14.5mm的滑膛枪发射直径为6mm的钢质球形弹丸;采用LS-DYNA3D非线性有限元程序和有限元-光... 以钢/铝双硬度爆炸焊接复合靶为研究对象,采用系列弹道实验和数值模拟方法,研究了其在球形弹丸垂直侵彻作用下的抗侵彻性能。侵彻实验利用直径为14.5mm的滑膛枪发射直径为6mm的钢质球形弹丸;采用LS-DYNA3D非线性有限元程序和有限元-光滑粒子流体动力学(FE-SPH)耦合法,进行数值模拟。基于实验和数值模拟结果,分析了不同靶板的毁伤机理和破坏模式,以及靶板厚度、强度等因素对复合靶抗侵彻性能的影响。结果表明:在球形弹丸的垂直侵彻作用下,钢面板发生剪切冲塞破坏,铝背板发生延性扩孔破坏;对于双层靶而言,钢面板与铝背板的厚度比约为2/3时,复合靶的抗侵彻性能最差;数值计算结果与实验结果吻合良好,表明FE-SPH耦合算法可较好地预测双层复合靶板的抗侵彻性能。 展开更多
关键词 双硬度靶 抗侵彻性能 毁伤机理 有限元-光滑粒子流体动力学耦合法
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FLUID-STRUCTURE INTERACTION OF HYDRODYNAMIC DAMPER DURING THE RUSH INTO THE WATER CHANNEL 被引量:3
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作者 XU Qing-xin SHEN Rong-ying 《Journal of Hydrodynamics》 SCIE EI CSCD 2008年第5期583-590,共8页
The hydrodynamic damper is a device to decrease the motion of armament carrier by use of the water resistance. When hydrodynamic damper rushes into the water channel with high velocity, it is a complicated flow phenom... The hydrodynamic damper is a device to decrease the motion of armament carrier by use of the water resistance. When hydrodynamic damper rushes into the water channel with high velocity, it is a complicated flow phenomenon with fluid-structure interaction, free surface and moving interface. Numerical simulation using the Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) method coupled with the Finite Element (FE) method was successfully conducted to predict the dynamic characteristics of hydrodynamic damper. The water resistance, the pressure in the interface and the stress of structure were investigated, and the relationship among the peak of water resistance, initial velocity and actual draught was also discussed. The empirical formula was put forward to predict the water resistance. And it is found that the resistance coefficient is commonly in the range of 0.3 ≤ C ≤ 0.5, when the initial velocity is larger than 50 m/s. It can be seen that the SPH method coupled with the FE method has many obvious advantages over other numerical methods for this complicated flow problem with fluid-structure interaction. 展开更多
关键词 hydrodynamic damper fluid-structure interaction Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) method Finite Element (FE) method
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