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空间刚性杆-弹簧组合结构轨道、姿态祸合耦合动力学分析
作者(Author)：尹婷婷,邓子辰,胡伟鹏,李庆军,曹珊珊
关键词(KeyWords)：太阳帆塔,刚性杆一弹簧,地球非球摄动,辛(几何)算法,能量偏差
摘要(Abstract)：以空间太阳帆塔在轨运行中遇到的强耦合动力学问题为研究背景，建立了空间刚性杆一弹簧组介结构轨道与姿态耦合问题的动力学模型，采用辛(几何)算法研究了其轨道与姿态耦合的动力学行为，研究结果可以从系统的能量保持情况间接得到验证.首先，基于变分原理，通过引入对偶变量将描述空间刚性杆一弹簧组合结构动力学行为的拉格朗日方程导入哈密尔顿体系，建立简化模型的正则控制方程;随后，采用辛龙格库塔方法模拟分析了地球非球摄动对轨道、姿态的影响及系统能量的数值偏差问题.数值模拟结果显示:随着初始姿态角速度增大，轨道半径的扰动增大，轨道与姿态之间的耦合效应加剧;带谐摄动对空间刚性杆一弹簧组介结构模型的轨道、姿态产生的影响比田谐摄动要高出至少两个数量级;同时辛龙格库塔方法能更好地快速模拟地球非球摄动影响下空间刚性杆一弹簧组合结构的动力学行为，并能够长时间保持系统的总能量，有望为超大空间结构实时反馈控制提供实时动力学响应结果.
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径向基点插值法在旋转柔性梁动力学中的应用
作者(Author)：杜超凡,章定国,洪嘉振
关键词(KeyWords)：柔性梁,径向基点插值法,无网格法,动力学,数值积分方法
摘要(Abstract)：将无网格径向基点插值法用于旋转柔性梁的动力学分析.利用无网格方法对柔性梁的变形场进行离散，考虑梁的纵向拉伸变形和横向弯曲变形，并计入横向弯曲变形引起的纵向缩短，即非线性祸介项，运用第二类拉格朗日方程推导得到系统刚柔祸介动力学方程.将无网格径向基点插值法的仿真结果有限元法和假设模态法进行比较分析，说明假设模态法的局限性，并表明其作为一种柔性体离散方法在刚柔祸介多体系统动力学的研究中具有可推广性，并讨论了径向基形状参数的影响.同时运用3种求解系统动力学方程的方法:纽马克方法、4阶龙格库塔法、亚当姆斯预报校正法，并比较各方法的计算效率，结果表明纽马克方法最快.
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近场动力学与有限元方法耦合求解热传导问题
作者(Author)：刘硕 ,方国东,王兵,付茂青,梁军
关键词(KeyWords)：近场动力学,耦合,有限元法,热传导
摘要(Abstract)：求解含裂纹等小连续问题一自是计算力学的重点研究课题之一，以偏微分方程为基础的连续介质力学方法处理小连续问题时而临很大的困难.近场动力学方法是一种基于积分方程的非局部理论，在处理小连续问题时有很大的优越性.本文提出了求解含裂纹热传导问题的一种新的近场动力学与有限元法的耦合方法.结介近场动力学方法处理小连续问题的优势以及有限元方法计算效率高的优势，将求解区域划分为两个区域，近场动力学区域和有限元区域.包含裂纹的区域采用近场动力学方法建模，其他区域采用有限元方法建模.本文提出的祸介方案实施简单方便，近场动力学区域与有限元区域之间小需要设置重叠区域.耦合方法通过近场动力学粒子与其域内所有粒子(包括近场动力学粒子和有限元节点)以非局部方式连接，有限元节点与其周围的所有粒子以有限元方式相互作用.将有限元热传导矩阵和近场动力学粒子相互作用矩阵写入同一整体热传导矩阵中，并采用Guyan缩聚法进一步减小计算量.分别采用连续介质力学方法和近场动力学方法对一维以及二维温度场算例进行模拟，结果表明，本文的耦合方法具有较高的计算精度和计算效率.该耦合方案可以进一步拓展到热力祸介条件下含裂纹材料和结构的裂纹扩展问题.
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激波与转捩边界层干扰非定常特性数值分析
作者(Author)：童福林,李新亮,唐志共
关键词(KeyWords)：激波/边界层干扰,转捩,低频振荡,低通滤波,自接数值模拟
摘要(Abstract)：激波与边界层干扰的非定常问题是高速飞行器气动设计中基础研究内容之一以和研究主要针对层流和湍流干扰，在分离激波低频振荡及其内在机理方而存在着上游机制和下游机制两类截然小同的理论解释.分析激波与转捩边界层干扰下非定常运动现象有助于进一步加深理解边界层状态以及分离泡结构对低频振荡特性的影响规律，为揭示其产生机理指出新的方向.采用自接数值模拟方法对来流马赫数2.9, 240压缩拐角内激波与转捩边界层干扰下激波的非定常运动特性进行了数值分析.通过在拐角上游“平板特定的流向位置添加吹吸扰动激发流动转捩，使得进入拐角的边界层处于转捩初期阶段.在验证了计算程序可靠性的基础上，详细分析了转捩干扰下激波运动的间歇性和振荡特征，着重研究了分离泡展向三维结构对激波振荡特性的影响规律，最后还初步探索了转捩干扰下激波低频振荡产生的物理机制.研究结果表明:分离激波的非定常运动仍存在强间歇性和低频振荡特征，其时间尺度约为上游无干扰区内脉动信号特征尺度的10倍量级;分离泡展向三维结构小会对分离激波的低频振荡特征产生实质影响.依据瞬态脉动流场的低通滤波结果，转捩干扰下激波低频振荡的诱因来源于拐角干扰区下游，与流场中分离泡的收缩/膨胀运动存在一定的关联.
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基于ALE有限元法的流固祸合强祸合数值模拟
作者(Author)：何涛
关键词(KeyWords)：流固祸介,有限元法,任意拉格朗日一欧拉,强耦介
摘要(Abstract)：针对小同流固祸介问题，提出一种基于任意拉格朗日一欧拉(ALE)有限元技术的分区强祸介算法.运用半隐式特征线分裂算法求解ALE描述下的小可压缩薪性流体Navier-Stokes方程.分别考虑一般平而运动刚体和几何非线性固体，采用复介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小影响计算效率.运用子块移动技术结介正交一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介Aitken动态松弛技术实现各场祸介，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型桥梁截而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介，计算精度和求解效率均令人满意.
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高雷诺数下多柱绕流特性研究
作者(Author)：李聪洲,张新曙,胡晓峰,李巍,尤云祥
关键词(KeyWords)：圆柱绕流,方柱绕流,改进的延迟分离涡模拟方法,高雷诺数
摘要(Abstract)：柱体结构(包括圆柱、方柱等)广泛应用于海洋工程领域，比如Spar平台、张力腿平台和半潜式平台等.当一定速度的流体流经柱体结构物时，由于x性的存在，会发生边界层分离，形成漩涡，周期性的漩涡脱落导致脉动压力，进而诱发结构物大幅度振动，这可能会破坏海洋平台系泊和立管系统.柱体问的祸合干扰导致多柱式平台表现出与单柱式平台不同的涡激运动特性.因此，柱体绕流的研究具有重要的应用价值.目前，柱体绕流研究方法主要包括实验和计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)数值模拟.国内外学者已对柱体绕流做了大量实验研究，相比于实验研究，CFD数值模拟方法成本低、速度快。近年来，随着计算机技术的不断发展，CFD数值模拟方法更加受到重视.Travin等[fsl运用分离涡(detached-eddy simulation, DES)方法数值模拟了不同雷诺数下单圆柱绕流的情况，验证了DES方法数值模拟圆柱绕流的可行性.及春宁等采用浸入边界法研究了细长柔性圆柱在线性剪切流下的涡激振动特性.吴应湘等，通过模型实验和数值模拟方法，研究了带有涡激振动抑制罩的圆柱体的水动力特性.
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飞机尾涡演变及快速预测的大涡模拟研究
作者(Author)：林孟达,崔桂香,张兆顺,许春晓,黄伟希
关键词(KeyWords)：大涡模拟,飞机尾涡,动态尾流间隔,快速预测
摘要(Abstract)：随着我国人民生活水平的提高，航空运输的重要性与日俱增，航班延误问题也日益严重.尾流间隔(保障后机小受前机尾流影响的最小安全间隔）是制约机场效率的关键因素.针对这一工程应用问题，采用大涡模拟方法研究飞机尾涡在大气中的演变特性.研究工作首先发展了飞机尾涡演变的大涡模拟方法，将自适应网格技术应用于飞机尾涡演变的大涡模拟，大幅减少所需的网格量，提高计算效率.提出了升力而尾涡生成方法，在小增加计算量的情况下实现了尾涡卷起过程和远场衰减的组介模拟.在系列算例分析研究基础上，创建了基于大涡模拟计算结果的尾流间隔快速预测系统.该系统可以根据实时大气风场和进出港的前后飞机机型，快速预测并输出所需的尾流间隔.经过与场地测试数据比较表明，在北京市2014年的“平均风速条件下，本系统预测的尾流间隔可在现有标准基础上缩减7%-50%，能够有效提高机场容量.
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飞机结构气动弹l性分析与控制研究
作者(Author)：胡海岩,赵永辉,黄锐
关键词(KeyWords)：颤振主动抑制,突风载荷减缓,间隙非线性,反馈时滞,非线性模型降阶,风洞实验
摘要(Abstract)：随着主动控制技术的发展，飞机结构设计理念已山提高结构刚度的被动设计转变为随控布局的主动设计.主动设计理念小再刻意回避气动弹性问题，而是采用主动控制技术实时调节结构气动弹性，进而减轻结构重量、优化飞机性能.在飞机随控布局主动设计中，必须深入分析结构与气流之间的祸介，才能更好发挥气动弹性主动控制技术的作用.从20世纪80年代起，航空科技界对该问题进行了长期研究，对飞机结构一空气动力一主动控制相互祸介后的关键力学问题有了深入理解.然而，已有研究多基于简化模型，导致研究结果难以自接应用于工程.本文将针对气动弹性动态问题，综述空气动力非线性、控制而间隙非线性、时滞诱发失稳、颤振主动抑制、突风载荷减缓、风洞实验验证等方而的国内外研究进展，重点介绍近年来作者团队所提出的若十方法及相关算例和风洞实验.最后，指出今后一个时期值得研究的若十气动弹性分析与控制问题.
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断裂力学判据的评述
作者(Author)：嵇醒
关键词(KeyWords)：应力奇异性,应力强度因子,裂纹扩展判据,断裂力学
摘要(Abstract)：从Inglis和Grifhth的著名论文到Irwin和Rice等的奠基性贡献，对断裂力学中的线弹性断裂力学的K判据，界而断裂力学的G判据，和弹塑性断裂力学的J判据作了扼要的综述.介绍了在界而断裂力学G判据的基础上提出的界而断裂力学的K判据，以说明断裂力学的判据存在改进的可能性.在综述中归纳出断裂力学判据中目前还没有较好解决的几个问题.在总结以和断裂力学研究经验的基础上，指出裂纹端应力奇异性的源是对断裂力学判据存在的问题作进一步研究的切入点.探讨了裂纹端应变间断的奇点是裂纹端应力奇异性的源的问题，从而对裂纹端应力强度因子的物理意义进行了讨论.最后，阐述了进行可靠的裂纹端应力场的弹塑性分析是改进弹塑性断裂力学判据的关键，而进行可靠的裂纹端应力场的弹塑性分析的前提是要通过裂纹端应力奇异性的源的研究来获得作用在裂纹端的造成裂纹端应变间断的有限值应力.
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动载下裂纹应力强度因子计算的改进型扩展有限元法
作者(Author)：文龙飞,王理想,田荣
关键词(KeyWords)：改进型XFEM,无额外自由度单位分解,扩展裂纹,动态应力强度因子,线弹性断裂力学
摘要(Abstract)：相较于常规扩展有限元法(extended finite element method, XFEM)，改进型扩展有限元法(improvedXFEM)解决了现有方法线性相关与总体刚度矩阵高度病态问题，在数量级上提升了总体方程的求解效率，克服了现有方法在动力学问题中的能量正确传递、动态应力强度因子数值震荡、精度低卜问题.本文基于改进型XFEM，采用Newmark隐式时问积分算法，重点研究了动载荷作用卜扩展裂纹尖端应力强度因子的求解方法，与静力学方法相比，增加了裂纹扩展速度项与惯性项的贡献.通过数值算例研究了网格单元尺寸、质量矩阵、时问步长、裂尖加强区域、惯性项、扩展速度项及相互作用积分区域J-domain的网格与单元尺寸对动态应力强度因子求解精度的影响，验证了改进型XFEM计算动态裂纹应力强度因子方法的有效性.针对文献中具有挑战性的`I型半无限长裂纹先稳定后扩展”问题，改进型XFEM给出目前为I卜精度最好的动态应力强度因子数值解.
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