高精度SPH的改進(jìn)與波浪拍擊機(jī)理研究2011-01-01~2013-12-3120（萬(wàn)元）青年科學(xué)基金項(xiàng)目鄭興副教授哈爾濱工程大學(xué)中文摘要波浪拍擊問(wèn)題一直是水動(dòng)力學(xué)研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題，是甲板上浪、船艏砰擊和大幅液艙晃蕩的理論基礎(chǔ)，為船舶與海洋結(jié)構(gòu)物的設(shè)計(jì)和維護(hù)提供重要參考。但是，目前采用的數(shù)值方法由于網(wǎng)格生成和變形的復(fù)雜性，對(duì)于該問(wèn)題的研究還十分有限。近年來(lái)無(wú)網(wǎng)格方法引起學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，無(wú)網(wǎng)格方法依靠其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在該研究領(lǐng)域得到了一些可信的計(jì)算結(jié)果。深入研究發(fā)現(xiàn)，無(wú)網(wǎng)格方法在粒子不規(guī)則分布時(shí)核近似精度降低，粒子系統(tǒng)能量守恒性較差，壓力場(chǎng)結(jié)果存在偽振動(dòng)現(xiàn)象等若干缺點(diǎn)。針對(duì)以上不足，本課題通過(guò)多種高精度核近似方法比較，提出最優(yōu)核近似方法。采用Rankine源方法對(duì)壓力的Poisson方程進(jìn)行降階處理，提高壓力結(jié)果的穩(wěn)定性。在相匹配的精細(xì)固壁邊界和自由表面邊界處理方法上，結(jié)合有關(guān)變量的光順技術(shù)，得到穩(wěn)定可靠的高精度SPH方法。與典型波浪拍擊實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較，對(duì)改進(jìn)SPH方法的可靠性進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)波浪拍擊的水動(dòng)力學(xué)機(jī)理進(jìn)行量化研究。強(qiáng)非線性自由表面流對(duì)船舶作用的SPH模擬方法2006-01-01~2008-12-3138（萬(wàn)元）青年科學(xué)基金項(xiàng)目段文洋教授哈爾濱工程大學(xué)中文摘要面對(duì)海洋資源開(kāi)發(fā)和海上油氣運(yùn)輸所提出的甲板上浪砰擊、船首砰擊和液艙砰擊等船舶水動(dòng)力學(xué)中人們尚未完全了解的強(qiáng)非線性自由面流現(xiàn)象，和現(xiàn)有基于網(wǎng)格技術(shù)的歐拉或者歐拉-拉格朗日混合的數(shù)值方法模擬上述問(wèn)題的困難，如：大變形/大陡波、高速/高壓砰擊、復(fù)雜邊界等。引入光滑質(zhì)點(diǎn)流體動(dòng)力學(xué)（SPH）這一無(wú)網(wǎng)格技術(shù)，發(fā)揮SPH純粹拉格朗日粒子性、流場(chǎng)自適應(yīng)性、直接描述大變形和追蹤物質(zhì)界面等的優(yōu)勢(shì)。重點(diǎn)解決翻卷、破碎等。高階Godunov格式的SPH方法及超高速碰撞中的應(yīng)用2009-01-01~2011-12-3126（萬(wàn)元）青年科學(xué)基金項(xiàng)目徐志宏講師中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)中文摘要光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)方法作為一種純Lagrange無(wú)網(wǎng)格算法，在計(jì)算大變形等問(wèn)題中具有特殊的優(yōu)勢(shì)。針對(duì)傳統(tǒng)光滑粒子方法中的計(jì)算精度低和不穩(wěn)定現(xiàn)象，本項(xiàng)目在用黎曼解來(lái)描述粒子間的相互作用的基礎(chǔ)上，對(duì)光滑粒子方法進(jìn)行改進(jìn)，采用改進(jìn)的方法對(duì)超高速碰撞現(xiàn)象進(jìn)行數(shù)值模擬，并初步建立起數(shù)值模擬的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系。研究?jī)?nèi)容包括：（1）將二階Godunov格式和Taylor展開(kāi)引入光滑粒子方法，建立高精度的高階Godunov格式的光滑粒子方法；（2）采用高階Godunov格式光滑粒子方法，引入GRAY三相物態(tài)方程對(duì)超高速碰撞碎片云團(tuán)進(jìn)行數(shù)值模擬并研究碎片云團(tuán)的動(dòng)力特性；（3）構(gòu)造數(shù)據(jù)之間的灰色關(guān)聯(lián)度或圖像的幾何關(guān)聯(lián)模型，建立量化的數(shù)值模擬科學(xué)評(píng)估體系。本項(xiàng)目所取得的成果可以為開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的超高速撞擊數(shù)值模擬軟件提供技術(shù)支持。光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)SPH方法對(duì)熱噴涂中粒子沉積過(guò)程的研究及應(yīng)用2007-01-01~2009-12-3126（萬(wàn)元）青年科學(xué)基金項(xiàng)目熊紅兵副教授浙江大學(xué)中文摘要熱噴涂是一項(xiàng)新興的材料技術(shù)，能在比較便宜的基體材料上沉積一定厚度的特殊物性的表面涂層，有著廣闊的市場(chǎng)前景。采用離散顆粒法（DPM）、光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)（SPH）等數(shù)值模擬方法研究噴涂過(guò)程中粒子的飛行和沉積，可以增進(jìn)噴涂機(jī)理的研究、提高技術(shù)水平。本項(xiàng)目在已取得的工作基礎(chǔ)上，圍繞粒子的霧化、升溫、加速、熔化、蒸發(fā)、氧化，以及流動(dòng)、冷卻、凝固等過(guò)程中所涉及的多相流問(wèn)題進(jìn)行了深入的研究。結(jié)合DPM和SPH方法，建立了完整的粒子多相流過(guò)程的數(shù)值模型(LAVA-DPM-SPH)。用該模型研究了高溫等離子體射流的流場(chǎng)，提出了預(yù)測(cè)納米粒子前驅(qū)物的霧化平均粒徑的半經(jīng)驗(yàn)公式，計(jì)算了不同材料、不同直徑的粒子在射流中的溫度、速度，以及不同參數(shù)的粒子的沉積過(guò)程。擠出過(guò)程數(shù)值模擬的無(wú)網(wǎng)格粒子法2009-01-01~2011-12-3125（萬(wàn)元）地區(qū)科學(xué)基金項(xiàng)目江順亮教授南昌大學(xué)中文摘要研究?jī)?nèi)容分三個(gè)方面：固體輸送的DEM方法、熔體流動(dòng)的SPH方法和傳熱分析的SPH方法，熔融的無(wú)網(wǎng)格粒子法數(shù)值模擬暫時(shí)沒(méi)有涉及，因此還遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到擠出過(guò)程全程數(shù)值模擬的階段。項(xiàng)目初期，建立了SPH數(shù)值模擬的計(jì)算框架和粒子系統(tǒng)的顯示方法。固體輸送的DEM方法的缺點(diǎn)是過(guò)長(zhǎng)的計(jì)算時(shí)間，項(xiàng)目組利用GPU實(shí)現(xiàn)DEM方法的并行計(jì)算，初步計(jì)算結(jié)果表明計(jì)算速度提高數(shù)十倍。SPH方法在聚合物加工中的模擬還不成熟，主要是穩(wěn)定性不夠；另外，邊界條件的處理也是SPH方法的難點(diǎn)。重點(diǎn)研究了不可壓縮SPH方法（ISPH）和弱可壓縮SPH方法（WCSPH）及其邊界處理方法，并對(duì)二維旋轉(zhuǎn)螺槽物理模型進(jìn)行了ISPH數(shù)值模擬，同時(shí)采用SPH方法計(jì)算螺槽橫截面上非牛頓流的流動(dòng)。正在進(jìn)行單螺桿旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的流動(dòng)ISPH數(shù)值模擬和非充滿的旋轉(zhuǎn)流動(dòng)及其實(shí)驗(yàn)。研究了瞬態(tài)傳熱的二階微分方程和降階微分方程組的SPH方法及其熱邊界處理方法，獲得了良好的精度和穩(wěn)定性。齒輪傳動(dòng)中沖擊、接觸及正確嚙合過(guò)程的動(dòng)態(tài)數(shù)值計(jì)算方法研究2011-01-01~2013-12-3130（萬(wàn)元）面上項(xiàng)目熱合買(mǎi)提江·依明博士生新疆大學(xué)中文摘要本研究用光滑粒子動(dòng)力學(xué)(SPH)方法對(duì)齒輪傳動(dòng)中的沖擊、接觸及正確嚙合過(guò)程進(jìn)行數(shù)值計(jì)算及動(dòng)態(tài)仿真。用SPH方法重點(diǎn)解決一對(duì)齒輪傳動(dòng)的正確離散化方法，定軸轉(zhuǎn)動(dòng)和正確接觸嚙合并傳遞扭矩的SPH手段。引入主動(dòng)輪與從動(dòng)輪定軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的相互干涉和扭矩傳遞等條件，充分考慮離散粒子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等因素，建立齒輪傳動(dòng)的SPH動(dòng)力學(xué)模型，引入不同尺度的光滑粒子及核半徑，解決一對(duì)齒輪沖擊和接觸問(wèn)題。用相關(guān)可視化軟件實(shí)現(xiàn)齒輪傳動(dòng)過(guò)程中的時(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)值模擬。驗(yàn)證本方法模擬齒輪傳動(dòng)中的沖擊、接觸及輪齒折斷問(wèn)題的可行性，分析齒輪傳動(dòng)過(guò)程的動(dòng)力學(xué)行為及其評(píng)價(jià)提供科學(xué)依據(jù)。熱噴涂中顆粒扁平化過(guò)程及其對(duì)涂層性能影響的數(shù)值研究2009-01-01~2011-12-3125（萬(wàn)元）青年科學(xué)基金項(xiàng)目章明宇副研究員北京應(yīng)用物理與計(jì)算數(shù)學(xué)研究所中文摘要本研究建立了一套完善的光滑粒子動(dòng)力學(xué)（SPH）方法，該方法可應(yīng)用于熔滴扁平化過(guò)程數(shù)值模擬研究。發(fā)展了適用于SPH方法的新表面張力模型。利用界面的幾何信息直接重構(gòu)界面，從而計(jì)算表面張力。建立了適用于SPH方法的接觸熱阻和快速凝固數(shù)學(xué)模型。編寫(xiě)了移植性和擴(kuò)展性好的模塊化程序，并實(shí)現(xiàn)了程序的并行化。利用發(fā)展的SPH數(shù)值模擬程序，考察了凝固、表面張力、接觸熱阻以及快速凝固等因素對(duì)熔滴扁平化過(guò)程的影響。該方法還可應(yīng)用于涉及動(dòng)界面、相變以及熱傳導(dǎo)等過(guò)程的數(shù)值模擬研究。地震液化后土體流動(dòng)的光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)模擬研究2009-01-01~2011-12-3120（萬(wàn)元）青年科學(xué)基金項(xiàng)目黃雨教授同濟(jì)大學(xué)中文摘要本項(xiàng)目針對(duì)我國(guó)廣大地震液化地區(qū)的抗震防災(zāi)需求，采用光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)方法（簡(jiǎn)稱(chēng)SPH方法）進(jìn)行土體液化流動(dòng)的計(jì)算模擬研究。首先基于非牛頓流體本構(gòu)模型，開(kāi)展了SPH計(jì)算模擬的基礎(chǔ)算法研究，解決了液化土體大變形流動(dòng)數(shù)值模擬的關(guān)鍵問(wèn)題，編制了GeoSPH數(shù)值計(jì)算程序（軟件著作權(quán)登記號(hào)2011SR018436）；自主研發(fā)了砂土液化流動(dòng)的模型試驗(yàn)系統(tǒng)（發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)CN102024370A），進(jìn)行了液化砂土大變形流動(dòng)的試驗(yàn)研究，為數(shù)值模擬提供了數(shù)據(jù)支持；結(jié)合流體動(dòng)力學(xué)典型問(wèn)題和液化砂土流動(dòng)試驗(yàn)研究，驗(yàn)證和校正了SPH數(shù)值模型；最終建立了正確、有效的地震液化土體流動(dòng)SPH數(shù)值模擬方法。本項(xiàng)目研究成果完善了地震液化分析理論，有力推動(dòng)了先進(jìn)高性能計(jì)算方法在工程地質(zhì)領(lǐng)域的應(yīng)用與創(chuàng)新，具有重要的理論價(jià)值和工程應(yīng)用前景。已發(fā)表SCI收錄論文7篇，SCI源刊3篇（待收錄），充分體現(xiàn)了本研究成果的國(guó)際認(rèn)可度。有關(guān)技術(shù)已在《北川國(guó)家地震遺址博物館策劃與整體方案設(shè)計(jì)》中得到應(yīng)用，為災(zāi)后重建規(guī)劃設(shè)計(jì)與防災(zāi)安全提供了重要理論依據(jù)和技術(shù)保障，并獲得全國(guó)優(yōu)秀城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)（災(zāi)后重建規(guī)劃）一等獎(jiǎng)（2010）。黏性液滴沖擊散粒體壁面的運(yùn)動(dòng)機(jī)理研究2011-01-01~2013-12-3138（萬(wàn)元）面上項(xiàng)目李大鳴教授天津大學(xué)中文摘要在噴淋覆膜過(guò)程中，黏性液滴沖擊散粒體壁面的運(yùn)動(dòng)過(guò)程是控制噴淋覆膜質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)，研究黏性液滴沖擊散粒體壁面的運(yùn)動(dòng)過(guò)程對(duì)確定覆膜厚度、覆膜均勻程度和覆膜過(guò)程中的揚(yáng)塵具有重要實(shí)際工程意義。流體噴射與固體顆粒相互間沖擊、碰撞的耦合運(yùn)動(dòng)過(guò)程涉及到黏性液滴與固體顆粒的碰撞、液滴破碎、固體顆粒是否穩(wěn)定等一系列復(fù)合運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，要應(yīng)用到流體力學(xué)、泥沙運(yùn)動(dòng)力學(xué)和空氣動(dòng)力學(xué)等多學(xué)科理論基礎(chǔ)，對(duì)研究沖擊、碰撞情況下固液氣多相流動(dòng)問(wèn)題，建立基本運(yùn)動(dòng)方程和輔助方程具有重要的理論意義。黏性液滴沖擊散粒體壁面的運(yùn)動(dòng)過(guò)程是復(fù)雜的多相流動(dòng)問(wèn)題，包含一定的不確定和隨機(jī)因素，許多參數(shù)關(guān)系需要大量的試驗(yàn)和實(shí)際觀測(cè)資料來(lái)確定，通過(guò)試驗(yàn)研究確定輔助方程中的物理參數(shù)，驗(yàn)證多相流運(yùn)動(dòng)計(jì)算模擬成果，觀測(cè)噴淋覆膜效果，優(yōu)化噴淋要素選擇，具有重要的實(shí)用價(jià)值。研究應(yīng)用光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)方法描述大變形多相流運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，是當(dāng)前數(shù)值模擬中的重要研究課題。彈性殼體結(jié)構(gòu)垂直和小偏角斜入水撞擊階段三維水動(dòng)力特性研究2009-01-01~2011-12-3123（萬(wàn)元）青年科學(xué)基金項(xiàng)目王本龍副教授上海交通大學(xué)中文摘要本項(xiàng)目研究彈性殼體結(jié)構(gòu)入水撞擊階段的水動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行了楔形體入水過(guò)程的實(shí)驗(yàn)?zāi)M，采用高速攝像記錄了入水過(guò)程中物體速度和復(fù)雜液面的變化過(guò)程。分別采用有限體積法和SPH方法在CPU和GPU聯(lián)合計(jì)算系統(tǒng)建立了有效的能夠處理流固耦合和射流飛濺的數(shù)學(xué)模型和數(shù)值計(jì)算程序。通過(guò)SPH方法模擬入水撞擊過(guò)程液面演化；通過(guò)研究復(fù)雜液面與結(jié)構(gòu)物的撞擊過(guò)程模擬空氣可壓縮性對(duì)結(jié)構(gòu)物的受力影響。研究彈性結(jié)構(gòu)垂直入水和小偏角斜入水過(guò)程中水動(dòng)力載荷變化過(guò)程，預(yù)報(bào)飛濺射流、氣體可壓縮性對(duì)入水物體水動(dòng)力載荷幅值和脈動(dòng)特性的影響，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較。根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果分析水氣兩相流體和結(jié)構(gòu)耦合系統(tǒng)中入水結(jié)構(gòu)物動(dòng)能向射流飛濺和結(jié)構(gòu)體本身彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)移規(guī)律和水動(dòng)力載荷分布、峰值特征及變化過(guò)程，進(jìn)而判斷其對(duì)彈性鈍體入水姿態(tài)和穩(wěn)定性的影響趨勢(shì)。采用NVIDIA高性能圖形芯片建立了基于GPU的計(jì)算系統(tǒng)。引入GPU平臺(tái)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算顯著提高了SPH方法模擬的計(jì)算效率。本項(xiàng)研究成果加深了水動(dòng)力載荷特性的認(rèn)識(shí)，為入水物體姿態(tài)控制、穩(wěn)定性研究、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。面向千萬(wàn)億次計(jì)算的粒子/自由網(wǎng)格高效可擴(kuò)展算法研究2011-01-01~2013-12-3121（萬(wàn)元）國(guó)際(地區(qū))合作與交流項(xiàng)目田榮研究員中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所中文摘要以千萬(wàn)億次1015超級(jí)計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)為標(biāo)志，數(shù)值模擬已經(jīng)進(jìn)入一個(gè)全新的時(shí)代—一個(gè)可以使用數(shù)萬(wàn)至數(shù)十萬(wàn)個(gè)處理器核心進(jìn)行超大規(guī)模并行計(jì)算的時(shí)代。為了發(fā)揮千萬(wàn)億次以及"后"千萬(wàn)億次超級(jí)計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算能力，應(yīng)用程序必須突破兩大關(guān)鍵技術(shù):可擴(kuò)展和可容錯(cuò)。petaPar粒子模擬程序面向千萬(wàn)億次級(jí)計(jì)算，著重研究可擴(kuò)展和可容錯(cuò)技術(shù)，在統(tǒng)一框架下實(shí)現(xiàn)兩種粒子模擬算法:光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)(SPH)和物質(zhì)點(diǎn)法(MPM)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基于patch的SPH和MPM并行算法。SPH和MPM并行算法實(shí)現(xiàn)完全的計(jì)算重疊通信。針對(duì)MPM提出一種通信減少算法，通信量?jī)H為原來(lái)的5%，提高了計(jì)算通信比。petaPar使用動(dòng)態(tài)負(fù)載平衡算法處理計(jì)算過(guò)程中粒子遷移帶來(lái)的負(fù)載不平衡現(xiàn)象。通過(guò)上述方法代碼能夠擴(kuò)展到極大規(guī)模，并且獲得較高的并行效率。petaPar實(shí)現(xiàn)了MPI+pThread層次化并行模式，并對(duì)其可擴(kuò)展性做了分析。在Titan(2012年11月Top500第一)千萬(wàn)億次超級(jí)計(jì)算機(jī)上測(cè)試表明，petaPar代碼可線性擴(kuò)展到26萬(wàn)CPU核，SPH和MPM算法并行效率分別為100%和96%。petaPar實(shí)現(xiàn)了面向應(yīng)用的檢查點(diǎn)技術(shù)，支持變資源重啟動(dòng)，同時(shí)保證檢查點(diǎn)數(shù)據(jù)量最小化。系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理計(jì)算節(jié)點(diǎn)的功能，無(wú)人值守情況下，計(jì)算進(jìn)程異常終止或計(jì)算節(jié)點(diǎn)故障時(shí)，監(jiān)控模塊能夠利用可用節(jié)點(diǎn)自動(dòng)重啟動(dòng)應(yīng)用繼續(xù)執(zhí)行計(jì)算。檢查點(diǎn)技術(shù)和自動(dòng)重啟動(dòng)功能使得系統(tǒng)具有高可容錯(cuò)性。上述有關(guān)高性能計(jì)算的技術(shù)在項(xiàng)目組內(nèi)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期沉淀已日漸成熟，基于這些優(yōu)勢(shì)，項(xiàng)目組與日本東京大學(xué)在粒子模擬算法、高性能應(yīng)用、可視化運(yùn)用等方面展開(kāi)密切的交流與合作，取得顯著的成果。近自由面水下爆炸氣泡與水?，F(xiàn)象相互作用的機(jī)理研究2009-01-01~2011-12-3120（萬(wàn)元）青年科學(xué)基金項(xiàng)目張阿漫教授哈爾濱工程大學(xué)中文摘要近自由液面水下爆炸氣泡的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)十分復(fù)雜，尤其是水?，F(xiàn)象的破碎研究，這類(lèi)現(xiàn)象的發(fā)生與自由面的劇烈變化密切相關(guān)，形成多處不連續(xù)邊界，從數(shù)值模擬的角度來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)的有網(wǎng)格方法無(wú)法模擬水?，F(xiàn)象的破碎、飛濺等現(xiàn)象。且通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)觀察和測(cè)量這種特殊的物理現(xiàn)象難度巨大，目前國(guó)內(nèi)關(guān)于這方面的實(shí)驗(yàn)技術(shù)尚需進(jìn)一步完善。為此，本項(xiàng)目在數(shù)值方面采用無(wú)網(wǎng)格方法（SPH）與邊界元方法（BEM）相結(jié)合的手段，運(yùn)用SPH方法對(duì)水下爆炸前期沖擊波和爆轟產(chǎn)物的生成進(jìn)行模擬，得到水下爆炸氣泡的初始條件，為BEM方法計(jì)算氣泡脈動(dòng)做準(zhǔn)備，建立水下爆炸氣泡與水冢現(xiàn)象耦合數(shù)值模型，采用國(guó)外公開(kāi)發(fā)表的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)數(shù)學(xué)模型的有效性，通過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算了不同距離參數(shù)條件下自由面和氣泡的運(yùn)動(dòng)特征；在實(shí)驗(yàn)方面設(shè)計(jì)了一整套可調(diào)式低電壓水中電火花氣泡生成裝置及配套的專(zhuān)業(yè)氣泡測(cè)量裝置，進(jìn)行大量自由面附近氣泡脈動(dòng)實(shí)驗(yàn)，針對(duì)數(shù)值模擬很難模擬的領(lǐng)域進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，探討了氣泡與水冢現(xiàn)象的相互作用機(jī)理，為相關(guān)研究提供參考。高速水中航行體空泡流的非定常特性研究2010-01-01~2012-12-3145（萬(wàn)元）面上項(xiàng)目劉樺教授上海交通大學(xué)中文摘要盡管定常來(lái)流中局部空泡和超空泡的水汽界面形狀和物體所遭受的水動(dòng)力已有大量研究工作，但是對(duì)物體作非定常運(yùn)動(dòng)下的空泡形狀演化、流場(chǎng)瞬變特性、附連質(zhì)量及受力尚難以定量顯示。水下射彈的速度越來(lái)越高，射彈在空泡區(qū)域內(nèi)往往有不穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)，對(duì)射彈的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性控制帶來(lái)嚴(yán)重威脅。研究高速水中航行體的非定常空泡演化規(guī)律對(duì)深入認(rèn)識(shí)空泡流的脈動(dòng)機(jī)理具有重要的學(xué)術(shù)意義，而且還將為提高這類(lèi)水中兵器的綜合流體動(dòng)力學(xué)性能提供科學(xué)依據(jù)。本項(xiàng)目以研究水中高速航行體的空泡流非定常特性及其機(jī)理為核心，發(fā)展新的基于SPH方法的空泡流數(shù)值模型和基于PIV和高速攝影技術(shù)等先進(jìn)測(cè)量方法的非定?？张萘骶?xì)測(cè)量技術(shù)。通過(guò)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬，揭示非定?？张萘鞯目张菪螤钛莼?、流場(chǎng)瞬變特性、附連質(zhì)量及航行體受力變化規(guī)律。實(shí)現(xiàn)帶空泡水中高速射彈的流固耦合數(shù)值模擬，為流體動(dòng)力特性和射彈穩(wěn)定性研究提供新的研究手段。有限元與MSPH自適應(yīng)耦合方法及其在強(qiáng)沖擊問(wèn)題中的應(yīng)用2010-01-01~2012-12-3120（萬(wàn)元）青年科學(xué)基金項(xiàng)目胡德安副教授湖南大學(xué)中文摘要本項(xiàng)目針對(duì)有限元、SPH等數(shù)值計(jì)算方法在分析強(qiáng)沖擊問(wèn)題時(shí)存在的優(yōu)缺點(diǎn)，在發(fā)展MSPH方法的基礎(chǔ)上，對(duì)分析強(qiáng)沖問(wèn)題的FEM與MSPH自適應(yīng)耦合方法進(jìn)行研究。主要研究以下幾方面的內(nèi)容：1）基于MSPH方法，發(fā)展MSPH方法的計(jì)算穩(wěn)定性處理技術(shù)，提高M(jìn)SPH方法計(jì)算強(qiáng)間斷問(wèn)題的精度，提出粒子與粒子間的接觸算法、隔步相鄰粒子搜索技術(shù)，使MSPH方法能有效地模擬強(qiáng)沖擊問(wèn)題；2）提出基于分區(qū)的有限單元自動(dòng)轉(zhuǎn)化為粒子的方法，發(fā)展耦合方法中存在的有限單元與粒子間接觸界面和耦合界面的計(jì)算方法，實(shí)現(xiàn)有限元與MSPH的自適應(yīng)耦合；3）基于區(qū)域分解的思想，開(kāi)發(fā)FEM與MSPH自適應(yīng)耦合方法并行計(jì)算程序，以滿足工程實(shí)際中大型三維強(qiáng)沖擊問(wèn)題模擬的應(yīng)用需求。微重力環(huán)境下巖土顆粒流動(dòng)性態(tài)研究2011-01-01~2013-12-3144（萬(wàn)元）面上項(xiàng)目黃雨教授同濟(jì)大學(xué)中文摘要本項(xiàng)目根據(jù)我國(guó)空間科技發(fā)展需求，針對(duì)當(dāng)前缺乏微重力環(huán)境下巖土特性研究的現(xiàn)狀，以空心扭剪三軸試驗(yàn)、落塔模型試驗(yàn)為基礎(chǔ)，開(kāi)展微重力環(huán)境下的巖土顆粒流動(dòng)性態(tài)研究,分析流動(dòng)特征及其規(guī)律，并采用光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)（簡(jiǎn)稱(chēng)SPH）方法進(jìn)行相關(guān)數(shù)值模擬。首先，進(jìn)行不同有效圍壓條件下的土樣循環(huán)扭剪三軸試驗(yàn)，以分析重力環(huán)境變化對(duì)巖土顆粒力學(xué)性質(zhì)的影響；然后，開(kāi)展落塔模型試驗(yàn)研究，采集微重力條件下巖土顆粒流動(dòng)變形過(guò)程的動(dòng)態(tài)反應(yīng)數(shù)據(jù)，捕捉流速、沖擊力及流動(dòng)構(gòu)型；再針對(duì)不同重力環(huán)境下的巖土顆粒流動(dòng)運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，進(jìn)行跨尺度SPH計(jì)算方法研究，與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，建立微重力環(huán)境下巖土顆粒流動(dòng)問(wèn)題的高性能數(shù)值模擬方法。其研究成果將有助于揭示微重力環(huán)境下巖土顆粒的流動(dòng)性態(tài)及動(dòng)力演化機(jī)理，有力推動(dòng)工程地質(zhì)科學(xué)在空間科技，尤其是宇宙空間建設(shè)工程中的應(yīng)用與創(chuàng)新，具有重要的科學(xué)理論價(jià)值及工程應(yīng)用前景。兩相流微納尺度傳熱傳質(zhì)的多尺度數(shù)值模擬研究2007-01-01~2009-12-3130（萬(wàn)元）面上項(xiàng)目盧文強(qiáng)教授中國(guó)科學(xué)院大學(xué)中文摘要本項(xiàng)目針對(duì)兩相流中發(fā)生在微納米尺度傳熱傳質(zhì)過(guò)程的一些工程與科學(xué)問(wèn)題，如，超臨界水生物質(zhì)顆粒制氫、火災(zāi)噴淋滅火、納米孔徑多孔膜透析與過(guò)濾等，研究這些問(wèn)題數(shù)值模擬的數(shù)理模型與多尺度計(jì)算方法，并開(kāi)展相關(guān)的數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究。對(duì)于兩相流微米尺度相變、熱解、傳熱傳質(zhì)問(wèn)題，構(gòu)建了邊界元－有限體積多尺度計(jì)算方法，考慮了微米顆粒自身運(yùn)動(dòng)軌跡，考慮了顆粒大小在相變與熱解過(guò)程發(fā)生變化時(shí)對(duì)兩相流熱物性的影響，比現(xiàn)有國(guó)際上同類(lèi)工作前進(jìn)了一步。首次推導(dǎo)出兩相流非平衡相變定壓比熱理論計(jì)算公式,研究了定壓比熱與兩相流非平衡相變傳熱過(guò)程的相互影響。分別對(duì)微米孔徑和納米孔徑內(nèi)流動(dòng)傳質(zhì)過(guò)程開(kāi)展了光滑顆粒動(dòng)力學(xué)(SPH)和分子動(dòng)力學(xué)（MD）模擬，構(gòu)造了SPH與MD耦合的宏觀－微觀跨尺度計(jì)算方法，對(duì)跨尺度計(jì)算進(jìn)行了新的探索。項(xiàng)目研究揭示一些新物理現(xiàn)象與規(guī)律，如，超臨界水生物質(zhì)顆粒制氫過(guò)程機(jī)理；噴淋滅火中霧狀流型形成、發(fā)展與顆粒相變傳熱，及其與火焰煙氣相互作用機(jī)制；多孔膜納米孔徑內(nèi)特殊輸運(yùn)過(guò)程的新現(xiàn)象與納米尺度效應(yīng)，納米膜透析與過(guò)濾機(jī)理，K-K公式適用范圍，等等。這些研究成果具有重要科學(xué)意義與學(xué)術(shù)價(jià)值，并將具有重要的應(yīng)用價(jià)值。海上結(jié)構(gòu)物的水彈性沖擊問(wèn)題研究2009-01-01~2011-12-3133（萬(wàn)元）面上項(xiàng)目任冰教授大連理工大學(xué)中文摘要本項(xiàng)目通過(guò)物模試驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法研究了波浪對(duì)浪濺區(qū)彈性結(jié)構(gòu)物的沖擊作用。發(fā)展了水彈性試驗(yàn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了水彈性物模實(shí)驗(yàn)對(duì)流固耦聯(lián)體的物理仿真。通過(guò)物模試驗(yàn)得到了最大沖擊壓力峰值超值概率分布、沖擊荷載作用下水平板的最大加速度響應(yīng)及其發(fā)生的時(shí)間，給出了結(jié)構(gòu)物所受沖擊壓力和振動(dòng)加速度的變化特性。建立了BFC-VOF數(shù)學(xué)模型，采用正交坐標(biāo)變換方法實(shí)現(xiàn)了任意復(fù)雜區(qū)域的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分，修正了適體坐標(biāo)下的壓力－速度修正方程和自由表面單元的動(dòng)力邊界條件。實(shí)現(xiàn)了波浪對(duì)具有復(fù)雜物面邊界條件沖擊過(guò)程流場(chǎng)的精細(xì)模擬。建立了基于SPH方法的CSPM-R模型，通過(guò)降低固壁粒子與附近流體粒子之間的壓力梯度提出了一種新的固壁粒子壓力計(jì)算方法，解決了由于邊界粒子積分域缺失導(dǎo)致的計(jì)算域壓力場(chǎng)振蕩問(wèn)題。提出了可降低計(jì)算域內(nèi)流體粒子布置密度的沖擊邊界條件，消除了當(dāng)結(jié)構(gòu)物凈空小于粒子間距時(shí)結(jié)構(gòu)物對(duì)流體粒子的擾動(dòng)，克服了采用固壁粒子法處理結(jié)構(gòu)物邊界在模擬小凈空沖擊問(wèn)題和薄板沖擊問(wèn)題時(shí)存在的流體粒子簇?fù)?、流?chǎng)紊亂和粒子穿透缺陷。機(jī)場(chǎng)跑道鋼纖維混凝土在壓剪復(fù)合載荷下?lián)p傷破壞機(jī)理研究2008-01-01~2010-12-3124（萬(wàn)元）聯(lián)合基金項(xiàng)目王志亮教授同濟(jì)大學(xué)中文摘要采用理論分析、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)測(cè)試相結(jié)合的方法，對(duì)鋼纖維混凝土（SFRC）的壓剪破壞機(jī)理及其工程應(yīng)用進(jìn)行了較為深入的研究，取得了系列成果。在基礎(chǔ)理論研究方面，推導(dǎo)并建立了增量型本構(gòu)關(guān)系的普適形式，發(fā)展了包含內(nèi)變量硬軟化行為及其相互間耦合作用的SFRC損傷本構(gòu)；得出隨著纖維含量增大混凝土粘聚力增大而內(nèi)摩擦角呈現(xiàn)減小趨勢(shì)的結(jié)論；揭示了高圍壓下纖維含量大的SFRC韌性盡管有所提高，但抗壓強(qiáng)度反而比素混凝土低現(xiàn)象；指出了對(duì)于高含量的鋼纖維混凝土，在疲勞破壞初期應(yīng)變率的硬化效應(yīng)要超過(guò)材料的損傷軟化作用等。在計(jì)算方法研究方面，發(fā)展了高精度的沖擊波計(jì)算問(wèn)題有限差分格式；開(kāi)發(fā)出求解高速?zèng)_擊問(wèn)題的精確本構(gòu)模塊；研制了光滑粒子法（SPH）和有限元（FEM）的耦合算法并對(duì)飛機(jī)起降下的混凝土跑道破壞進(jìn)行了模擬；同時(shí)對(duì)SPH中的自適應(yīng)粒子分布算法開(kāi)展了部分研究。這些計(jì)算程序可彌補(bǔ)現(xiàn)有的商業(yè)軟件在一些工程應(yīng)用上的不足之處。在實(shí)驗(yàn)研究方面，開(kāi)展了靜動(dòng)態(tài)壓-拉-剪系列測(cè)試，對(duì)本項(xiàng)目的一些理論分析結(jié)果和數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。該項(xiàng)研究豐富了工程材料的損傷本構(gòu)知識(shí)，為機(jī)場(chǎng)跑道建設(shè)提供了技術(shù)保障，具有重要參考價(jià)值。破碎波作用下沙質(zhì)海床動(dòng)力響應(yīng)及其對(duì)泥沙運(yùn)動(dòng)的影響2010-01-01~2012-12-3121（萬(wàn)元）青年科學(xué)基金項(xiàng)目程永舟教授長(zhǎng)沙理工大學(xué)中文摘要破碎波浪沖擊沙質(zhì)海床產(chǎn)生的波動(dòng)水壓力引發(fā)海床內(nèi)孔隙水壓力變化可導(dǎo)致海床液化，加劇泥沙輸移，導(dǎo)致海床侵蝕、海岸變形及海岸結(jié)構(gòu)物破壞。本項(xiàng)目將在波浪水槽中采用具有代表性的原型沙鋪設(shè)三種坡度的海床進(jìn)行試驗(yàn)研究，詳細(xì)測(cè)量波高、海床中孔隙水壓力、懸沙濃度、流場(chǎng)等，探討在規(guī)則波破碎、不規(guī)則波破碎時(shí)沖擊沙質(zhì)海床引發(fā)的動(dòng)力響應(yīng)，揭示破碎波作用下沙質(zhì)海床液化機(jī)理，闡明波浪紊動(dòng)特性和海床內(nèi)孔隙水壓力對(duì)泥沙運(yùn)動(dòng)的影響機(jī)制，分析波浪破碎引致的海床內(nèi)孔隙水壓力響應(yīng)對(duì)懸移質(zhì)泥沙含沙量時(shí)空分布的影響，建立破碎波作用下沙質(zhì)海床動(dòng)力響應(yīng)耦合數(shù)學(xué)模型，揭示破碎波作用下液化和非液化海床上的泥沙擴(kuò)散輸移機(jī)理，分析泥沙擴(kuò)散輸移過(guò)程，為海岸治理和海岸建筑物的規(guī)劃設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。船舶運(yùn)動(dòng)與艙液晃蕩耦合時(shí)域分析2008-01-01~2010-12-3145（萬(wàn)元）01段文洋教授哈爾濱工程大學(xué)中文摘要目前，我國(guó)在大型液化天然氣LNG（LiquefiedNaturalGas）船等高技術(shù)船舶方面尚缺乏自主設(shè)計(jì)能力，迫切需要船舶力學(xué)工作者針對(duì)船舶的大型化和高速化帶來(lái)的一系列新的力學(xué)問(wèn)題給予研究。為了合理模擬船舶在外界波浪激勵(lì)和艙內(nèi)液體晃蕩耦合作用下的運(yùn)動(dòng)，掌握波浪中航行液貨船在液艙晃蕩耦合下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和載荷特性，本項(xiàng)目將采用時(shí)域水動(dòng)力分析方法，對(duì)船體外部流動(dòng)問(wèn)題，采用線性自由面條件和非線性瞬時(shí)物面邊界條件的時(shí)域格林函數(shù)邊界元分析模型，對(duì)液艙內(nèi)部流動(dòng)發(fā)展液體晃蕩非線性水動(dòng)力模擬的光滑質(zhì)點(diǎn)流體動(dòng)力學(xué)（SPH）方法,內(nèi)外流場(chǎng)和船體運(yùn)動(dòng)同時(shí)求解，提出流場(chǎng)壓力與船體運(yùn)動(dòng)解耦的預(yù)報(bào)技術(shù)，進(jìn)而研究液體晃蕩和船體運(yùn)動(dòng)耦合的機(jī)理。解決有關(guān)科學(xué)問(wèn)題，闡明液體晃蕩和船體運(yùn)動(dòng)耦合的機(jī)理，為大型液貨船，特別是LNG船的運(yùn)動(dòng)和載荷預(yù)報(bào)提供理論基礎(chǔ)和工具。超高速點(diǎn)磨削機(jī)理及其關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)研究2008-01-01~2010-12-3135（萬(wàn)元）面上項(xiàng)目鞏亞?wèn)|教授東北大學(xué)中文摘要本項(xiàng)目提出的超高速點(diǎn)磨削是通過(guò)控制超薄砂輪和工件軸線在空間相對(duì)位置變化實(shí)現(xiàn)“點(diǎn)磨削”。它集成了超高速磨削、數(shù)控車(chē)削、超硬磨料的技術(shù)特點(diǎn)，具有優(yōu)良的加工性能。目前國(guó)外開(kāi)發(fā)的快速點(diǎn)磨削尚處于起步應(yīng)用階段，實(shí)際加工應(yīng)用范圍很小，國(guó)內(nèi)雖有別企業(yè)針對(duì)單一零件加工成套引進(jìn)該設(shè)備，但由于不掌握其核心工藝技術(shù)及理論，不能進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)和應(yīng)用開(kāi)發(fā)，而超高速點(diǎn)磨削研究在國(guó)內(nèi)外尚無(wú)報(bào)道。本項(xiàng)目開(kāi)展了超高速點(diǎn)磨削機(jī)理及其相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)研究，研究了超高速點(diǎn)磨削材料去除機(jī)理和磨削加工性能，建立了超高速點(diǎn)磨削工藝參數(shù)優(yōu)化方法；闡述了點(diǎn)磨削變量角度α對(duì)磨削力和磨削溫度帶來(lái)的影響，并用仿真和實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證；研究超高速點(diǎn)磨削復(fù)雜回轉(zhuǎn)曲面輪廓的CNC幾何創(chuàng)成機(jī)理、工藝參數(shù)和點(diǎn)磨變量角度的合理匹配；探討超高速點(diǎn)磨削砂輪的磨損機(jī)制及其對(duì)磨削性能的影響規(guī)律、砂輪磨損及鈍化的評(píng)價(jià)理論與修整方法；研究了影響超高速點(diǎn)磨削表面質(zhì)量和表面完整性的敏感加工參數(shù)，并給出了優(yōu)化組合的建議。超高速點(diǎn)磨削機(jī)理及其關(guān)鍵技術(shù)研究具有重要理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。燃燒和動(dòng)荷載作用下混凝土材料熱力耦合細(xì)觀損傷機(jī)理研究2007-01-01~2009-12-3133（萬(wàn)元）青年科學(xué)基金項(xiàng)目陳永強(qiáng)副教授北京大學(xué)中文摘要本項(xiàng)目把混凝土材料視為多相多組分熱彈性復(fù)合材料。首先采用細(xì)觀力學(xué)方法，推導(dǎo)了混凝土材料熱力耦合作用下的有效比熱解析表達(dá)式，結(jié)合此前已有的有效模量和有效熱膨脹系數(shù)，建立了混凝土材料的Helmholtz自由能表達(dá)式，進(jìn)而給出了計(jì)及溫度效應(yīng)的混凝土材料本構(gòu)關(guān)系；在此基礎(chǔ)上，通過(guò)引入界面能并結(jié)合基于拉格朗日描述下的界面本構(gòu)關(guān)系和廣義Young-Laplace方程，給出了外荷載作用下熱彈性等效夾雜自由能中的材料參數(shù)，進(jìn)而推導(dǎo)了具有尺度效應(yīng)的熱彈性復(fù)合材料有效模量、有效熱膨脹系數(shù)和有效比熱的解析表達(dá)式。其次，針對(duì)混凝土材料骨料和界面的細(xì)觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，發(fā)展了相應(yīng)的網(wǎng)格剖分技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了從較大尺度骨料向界面薄層自適應(yīng)過(guò)渡剖分，從而為相應(yīng)的數(shù)值分析提供了優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)格。在動(dòng)荷載計(jì)算方面，采用了子空間迭代法進(jìn)行大型特征值問(wèn)題的求解，并提出了一種改進(jìn)的誤差限表達(dá)式，即使在半正定質(zhì)量矩陣情況下也可以提供可靠高效的誤差估計(jì)。本項(xiàng)目同時(shí)也發(fā)展了SPH無(wú)網(wǎng)格法，用于模擬混凝土復(fù)合材料界面開(kāi)裂和基體破裂過(guò)程的相關(guān)算法和軟件。最后，本項(xiàng)目也進(jìn)行了初步的實(shí)驗(yàn)研究，取得了較為理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。海洋造型與視景仿真關(guān)鍵技術(shù)研究2007-01-01~2009-12-3126（萬(wàn)元）青年科學(xué)基金項(xiàng)目王長(zhǎng)波副教授華東師范大學(xué)中文摘要大規(guī)模動(dòng)態(tài)海洋場(chǎng)景的高效建模與快速繪制技術(shù)的研究，對(duì)于軍事國(guó)防、航海駕駛、災(zāi)難預(yù)防、數(shù)字娛樂(lè)等都有著重大應(yīng)用前景和深遠(yuǎn)意義。項(xiàng)目在考慮海洋環(huán)境的幾何、光學(xué)、力學(xué)等復(fù)雜的物理機(jī)制基礎(chǔ)上，圍繞海浪的動(dòng)態(tài)造型與實(shí)時(shí)繪制技術(shù)、基于物理的臺(tái)風(fēng)海嘯建模及視景仿真、場(chǎng)景互動(dòng)及虛實(shí)結(jié)合技術(shù)、虛擬海洋場(chǎng)景仿真系統(tǒng)等方面進(jìn)行了卓有成效的研究，提出了基于自適應(yīng)SPH的實(shí)時(shí)海浪繪制、基于視頻的水面快速合成、基于Boltzmann方程的潮汐海嘯運(yùn)動(dòng)模擬、基于統(tǒng)一多相流模型的災(zāi)難景觀模擬、基于網(wǎng)格粒子的實(shí)時(shí)水波互動(dòng)、基于多散射機(jī)制的氣象場(chǎng)景仿真等新技術(shù)和算法，在兼顧繪制效率和仿真效果的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了海浪、海洋環(huán)境及海洋災(zāi)難場(chǎng)景的高效建模與快速繪制，最后集成實(shí)現(xiàn)了洪水潮汐仿真系統(tǒng)和數(shù)字海洋環(huán)境虛擬仿真系統(tǒng)，可以輸入不同參數(shù)，來(lái)仿真不同天氣條件和不同海洋環(huán)境下的場(chǎng)景。與項(xiàng)目相關(guān)的技術(shù)研究與應(yīng)用將推動(dòng)數(shù)字海洋開(kāi)發(fā)、航海駕駛仿真、動(dòng)畫(huà)游戲展示、影視特效等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和應(yīng)用水平。水體防爆墻作用機(jī)理研究2008-01-01~2010-12-3134（萬(wàn)元）面上項(xiàng)目張亞棟教授中國(guó)人民解放軍理工大學(xué)中文摘要建筑結(jié)構(gòu)的防爆減爆技術(shù)對(duì)于維護(hù)社會(huì)安全穩(wěn)定具有非常重要的意義。當(dāng)前關(guān)于防爆減爆的技術(shù)措施，尤其是機(jī)動(dòng)布設(shè)方便、防護(hù)性能良好、造價(jià)低廉的措施還不是很多。本項(xiàng)目以重要建筑結(jié)構(gòu)的減爆措施研究為出發(fā)點(diǎn)，提出對(duì)水消波減爆技術(shù)的機(jī)理進(jìn)行理論、試驗(yàn)與數(shù)值模擬研究，內(nèi)容包括不同形態(tài)的水介質(zhì)與爆炸波相互作用的機(jī)理與計(jì)算模型、水介質(zhì)與爆炸沖擊波及結(jié)構(gòu)相互作用的機(jī)理與計(jì)算模型、水介質(zhì)消波作用的數(shù)值模擬方法、水介質(zhì)消波技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方案及相關(guān)實(shí)驗(yàn)等。通過(guò)研究，建立水介質(zhì)消波問(wèn)題的理論分析方法、數(shù)值模擬方法與工程計(jì)算方法，為豐富我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)防爆減爆技術(shù)研究、提高建筑物的抗爆安全性、開(kāi)發(fā)新型防爆減爆器材奠定堅(jiān)實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)，并為水消波技術(shù)在工業(yè)及國(guó)防領(lǐng)域的應(yīng)用開(kāi)辟新的技術(shù)途徑。水下爆炸對(duì)艦船結(jié)構(gòu)毀傷機(jī)理與規(guī)律研究2010-01-01~2013-12-31200（萬(wàn)元）重點(diǎn)項(xiàng)目姚熊亮教授哈爾濱工程大學(xué)中文摘要隨著精確制導(dǎo)武器的快速發(fā)展，如魚(yú)雷等武器可貼近船體表面接觸爆炸，對(duì)船體結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重毀傷。但迄今為止，有關(guān)接觸爆炸產(chǎn)生的瞬態(tài)、強(qiáng)沖擊載荷作用下艦船結(jié)構(gòu)的毀傷模式研究甚少，近邊界爆轟、沖擊波以及氣泡與艦船結(jié)構(gòu)瞬態(tài)耦合機(jī)理的相關(guān)研究十分罕見(jiàn)，而這些機(jī)理性問(wèn)題恰恰直接關(guān)系到我國(guó)海軍重點(diǎn)型號(hào)的研制。另一方面，由于現(xiàn)役艦船廣泛使用高強(qiáng)度合金材料，采用多層殼體以及防護(hù)裝甲設(shè)計(jì)，使艦船結(jié)構(gòu)的抗打擊性能得到了極大提高。因此，為應(yīng)對(duì)這一發(fā)展趨勢(shì)，提出水下非接觸爆炸氣泡毀傷新理念，對(duì)艦船結(jié)構(gòu)總縱強(qiáng)度和局部強(qiáng)度造成一次性毀滅打擊具有重要意義。針對(duì)上述問(wèn)題，本項(xiàng)目為揭示接觸爆炸對(duì)艦船結(jié)構(gòu)的毀傷機(jī)理，提出水下非接觸爆炸氣泡毀傷新理念，重點(diǎn)研究以下內(nèi)容：1）近邊界水下爆炸及其載荷特性特；2）水下接觸爆炸對(duì)艦船結(jié)構(gòu)的毀傷機(jī)理；3）水下非接觸爆炸瞬態(tài)流固耦合毀傷效應(yīng)；4）水下非接觸爆炸氣泡對(duì)艦船結(jié)構(gòu)的毀傷規(guī)律。物質(zhì)點(diǎn)有限元法的理論研究及其應(yīng)用2005-01-01~2005-12-317（萬(wàn)元）面上項(xiàng)目張雄教授清華大學(xué)中文摘要將物質(zhì)點(diǎn)法思想引入到有限元法中，對(duì)傳統(tǒng)有限元法進(jìn)行了改造，提出了物質(zhì)點(diǎn)有限元法，建立了物質(zhì)點(diǎn)法和有限元法的統(tǒng)一理論框架。本方法避免了拉格朗日格式因網(wǎng)格畸變而產(chǎn)生的數(shù)值困難，也克服了歐拉格式材料界面跟蹤問(wèn)題以及因非線性對(duì)流擴(kuò)散項(xiàng)而引起的數(shù)值困難，充分吸收了各自的優(yōu)點(diǎn)。與有限元法相比，物質(zhì)點(diǎn)有限元法在分析大變形問(wèn)題中具有明顯的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)引入Johnson-Cook材料模型、Mie-Gruneisen狀態(tài)方程、碰撞接觸算法和破壞模型，將物質(zhì)點(diǎn)有限元法擴(kuò)展用于超高速碰撞問(wèn)題的分析中，其計(jì)算效率不但比有限元法和SPH法高一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，而且還可以解決一大批用有限元法難以勝任的超高速碰撞問(wèn)題，是分析超高速碰撞問(wèn)題的最有效方法之一。在理論研究的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的用于超高速碰撞分析的三維顯式物質(zhì)點(diǎn)有限元法程序EMPFE-3D，并利用該程序?qū)aylor桿碰撞（碰撞速度為190m/s）問(wèn)題、彈丸超高速碰撞薄板和厚板（碰撞速度為3.0~7.0km/s）問(wèn)題進(jìn)行了數(shù)值模擬，所得計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合。無(wú)網(wǎng)格數(shù)值波浪水槽及其在建筑物水動(dòng)力學(xué)分析中的應(yīng)用2005-01-01~2007-12-3123（萬(wàn)元）面上項(xiàng)目李紹武教授天津大學(xué)中文摘要本項(xiàng)目擬提出一種用于海岸工程建筑物水波動(dòng)力學(xué)分析的無(wú)網(wǎng)格數(shù)值波浪水槽。研究水波動(dòng)條件下N-S方程的無(wú)網(wǎng)格數(shù)值求解方法；探索破碎波摻氣流體運(yùn)動(dòng)及其與建筑物作用的無(wú)網(wǎng)格數(shù)值模擬方法；研究無(wú)網(wǎng)格數(shù)值造波和開(kāi)邊界波能吸收方法；結(jié)合物理模型實(shí)測(cè)資料驗(yàn)證，最終建立一種無(wú)網(wǎng)格數(shù)值波浪水槽。在工程應(yīng)用上，結(jié)合海岸工程結(jié)構(gòu)中受力較復(fù)雜的防波堤水動(dòng)力學(xué)特性分析問(wèn)題，運(yùn)用所建數(shù)值波浪水