地震激励下等横截面无限水库频域和时域响应的FEM-SBFEM计算方法

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作者 李上明 肖世富 《应用数学和力学》 北大核心 2025年第4期425-437,共13页

坝体抗震设计和评估需要准确计算无限水库动力响应.基于比例边界有限元法(scaled boundary finite element method,SBFEM)力学推导技术,推导了顺河向地震激励下等横截面无限水域频域响应计算公式,利用Fourier逆变换建立了时域响应控制方... 坝体抗震设计和评估需要准确计算无限水库动力响应.基于比例边界有限元法(scaled boundary finite element method,SBFEM)力学推导技术,推导了顺河向地震激励下等横截面无限水域频域响应计算公式,利用Fourier逆变换建立了时域响应控制方程,通过线性叠加推导了顺河、横河、竖直三向组合地震激励下的无限水域频域和时域响应的SBFEM计算公式.结合有限元法,建立了无限水库频域和时域响应的FEM-SBFEM耦合方程.分析了地震激励下的二维、三维等横截面无限水库频域、时域响应,数值验证了所建立计算公式的正确性.所发展的FEM-SBFEM公式体系可推广应用于库底库岸具有吸收性的、横截面有任意几何形状的无限水库谐响应及瞬态响应分析. 展开更多

关键词 无限水库 瞬态分析 谐响应分析 比例边界有限元 有限元

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基于声散射波的水下声固耦合系统频率识别方法

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作者 肖伟 李上明 《装备环境工程》 CAS 2024年第8期136-144,共9页

目的面向水下声固耦合系统固有频率识别需求,提出了一种基于水下声压响应的系统特征频率识别方法。方法利用有限元法计算得到无限水域中结构的时域散射声压,采用希尔伯特-黄变换(HHT)方法识别了声散射波中各阶模态分量中的特征频率。针... 目的面向水下声固耦合系统固有频率识别需求,提出了一种基于水下声压响应的系统特征频率识别方法。方法利用有限元法计算得到无限水域中结构的时域散射声压,采用希尔伯特-黄变换(HHT)方法识别了声散射波中各阶模态分量中的特征频率。针对传统的HHT方法在经验模态分解(EMD)步骤中存在产生虚假模态和模态混叠的情况,应用相关系数检验的方法剔除虚假模态分量,并利用频谱分析与滤波技术相结合的方法避免模态混叠的影响,提升识别结果的精度。结果基于该方法识别了水下圆柱、平板等声固耦合系统的固有频率,验证了该方法的适用性。结论该方法能有效识别声固耦合系统的主要固有频率。 展开更多

关键词 声散射波 希尔伯特-黄变换 系统频率识别 经验模态分解 声固耦合

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基于高频连分式与有限元法的水下结构瞬态分析方法 被引量：2

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作者 李上明 陈红永 吴连军 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2019年第11期1387-1393,共7页

本文针对水下结构与无限声学水域的流固耦合问题,建立了基于比例边界有限元法(SBFEM)连分式和有限元法(FEM)的瞬态分析方法。该方法分别采用SBFEM高频连分式和FEM方程模拟无限水域和水下结构等有限域。基于其耦合项,建立了连分式与FEM... 本文针对水下结构与无限声学水域的流固耦合问题,建立了基于比例边界有限元法(SBFEM)连分式和有限元法(FEM)的瞬态分析方法。该方法分别采用SBFEM高频连分式和FEM方程模拟无限水域和水下结构等有限域。基于其耦合项,建立了连分式与FEM耦合公式。通过数值算例,讨论了连分式阶数对计算精度的影响,比较了连分式法和SBFEM卷积积分的计算效率。数值结果表明高频连分式可准确模拟无限水域的高频特性,并随着连分式阶数的增多,可合理模拟无限水域低频特性。该方法继承SBFEM的精度高、离散单元少等特点,又避免了其卷积积分,提升了计算效率,为水下结构瞬态响应分析提供了一种高效方法。 展开更多

关键词 有限元 连分式 无限水域 水下结构 比例边界有限元法

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瞬态分析中的比例边界有限元法递推公式 被引量：1

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作者 李上明 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第6期882-886,954,共5页

为改进现有比例边界有限元法卷积积分公式的计算效率,推导了一种新的递推公式。本文求解了比例边界有限元法的动态刚度矩阵,并将其分解成高频和低频两部分;对低频部分利用无约束高斯-牛顿迭代算法建立其对应的有理式公式,确定递推系数;... 为改进现有比例边界有限元法卷积积分公式的计算效率,推导了一种新的递推公式。本文求解了比例边界有限元法的动态刚度矩阵,并将其分解成高频和低频两部分;对低频部分利用无约束高斯-牛顿迭代算法建立其对应的有理式公式,确定递推系数;将高频和低频两部分通过傅里叶逆变换建立时域公式,其中高频部分对应阻尼矩阵,低频部分对应刚度矩阵与递推项。结果表明:当递推阶数m=15时,递推公式的解与解析解曲线形状相似,在最大值处的相对误差为0.8%;当分析步数为3183时,卷积积分公式的计算时间为递推公式的14倍。此外,在瞬态分析中该递推公式可用常规有限元法求解;通过具有解析解的坝库耦合算例,验证了该递推公式的正确性和有效性。 展开更多

关键词 比例边界有限元法 坝库系统 无限库水 地震激励 瞬态分析

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基于SBFE虚粒子边界的结构入水数值模拟

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作者 李上明 赵梓斌 《兵器装备工程学报》 CSCD 北大核心 2021年第12期153-158,共6页

通过联合比例边界有限元法(SBFEM)和光滑粒子法(SPH),提出了一种基于SPH框架下新的无反射边界—SBFE虚粒子边界,该SBFE虚粒子边界能够准确的模拟边界波的透射过程,能够以较小计算域模拟无穷域的特征,从而显著地提高SPH算法模拟无穷域流... 通过联合比例边界有限元法(SBFEM)和光滑粒子法(SPH),提出了一种基于SPH框架下新的无反射边界—SBFE虚粒子边界,该SBFE虚粒子边界能够准确的模拟边界波的透射过程,能够以较小计算域模拟无穷域的特征,从而显著地提高SPH算法模拟无穷域流体的计算效率。最后,将SBFE虚粒子边界应用于无穷水域的结构入水数值模拟,验证了SBFE虚粒子边界模拟无穷域流体的准确性。 展开更多

关键词 SBFEM SPH SBFE虚粒子边界 无反射边界 结构入水

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基于VOF法的平底结构自由落体入水砰击载荷模拟 被引量：12

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作者 王易君 李明海 +2 位作者 张中礼 李上明 史光梅 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2017年第2期185-189,共5页

应用动网格技术和VOF方法模拟了平底结构的自由落体入水过程和气-液两相流,得到了平底物体自由落体入水过程的运动特性、砰击载荷特性以及入水空泡演化过程。结果表明:整个入水过程中,平底物体在入水瞬间受到来自液面的砰击载荷最大,砰... 应用动网格技术和VOF方法模拟了平底结构的自由落体入水过程和气-液两相流,得到了平底物体自由落体入水过程的运动特性、砰击载荷特性以及入水空泡演化过程。结果表明:整个入水过程中,平底物体在入水瞬间受到来自液面的砰击载荷最大,砰击面的载荷压力分布中间高两端低;砰击载荷随入水初速的增加而增大;平底物体入水空泡破裂后对上表面造成冲击压力。数值计算方法和结果对入水结构安全性和适应性评估具有实际意义。 展开更多

关键词 VOF 入水 砰击载荷 空泡 数值模拟

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轴向运动梁在轴向载荷作用下的动力学特性研究 被引量：11

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作者 陈红永 李上明 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2016年第19期75-80,共6页

研究了轴向运动Timoshenko梁在轴向载荷作用下的振动特性。首先通过考虑轴向拉压载荷作用,根据Timoshenko梁理论和Hamilton原理建立了梁的横向振动控制微分方程,推导了简支-简支边界条件下的梁的无量纲频率随轴向载荷的变化关系,采用新... 研究了轴向运动Timoshenko梁在轴向载荷作用下的振动特性。首先通过考虑轴向拉压载荷作用,根据Timoshenko梁理论和Hamilton原理建立了梁的横向振动控制微分方程,推导了简支-简支边界条件下的梁的无量纲频率随轴向载荷的变化关系,采用新的无量纲化形式消除了无载荷作用下控制方程的奇异性。通过微分求积法进行数值求解并对结果进行验证,分析结果表明:无载荷作用下,长细比越大,越易达到失稳状态;在相同运动速度下,受压状态时比受拉状态下更易达到失稳;临界速度随着轴向载荷的绝对值的增大而减小。通过研究探索了影响临界速度和临界载荷的因素以及两者的关系,对于轴向受载运动系统设计具有一定指导意义。 展开更多

关键词 轴向运动Timoshenko梁 轴向载荷 横向振动 微分求积法

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高温条件下薄壁圆柱筒高速碰撞试验 被引量：2

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作者 徐伟芳 张方举 +5 位作者 胡文军 胡绍全 李上明 陈军红 孙爱军 吕明 《中国测试》 CAS 北大核心 2018年第10期50-54,共5页

为研究高温条件下薄壁圆筒高速撞击靶体的动力学响应,该文基于理论和试验分析影响加热/保温、撞靶速度和姿态的诸多因素,研究可以加温的高速撞击试验技术,分别采用次口径发射技术、间接测温技术和高速摄影技术等实现薄壁圆柱筒的加热、... 为研究高温条件下薄壁圆筒高速撞击靶体的动力学响应,该文基于理论和试验分析影响加热/保温、撞靶速度和姿态的诸多因素,研究可以加温的高速撞击试验技术,分别采用次口径发射技术、间接测温技术和高速摄影技术等实现薄壁圆柱筒的加热、保温、加速和姿态控制和测试等,研究高温条件下薄壁圆柱筒的高速撞击响应。研究结果表明:整体刚度较大的薄壁圆柱筒在高温条件下与刚性靶正碰时,碰撞端撴粗,尾端收缩,两端发生凹陷变形,尾端的凹陷大于碰撞端的凹陷变形;侧碰时,试样整体变形成马鞍状,碰撞侧的变形呈扁平状;端部角碰时,碰撞端的变形呈楔形,与碰撞角密切相关,尾部也发生凹陷。整体刚度偏弱的薄壁圆筒碰撞时整体坍塌,出现大量褶皱。 展开更多

关键词 高温 高速 撞击 薄壁圆柱筒

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剪切模型箱在离心振动复合环境下的动力学响应分析 被引量：2

9

作者 陈红永 冯加权 +1 位作者 李上明 吴连军 《装备环境工程》 CAS 2015年第5期111-115,130,共6页

目的研究剪切模型箱在复合环境下的动力学响应规律。方法针对叠层式剪切模型箱的结构特点,建立考虑层间滑动的动力学模型。通过对离心机在工作状态下的动力学特性进行模拟,结合设计指标,对剪切模型箱进行离心振动复合环境下的响应分析... 目的研究剪切模型箱在复合环境下的动力学响应规律。方法针对叠层式剪切模型箱的结构特点,建立考虑层间滑动的动力学模型。通过对离心机在工作状态下的动力学特性进行模拟,结合设计指标,对剪切模型箱进行离心振动复合环境下的响应分析。结果得到了剪切模型箱的激励力谱,以及模型箱在不同过载及振动环境状态下的固有特性。结论离心工作环境下,模型箱固有频率变低。离心载荷是影响模型箱强度设计的主要因素。 展开更多

关键词 剪切模型箱 离心 振动 动力学模型

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高温条件下高速碰撞试验技术研究 被引量：1

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作者 徐伟芳 张方举 +5 位作者 胡文军 胡绍全 李上明 陈军红 孙爱军 吕明 《装备环境工程》 CAS 2018年第11期7-11,共5页

目的建立高温条件下结构的高速碰撞试验技术。方法基于理论和试验方法,研究影响试样加热/保温、碰靶速度和姿态的关键因素,利用次口径发射技术和电炉技术实现试样的加热、保温和加速。采用间接方法测试试样碰靶时的温度,联合应用次口径... 目的建立高温条件下结构的高速碰撞试验技术。方法基于理论和试验方法,研究影响试样加热/保温、碰靶速度和姿态的关键因素,利用次口径发射技术和电炉技术实现试样的加热、保温和加速。采用间接方法测试试样碰靶时的温度,联合应用次口径发射技术和靶体,控制试样的碰靶姿态,并利用高速摄影技术对其进行测试。通过薄壁圆柱筒的高温高速碰靶验证高温试验技术的有效性。结果建立了加热、加速和姿态控制一体化的高温高速碰撞试验技术,获得了不同尺寸薄壁圆柱筒不同姿态碰靶时的高温冲击动力学响应。正碰时,撞击端镦粗,尾端收缩,尾端的凹陷大于碰撞端的变形;侧碰时,圆筒呈马鞍状;角碰时的变形为楔形。随着圆筒的强度和刚度的降低,圆筒的变形增加,整体发生坍塌,出现大量的皱褶。结论建立的试验技术切实有效,可以用于高温条件下结构高速碰撞效应的研究。 展开更多

关键词 高温 高速 撞击 薄壁圆柱筒

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空间核动力源的安全性研究进展 被引量：18

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作者 胡文军 陈红永 +3 位作者 陈军红 李上明 胡绍全 唐玉华 《深空探测学报》 2017年第5期453-465,共13页

同位素热/电源以及空间核反应堆在深空探测任务中有重要应用。通过调研其技术特点以及国际上针对核能空间应用安全性的相关规范,研究了其空间安全性规范的法律法规。以ALRH(Apollo Lunar Radiosotope Heater,阿波罗月球任务同位素热源)... 同位素热/电源以及空间核反应堆在深空探测任务中有重要应用。通过调研其技术特点以及国际上针对核能空间应用安全性的相关规范,研究了其空间安全性规范的法律法规。以ALRH(Apollo Lunar Radiosotope Heater,阿波罗月球任务同位素热源)、GPHS(General Purpose Heater Source,通用型热源)、LWRHU(Lighted Weighted Radiosotope Heater Unit,轻量放射性同位素热源)、MMRTG(Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator,多任务型放射性同位素电源)等同位素热/电源及俄罗斯热离子空间反应堆电源(TOPAZ-II型号)为例,结合美俄开展的同位素热/电源的系列安全性试验,重点关注了不同型号的试验及分析技术细节,并分析了同位素热/电源的空间应用安全评价方法,可为开展相关研发提供技术参考。 展开更多

关键词 同位素热源 同位素电源 空间核反应堆 深空探测 安全性试验

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综合预应力与陀螺效应的TLJ500土工离心机模态分析 被引量：1

12

作者 陈学前 沈展鹏 +2 位作者 杜强 陈红永 李上明 《装备环境工程》 CAS 2021年第7期79-83,共5页

目的分析获得离心机运转时各综合效应对其模态频率的影响。方法从理论上推导结构在无离心场时,仅考虑预应力刚化效应和仅考虑旋转软化效应与综合考虑各效应时结构固有频率之间的关系。建立TLJ500土工离心机静止状态及运转状态的有限元模... 目的分析获得离心机运转时各综合效应对其模态频率的影响。方法从理论上推导结构在无离心场时,仅考虑预应力刚化效应和仅考虑旋转软化效应与综合考虑各效应时结构固有频率之间的关系。建立TLJ500土工离心机静止状态及运转状态的有限元模型,并根据TLJ500静止状态的模态试验结果对有限元模型中主轴轴承部位的材料参数进行修正识别,获得可信度更高的模型。再将修正识别得到的主轴轴承参数代入离心机运转状态的有限元模型,开展离心机运转状态的模态分析,结合理论分析结果,计算得到综合考虑预应力刚化效应与旋转软化效应时离心机关心模态频率的结果。结果运转状态TLJ500离心机关心模态频率计算结果与试验结果比较一致。结论仿真结果验证了文中方法的可行性,为离心机临界转速设计提供了一种可信的数值模拟预测方法。 展开更多

关键词 土工离心机 模态分析 模型修正 预应力效应 陀螺效应

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考虑脉动压力相关性的自由体随机振动分析 被引量：1

13

作者 许茂 李上明 吴连军 《装备环境工程》 CAS 2021年第3期29-33,共5页

目的获得自由体在脉动压力载荷作用下的结构响应。方法采用有限元方法,建立锥壳自由体结构的随机振动分析有限元模型,根据自由体的脉动压力载荷和随机振动分析理论,计算自由体在脉动压力下的加速度响应均方根值。结果载荷为一定程度相... 目的获得自由体在脉动压力载荷作用下的结构响应。方法采用有限元方法,建立锥壳自由体结构的随机振动分析有限元模型,根据自由体的脉动压力载荷和随机振动分析理论,计算自由体在脉动压力下的加速度响应均方根值。结果载荷为一定程度相关时的计算结果在完全相关和不相关之间,最小相差约15%,最大相差约50%。结论在进行自由体结构脉动压力下的响应分析时,载荷间的相关性是不能忽略的,分区加载可改善计算精度。 展开更多

关键词 脉动压力 自由体 随机振动 有限元法

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空间同位素热/电源安全性技术指标体系框架研究 被引量：3

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作者 胡文军 刘继忠 +5 位作者 唐玉华 陈军红 张玮 张哲 李上明 胡绍全 《深空探测学报》 2020年第1期73-80,共8页

基于我国空间同位素热/电源使用环境特点,借鉴国外空间同热/电源安全认证的研究成果,通过对空间同位素热/电源应用环境剖面的分析,开展了空间同位素热/电源安全技术指标体系框架研究,建立了覆盖同位素热/电源产品研制、地面贮存/运输、... 基于我国空间同位素热/电源使用环境特点,借鉴国外空间同热/电源安全认证的研究成果,通过对空间同位素热/电源应用环境剖面的分析,开展了空间同位素热/电源安全技术指标体系框架研究,建立了覆盖同位素热/电源产品研制、地面贮存/运输、发射准备、发射、在轨运行及废弃处置等全生命周期的正常和事故环境下的安全性技术指标体系,提出四大类型29项可考核技术指标,可作为空间同位素热/电源研制和安全性使用评价工作的主要依据,为解决我国使用空间同位素热/电源缺乏安全认证体系和安全性验证技术指标问题提供参考。 展开更多

关键词 空间同位素热/电源 深空探测 安全性 技术指标体系 任务剖面

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基于谱元法的空间刚架动力学特性分析 被引量：3

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作者 鄂林仲阳 杜强 李上明 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第5期802-806,共5页

以空间刚架结构为研究对象,应用谱元法研究其动力学特性,依次推导出杆、轴和铁木辛柯梁的动力学刚度阵,进而得到空间刚架的动力学刚度阵和频域响应的理论方程,拓展了谱元法应用范围。编程计算获得空间刚架的固有频率和点的谐响应曲线,... 以空间刚架结构为研究对象,应用谱元法研究其动力学特性,依次推导出杆、轴和铁木辛柯梁的动力学刚度阵,进而得到空间刚架的动力学刚度阵和频域响应的理论方程,拓展了谱元法应用范围。编程计算获得空间刚架的固有频率和点的谐响应曲线,与有限元分析相比较,进一步得到载荷下的瞬态响应。研究表明,谱元法在刚架结构的动力学特性分析中,比有限元方法高效高精度,更适宜解决中高频振动问题。 展开更多

关键词 谱元法 空间刚架 固有频率 谐响应 瞬态响应

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基于稳定L^(2)投影的有限元-浸没界面耦合方法

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作者 魏昶 李上明 《力学学报》 2025年第6期1336-1350,共15页

有限元-浸没界面耦合方法(finite element-immersed interface method,FE-IIM)是一类结合有限元离散与浸没界面法边界间断特征的流固耦合模拟方法,旨在实现固体界面处物理量变化的精确解析,但是较差的稳定性限制了该方法的实际应用.文... 有限元-浸没界面耦合方法(finite element-immersed interface method,FE-IIM)是一类结合有限元离散与浸没界面法边界间断特征的流固耦合模拟方法,旨在实现固体界面处物理量变化的精确解析,但是较差的稳定性限制了该方法的实际应用.文章提出一种基于稳定L^(2)投影的FE-IIM耦合方法,要求固体边界满足C^(0)连续性条件,在边界单元上引入有限元形函数,使得界面处的物理量能够在基函数空间中实现连续、可控的表达.通过稳定L^(2)投影策略,重构固体C^(0)连续边界上的间断条件,建立流场物理量延拓至固体界面的插值方案,有效抑制随着雷诺数增大界面物理量演化过程中易出现的非物理震荡.在界面间断条件处理中,推导了IIM间断条件在有限元基函数空间中的数学表达,并引入速度和压力的一阶导数间断条件,提升界面物理量的计算准确性.通过分析Re=200~50000条件下的典型数值案例,结果展现了文章方法能够准确捕捉主要流动结构,有效解析边界物理量的细致变化.稳定投影FE-IIM耦合方法为需要精确捕捉界面压力等物理量分布特征的流固耦合模拟提供理论参考. 展开更多

关键词 流固耦合 浸没界面 有限元 稳定 L2 投影

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