数值仿真范文精选

1火灾蔓延数值分析的实现

FDS中的固体物质可以由多层材料组成，每一层材料都可包含多种物质成分。每种固体物质可以进行多个反应，这几个反应可能发生在不同的温度下，消耗不同量的热量。热解反应需要确定每个反应的产物，FDS中热解产物可以是固体残留物、水蒸汽、燃料气体等。反应物可通过参数：NU_RESIDUE（固体残留物），NU_WATER（水蒸气），和NU_FUEL（燃料）来设定。热解模型必须指定反应温度和反应。在温度Ts下，第i类材料的第j个热解反应的反应速度由式（1）给定：ρs,i是特定层中的第i类材料的密度，ρs0是层的初始密度。若某层材料仅由一种材料组成，且反应不产生固体残余物，则ρs,iρs0为1。ns,ij是反应因子，默认值是1。Ai,j是一指数因子，单位是s-1；Ei,j是活化能，单位是kJ/kmol。对于大多数材料，很难确定Ai,j和Ei,j。此时，可以通过指定参数referencerate(s-1)和referencetemperature(℃)来进行计算。FDS会利用这两个参数来完成计算。referencerate的默认值是0.1s-1。数值分析时，一般取referencerate为默认值，只指定referencetemperature。

2火灾蔓延数值分析及蔓延规律研究

2.1模拟场景设置经分析，共设置3个火源位置，火源位置A位于建筑东侧中部位置，火源位置B位于建筑南侧中部位置，火源位置C位于建筑东南侧，如图1。根据需要共设位置4个计算场景，场景设置，见表1。2.2模拟参数设置2.2.1建模建模过程中对实际模型进行了局部简化，将外墙材料统一简化为挤塑聚苯板，另外由于实际建筑体量巨大(长45m，宽30m，高90m)，进行火焰蔓延需要网格尺寸极小，进行整体模拟，计算系统难以承受，因此在考虑计算经济性的情况下，对实际建筑进行了1/3比例的缩尺建模，网格尺寸最小0.04m，最大0.08m。2.2.2输入参数设置环境初始温度24℃，初始风速0m/s；湍流模型采用大涡模拟模型，燃烧模型采用混合分数模型，热解模型采用固体材料热分解模型；初始火源为1MW恒定火源，引燃外墙材料后，自行熄灭，外墙材料统一为模塑聚苯板，热解温度320℃，内墙为混凝土。2.2.3测点布置在模型各墙面上分上、中、下位置各布置3个热电偶测点，位置分别距离地面5m、15m和25m，其中THCPB位于墙角，其余热电偶位于各面墙的中部位置。各热电偶具置和编号，如图2。2.2.4模拟结果图3为火灾场景B的火焰蔓延过程图，由于未考虑室外风的影响，火灾在建筑外立面基本成对称形式向上部和两侧蔓延，向上蔓延速度远高于向两侧蔓延速度，从着火侧立面向相邻立面的蔓延首先发生在建筑上部，除着火侧外，其他立面呈现火焰自上而下蔓延的现象，该场景火焰蔓延顺序为南侧、东侧、西侧、北侧。图4为测点THCPC和测点THCPD的温度曲线，可以看到最高温度可以达到1000℃以上。其他场景模拟结果，见表2。

3结论和建议

通过模拟分析，可得如下结论：（1）利用FDS软件的热解模型和燃烧模型可以较好地实现火灾的蔓延仿真，但对超大体量建筑采用并行算法进行分析时，在网格尺寸较小的情况下，数值计算的稳定性较差，极易出现数值发散的情况；（2）在单点点火的情况下，火灾首先从着火点沿着火面外墙向上及向两侧蔓延，火焰垂直蔓延速度远远高于水平蔓延速度，火灾从单侧向相邻侧蔓延一般首先会出现在建筑顶部区域，然后相邻侧火灾会呈现自上而下的蔓延过程，最终会发展为整个建筑外表面全部参与燃烧的情形；（3）有风情况下，火灾的蔓延速度会明显加快，尤其是火焰在下风向的水平蔓延速度会明显加快，但风力会阻止火焰向上风向蔓延。通过研究分析，对高层建筑的外立面防火提出如下建议：（1）建议相关规范尽快完善对铝塑板幕墙的防火要求。如可以对不同高度的高层建筑，规定可采用的铝塑板材料的防火性能；（2）建议相关规范尽快完善对外墙外保温材料的防火要求。如规定防火隔离带的做法，防火隔离带不应只考虑水平隔离，还应考虑垂直隔离带。从数值分析看，对于两个立面交界处采用一定的防火措施，有利于阻止火灾向相邻侧的蔓延；（3）对于高层建筑，为防止外部火灾向建筑内部蔓延，应加强其外窗的防火要求,如规定超高层建筑外窗宜采用防火窗等。

作者：智会强 牛坤 单位：公安部天津消防研究所

摘要：数值仿真是一类基于计算机求解，针对实际工程问题采用仿真模拟，从而进行数值实验的方法。在工科类课程中引入数值仿真方法，不但有助于学生深入理解复杂工程现象，提升实践能力，还有助于学生基于数值仿真的现代工程分析方法，提升学习兴趣与创新思维能力、理论学习水平与工程实践能力，培养早期科研思维。

关键词：数值仿真；工科课程；应用研究

数值仿真是一类基于计算机求解，针对实际工程问题采用仿真模拟，从而进行数值实验的方法，已成为与实验研究、理论研究相并列的研究科学问题的必备方法。基于数值仿真，可通过图像显示所研究问题发生的物理、化学过程，如天气预报中，即可通过计算机仿真的方式预测某地区的温度变化过程，具有直观性强、成本低、可研究问题范围广的优点。如今，数值仿真方法已被应用于力学、机械工程、能源动力工程等工科类专业课程教学中，为复杂或不易开展的实物实验提供数值实验途径，加深学生对课程中复杂的物理、化学原理的理解。

一、数值仿真应用于工科类课程理论教学的具体方法与特点

数值仿真是利用数值计算原理与计算机求解技术开发出的现代科研方法。基于所求解问题的物理、化学原理，采用有限元等数值分析方法，将连续的物理、化学问题离散求解，获取所求解对象的物理、化学量分布特性。目前，数值仿真方法广泛应用于科学研究，如高温燃烧热场的温度分布、高超音速流动的流场压力分布、天气温度预测等。在工科类课程教学中，由于理论、概念多，物理、化学过程复杂，常制约着学生的理解，而数值仿真方法可通过图像显示的方式展示所研究问题发生的物理、化学过程，具有可操作性强、结果显示直观的特点，因此，可将数值仿真方法引入工科类课程教学，提升学生对课程知识的理解。一般的数值仿真过程分为预处理、求解、后处理三部分，学生在掌握基本数理知识的基础上，即可理解数值仿真的基本流程。在预处理中，需建立所分析问题的几何模型，并给定求解条件。例如，分析钢结构塔在承受一定重量时是否具有足够的强度，需首先基于分析软件建立钢结构塔的外形几何模型。在求解环节，基于数值计算方法，利用分析软件中求解仿真模型以获取需掌握的物理、化学量。在后处理环节，完成分析结果的可视化，以图像形式直观展示分析结果，如天气预报中展示的温度云图，即是后处理结果。在工科类课程中，涉及大量有关物理、化学现象的理解，而某些环节无法通过直观实验复现，也无法通过理论分析获得结果，对学生的理解带来困难。例如，在锅炉设计中通过改进折焰角的尺寸，即可优化锅炉炉膛内部的燃烧热场，而炉膛内部燃烧的温度无法通过理论计算获取，也无法直接进行实验测试，但可基于数值仿真获取其燃烧温度分布图，直观展示折焰角尺寸调整对热场分布的影响，有利于学生通过实践操作，获取分析结果，加深理解。

二、数值仿真应用于理论教学的具体实例———材料力学弯曲应力求解教学

材料力学是机械、土木、能源等工科类专业的必修专业基础课程，是结构设计的必要基础，基于材料力学基本原理，可分析部件的强度、刚度及稳定性，为工程结构设计提供指导。材料力学中的杆件弯曲问题是重要的教学知识点，当矩形截面杆件受弯时，杆件横截面上的正应力呈线性分布，在横截面上、下边缘正应力最大，在中部中性轴处最小。在理论求解中，需首先根据给定约束条件与外部受力特点，分析杆件受到的弯矩，然后利用理论公式求解正应力。弯曲应力求解为材料力学中的重点与难点内容，区别于杆件的轴向拉压与扭转问题，弯曲问题的应力分布更复杂，学生在学习时不易获取直观理解，故可借助数值仿真方法。利用受力求解的数值仿真软件，在预处理环节，首先建立杆件的几何模型，根据求解要求设置约束，其后在给定位置施加受力，最后，指定杆件所使用的材料并由数值仿真软件自动完成求解。该问题为静力学求解问题，求解精度较高。在完成求解后，进入后处理环节，在该环节可通过软件直接显示梁在弯曲作用下的变形，也可以通过图像显示梁的应力分布。藉此，直观清晰地向学生描述了相关力学概念，展示了复杂的受力情况，使学生对课程理论学习产生更直观的认识，既提升了学习兴趣，又进一步加深了对课程内容的理解。

三、数值仿真应用于理论教学的结论

摘 要:为优化弹丸结构设计,用FLUENT Gambit建立某弹丸外流场数值仿真模型并生成网格,通过FLUENT对弹丸外流场进行数值仿真以获取相关的气动力参数. 用仿真结果进行的稳定性分析和射程估算结果与试验结果基本一致,说明采用数值仿真方法设计弹丸气动外形有效可行,仿真结果可为方案设计提供

参考.

关键词:弹丸; 气动力分析; 外流场; 稳定性; FLUENT

中图分类号:TJ410.3;TB115

文献标志码:B

Numerical simulation on outer flow field of

projectile based on FLUENT

WANG Xiaobing, LI Jing, LIAO Zhongquan, WANG Weibao

摘要：

为研究网格尺寸、加载速率及仿真试件的单元数和单元长度等对夹层板压皱性能的影响，用Abaqus对UI形折叠式夹层板的压皱性能进行数值仿真，提出精度高、效率高的数值仿真模型化技术，分析不同变形模式和夹层结构尺寸对压皱性能的影响.结果表明：变形模式是决定夹层板压皱性能的关键因素；不同的结构参数组合会形成不同的变形模式，进而影响结构的压皱载荷和吸能特性；存在较优的夹芯壁厚、高度、间距和夹角的尺寸组合使夹层结构的吸能效率较优.

关键词：

折叠式夹层板； 压皱性能； 模型化技术； 变形模式； 结构参数； 吸能

中图分类号： U663.94；TQ328.7

文献标志码： B

0引言

夹层钢板是具有层状结构的复合板材，具有比强度高、比刚度大、密度低、减振、隔音隔热以及耐腐蚀性高等优点，广泛应用于航空航天、建筑、电机电器以及防护工程等行业，特别适用于各种防撞缓冲结构.[14]近年来，各国相继开展船舶结构夹层板设计、制造和性能等方面的研究，目的在于设计出性能优良、成本低廉、施工方便和安全可靠的船舶结构.

《弹箭与制导学报》2016年第一期

摘要：

对一种潜入式可抛喷管进行强度分析和流场仿真，强度仿真结果揭示了燃气压强作用下可抛喷管的应力分布，流场仿真结果揭示了燃气经由可抛喷管排出时的流场特征，结果表明可抛喷管整体结构设计能够满足要求。研究中模拟了环形切割器工作对冲压喷管被剪切部位的作用和影响，对模拟仿真结果与环形切割器功能验证剪切试验结果进行了对比分析，认为壳体剪切部位须设计一定厚度的台阶。数值仿真结果有助于可抛喷管的结构优化设计。

关键字：

可抛喷管；环形切割器；数值仿真；优化设计

本文提出一种潜入式可抛喷管方案。该方案中可抛喷管通过连接件紧固连接于冲压喷管之上，在助推器工作时稳定工作，发动机转级时依靠级间分离机构可靠抛除。冲压喷管为助推补燃室的一部分，可抛喷管抛除后，冲压喷管满足发动机冲压级的工作要求。对潜入式可抛喷管进行了强度分析和流场仿真，强度分析和流场仿真的结果能够为工程设计提供参考和依据。模拟分析了环形切割器的工作对剪切部位的作用和影响，并对比试验结果进行数据分析，为可抛喷管结构优化提供依据。

1可抛喷管强度仿真

1.1可抛喷管模型潜入式可抛喷管的物理模型如图1所示。模型包含金属壳体、绝热层、喉衬等部件。

机场值机过程是一个典型的队列系统，需要采用流量分析和队列理论。本文首先分析值机过程，并建立值机过程的速度、窗口生成、队列以及导入数学模型，并将这些模型应用于程序。同时采用AutoMod仿真软件建立其仿真模型。结合该仿真模型获取运行数据，并分析运行数据，优化数学模型为优化系统运营管理提供有力的方法。

【关键词】值机 队列 窗口 生成 仿真

随着地方经济以及航空工业的发展，国际枢纽机场的乘客数量呈现逐年增长的态势。因此，乘客值机的时间长短就直接影响机场的服务满意度。值机时间除值机员操作过程所消耗的时间以外，值机柜台导入收集皮带的等待时间也是影响值机过程满意度的主要因素之一。

值机柜台行李导入等待时间主要受到收集皮带速度，系统处理量设计以及其他机械设计等因素约束，在本论文中主要是忽略行李物理滑移以及其他机械设施对行李运行的干扰的理想情况下，分析值机柜台导入的数学模型。

Automod是Brooks自动化公司提供的的仿真软件。采用3D实时动画的形式模拟大型以及复杂的工程生产，装配，仓储以及机场等离散事件模型。它为分系统控制逻辑、功能以及行李提供有效的仿真解决方案。

1 速度模型

在参数中，速度定义为V毫米/秒，而位移运算的时候，需要将速度进行离散化，因为计算机的扫描时间不是连续的，其最小时间单元为CPU的每一个扫描周期的执行时间，其为毫秒，在匀速运动的时候，当前扫描周期的速度为毫米/秒。

电机运行需要经过加速和减速的过程，对于需要经常启动和停止的输送机，运算得到的位移会因为加减速过程中的累加误差，使得运算得到的位移与实际值偏差很大。因此，输送机的位移运算也要有加速和减速的过程。

Numerical Simulation Study on Dynamic Characteristics of Vehicle Suspension System

Jing Daihe

（Sichuan College of Information Technology，Guangyuan 628017，China）

摘要： 为了研究汽车悬架系统动态性能，本文基于磁流变减振器的汽车悬架系统，建立了磁流变减振器的数学模型及汽车悬架系统磁流变减振器的动力学方程，通过数值仿真对不同悬架系统的动态性能进行分析。结果表明磁流变减振器和半主动控制可以有效地提高汽车悬架系统动态性能，为磁流变半主动悬架在汽车上的应用提供了参考。

Abstract: In order to research the dynamic characteristics of vehicle suspension system, in this paper, based on magneto-rheological （MR） dampers for vehicle suspension system, the mathematical models of MR dampers and dynamic equations of the vehicle suspension equipped with MR damper are established. Process dynamic characteristics of the different vehicle suspension system is accomplished through the numerical simulation. The result concludes that MR damper and semi-active control can improve effectively the dynamic characteristics of vehicle suspension system. It is a successful reference for the application of MR semi-active suspension in the vehicle.

关键词： 汽车悬架系统 磁流变减振器 半主动控制 数值仿真 动态性能

Key words: Vehicle Suspension System；MR damper；Semi-active Control；Numerical Simulation；Dynamic Characteristics

中图分类号：U463.33 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）29-0057-03

摘要： 为研究V形卡箍箍带厚度、V形槽厚度和螺栓预紧力对排气系统密封性能的影响，对V形卡箍密封性能进行有限元仿真.提出V形卡箍提供的轴向力是评价其密封性能的重要指标，结果表明卡箍结构及其螺栓预紧力是卡箍密封性能和结构可靠性的决定因素.

关键词： V形卡箍； 密封性能； 轴向力； 结构可靠性

中图分类号： U464.135；TB115.1文献标志码： B

0引言

卡箍连接已逐步取代焊接和法兰这2种传统的管道连接方式，成为当前气体、液体管道连接的首推技术.尽管这项技术在国内的开发时间晚于国外，但由于其造型美观、使用方便、紧箍力强、密封性能好等特点此，广泛应用于汽车、船舶和汽油机等各种机械设备接口处的连接紧固及密封.

根据不同的结构形式，卡箍可分为V形带圈卡箍、T形螺杆卡箍、FLEXGEAR型卡箍、高性能蜗杆式卡箍、弹簧带圈卡箍、快速松紧卡箍、强力卡箍、单耳无级卡箍以及耳箍等.其中，V形卡箍为任何凸缘法兰面提供一种安全可靠的连接，在卡箍选型中属于重负荷型.[1]

研究V形卡箍密封性能及其可靠性，必须对V形卡箍进行非线性数值分析.非线性分析是结构分析的难点，也是结构分析中的重点.数值非线性分析包括接触非线性、材料非线性和几何非线性等.[23]在施加螺栓预紧力的过程中，V形卡箍与被连接件接触表面非线性变化，为接触非线性.排气系统工作温度一般在800℃以上，其材料的弹性模量、热导率、热膨胀系数、屈服强度和切变模量等都会随温度的升高而非线性变化，呈现材料非线性.[45]在较大螺栓预紧力和高温状态下，卡箍常造成较大的塑性变形.因此，研究卡箍在高温和不同预紧力作用下是否满足设计要求，有非常重要的现实意义.[6]

由于空间位置限制某型发动机排气系统增压器和三元催化器进口端锥，采用V形卡箍进行密封连接.本文用Abaqus对V形卡箍结构进行数值仿真分析，通过研究箍带厚度、V形槽宽度及其厚度和螺栓预紧力等对卡箍密封性能的影响，找出在高温条件下满足排气系统密封和结构可靠性的3个结构参数，并进行试验验证.

摘要：海洋工程领域中的浮式结构物设计，需要精确计算海浪载荷，保证满足稳定性和安全性。该文利用MATLAB对Longuet-Higgins长峰波海浪模型和三维不规则短峰波随机海浪模型进行了仿真研究。结果表明，利用海浪谱来模拟三维随机海浪能够得到比较精确的海浪波面图和波高值，进一步根据流体的势流理论就可以分析计算出该结构物受到的海浪载荷，为校验结构物的结构强度提供了必要的基础。

关键词：海洋工程；浮式结构物设计；三维海浪模型；数值仿真

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）25-5737-03

海洋工程领域中的浮式结构物在海域展开应用时，会不可避免地遭遇各种恶劣海况。浮式结构物受到海浪产生的绕流力、惯性力、冲击力、浮托力等作用，这些作用直接关系到结构物的生存安全。因此在浮式结构物设计时，必须要充分考虑海浪的影响，精确计算海浪载荷，校验和优化结构，研究浮式结构物的耐波性和稳性，保证其满足设计要求的稳定性和安全性。

目前评估海浪载荷对浮式结构物的影响主要采用物理模型试验的方法，然而这种方法费时费力，而数值模拟具有参数设置灵活、计算结果精确等优点，正逐步成为设计领域研究海浪载荷的重要手段。由于受到计算机硬件发展水平和波浪理论不成熟等的制约，早期的海浪数值仿真主要以二维为主，但是对于需要研究海浪和浮式结构物相互作用过程中产生的波浪折绕射、漩涡等现象时，显然不能满足工程的需要。因此研究三维海浪数值模型，实现对海浪现象更加真实准确的描述，是海上复式结构物设计领域中研究海浪和结构物相互作用的必然发展方向。

本文利用谱分析的方法，在MATLAB环境下对三维随机海浪模型进行了数值模拟仿真，并给出了三维随机海浪波面图，为浮式结构物设计中计算海浪载荷提供了参考。

1 Longuet-Higgins长峰波海浪模型

2 三维不规则短峰波随机海浪仿真

摘要：本文结合武隆土坎乌江桥的实例，分析了桥墩在船舶撞击力的作用下桥墩的防撞能力。利用MSC-Patran程序建立仿真模型，根据实际航运现状采用不同的水位，角度，速度进行数值仿真计算，并给出不同工况作用下桥墩承受船撞力作用的仿真结果，通过对比得出桥墩能承受的最大撞击力。

关键词：数值仿真 船撞 工程应用

中图分类号：U445.6文献标志码：A文章编号：

引言

随着我国交通运输事业的迅猛发展，跨越内河、海湾以及海峡的桥梁大量被修建，同时随着航道等级的不断提高，船舶吨位也随之增加，导致船舶撞击桥梁墩台基础的事故屡屡发生。根据国内外船撞桥的事故统计资料显示，桥梁因遭受船舶撞击而发生结构整体坍塌约占事故总数的 10％，在绝大多数情况下，船舶对桥梁的撞击都会造成桥梁结构的局部或大面积的损伤。船舶对桥梁的撞击在一定程度上降低了桥梁在设计寿命期内的承载能力、耐久性，并且较大地影响了桥梁运营的安全性。如何评估桥梁受船舶撞击后的损伤以及在设计中提高桥梁的抗船撞安全性是摆在桥梁设计者和管理者面前丞待解决的问题。

随着计算机硬件技术的迅速发展，有限元技术的应用能力也在高速发展。大量实例已经证明有限元仿真技术是一种有效且可靠的分析方法。在船舶碰撞桥梁的研究中，仿真分析日益被研究者们所采用。作为一种先进的技术工具，数值仿真方法不仅能反映出碰撞过程中的一般现象和规律，而且能对碰撞部位的变形和损伤进行详细地描述。有限元仿真为船桥碰撞力学问题的研究提供了新的技术手段，并很大程度上拓展了研究者的思路。

工程简介

土坎乌江大桥跨径组合为2×25m连续箱梁+（96+180+96）m连续刚构+3×28m连续箱梁，桥梁总长度为517.5m，桥梁下部结构主墩采用双肋式柔性薄壁墩，两肋间净距6米，墩身横桥向宽度与主桥箱梁底板同宽，均为11.0米，墩身顺桥向宽度为2米，每肋的截面尺寸为2×11.0米。每个主墩承台下设置8根群桩基础，桩径均为250cm。船舶对桥墩撞击由桥墩结构抵抗，考虑桥墩的分水及美观效果在主桥墩（3号墩和4号墩为对称墩）的两侧设置为圆端形。