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关键词： 超声速民机   声爆   声爆传播   空间推进格式   计算流体力学  

摘要： 对于超声速民机近/中场声爆传播的数值模拟，传统基于时间推进求解格式的CFD方法计算量大，而基于广义Burgers方程的声学传播方法难以模拟三维流动中的速度、密度等变量。提出了一种空间推进高精度数值模拟方法，并自主开发了声爆传播仿真程序“SMFlow3D”。该方法模拟近/中场声爆的流程如下：首先，生成网格线沿马赫角分布的锥型网格；然后，将距离飞机一倍机身长度位置处的周向密度、速度和压力信息插值到锥型网格的节点上，作为推进求解初值；最后，基于有限差分方法框架，采用三阶Runge-Kutta方法，沿后马赫锥方向推进求解曲线坐标系下的三维定常控制方程。采用该方法对AIAA第二届声爆预测研讨会低声爆标模JWB的近/中场波系演化进行模拟，分别与传统时间推进CFD方法和基于广义Burgers方程的声学传播方法的结果进行了对比，验证了其正确性和有效性。针对三角翼翼身组合体模型的近场声爆传播算例研究表明，与传统时间推进CFD方法相比，本文发展方法能够节省约97.3%的计算时间，并且可以提高激波系的捕捉精度。本文发展方法能够为声爆快速预测和波系演化分析提供有效方法与工具。

关键词： 绝缘子覆冰   水滴运动   直流电场   冰棱生长   数值模拟  

摘要： 为研究复合绝缘子覆冰规律，保护电网和输电线路的安全，提出了耦合场下复合绝缘子覆冰模型。以FXBW-35/70复合绝缘子为试品，通过建立电场与气流场耦合下的水滴运动控制方程，分析了水滴碰撞复合绝缘子不同位置时所受电场力的分布，探讨风速和水滴粒径对局部碰撞系数α1和水滴受电场偏移程度Δs的影响，计算并分析了不同冰棱分布下复合绝缘子表面整体碰撞系数β1，最后进行了复合绝缘子干湿增长试验。结果表明：伞裙边缘、表面、芯棒处的电场强度依次减弱；带电水滴与不带电水滴均在驻点处α1最大，并随两侧逐渐减小，增大风速或水滴粒径均能提升两者的α1；带电水滴相比不带电水滴在直流电场吸引作用下α1更高，其受电场偏移程度由高压端至低压端逐渐降低，最高偏移率可达30%；降低风速、减小水滴粒径或增大冰棱长度、增加冰棱数量均会降低β1；干增长条件下，覆冰形态在无电场作用下整齐规则，而在带电条件下覆冰速率加快，形态杂乱；湿增长条件下，水滴捕获形成水膜流动并促进冰棱生长，无电场作用下覆冰速率明显降低，带电条件下冰棱出现弯曲且形状不规则。研究成果为明确带电条件下复合绝缘子覆冰生长机制及数值模拟提供了技术参考。

关键词： 平顶激光束   激光粉末床熔融   温度场   应力场   数值模拟  

摘要： 激光粉末床熔融（LPBF）加工过程中不可避免地会出现制造缺陷，而光束整形技术为缺陷控制提供了新的方向。残余应力是导致裂纹和变形的关键因素之一，但光束整形对残余应力的影响尚不明确。本研究构建了高斯/平顶激光束多道扫描的热力学模型，详细分析了在扫描速度为700 mm/s和总能量输入相同的条件下，不同激光束光斑中心与边缘的温度峰值、温度梯度、冷却速率以及整体的残余应力分布，并进一步探讨了激光功率与扫描速度变化对温度峰值与残余应力的影响。结果表明：高斯激光束光斑中心的温度峰值比平顶激光束高541.28℃，而光斑边缘的温度峰值比平顶激光束低127.95℃。高斯激光束在光斑中心处具有更高的温度梯度与冷却速率，而平顶激光束在光斑边缘处具有更高的温度梯度与冷却速率。高斯/平顶激光束的最大温度梯度均出现在光斑边缘，分别为5.38×10～7℃/m和5.74×10～7℃/m，最大冷却速率均出现在光斑中心，分别为8.66×10～6℃/s和5.82×10～6℃/s。在光斑中心区域，高斯激光束的温度受激光功率和扫描速度的影响更加显著；在光斑边缘区域，平顶激光束的温度对激光功率和扫描速度更为敏感。在相同的光斑直径下，高斯/平顶激光束产生的最大残余应力相差不大。这两种激光束产生的残余应力均随着激光功率和扫描速度的增加而增大。在总能量输入相同的条件下，两种激光束产生的残余应力接近。本研究为激光粉末床熔融应力分布调控及工艺优化提供了理论依据。

关键词： 星地激光通信   大气湍流   相位屏   数值模拟   通信链路  

摘要： 激光经由大气信道传输会受到湍流效应的影响产生空间相位畸变，显著降低星地激光通信性能。目前，多层大气湍流相位屏法是研究星地链路大气湍流效应的重要方法，但现有模型通常无法表征星地大气湍流的动态演变过程。基于此，本文首先依据大气湍流功率谱和折射率结构常数在不同海拔高度上的分布特征，利用三层Non-Kolmogorov谱大气湍流相位屏分别模拟边界层、对流层和平流层中的大气湍流效应。之后，基于不同大气层中的平均风速，通过变半径旋转截取法得到星地三层动态大气湍流相位屏模型，并对高斯光束经由星地大气信道传输后的相位和光强随机动态分布特性进行了数值模拟。最后，利用相位结构函数、光强闪烁指数及相位屏序列自相关系数验证了星地三层动态大气湍流相位屏模型能够准确表征星地大气湍流的动态演变过程，并能有效评估星地大气湍流对于高斯光束传输特性的影响，有助于促进星地激光通信技术应用的发展。

关键词： 吸力锚基础   循环荷载   水合物解离   多物理场耦合   基础稳定性  

摘要： 吸力锚在循环荷载作用下会引起海洋水合物储层中孔隙压力波动，进而诱发水合物解离，影响吸力锚稳定性。为了厘清水合物解离影响吸力锚稳定性的作用形式，基于水合物解离动力学理论和多孔介质传热方程对吸力锚受循环荷载作用下引发水合物解离的机理进行数值模拟分析，采用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件建立了热-流-固耦合模型，模拟了吸力锚受循环荷载作用下引发水合物解离的作用机理。研究发现，吸力锚受到循环荷载会导致锚内孔隙压力波动，进而诱发水合物解离。孔隙压力扰动波及的最浅层水合物解离度最大。沉积层温度升高会增大海洋沉积层内的气水渗流速度，大幅提升水合物的解离速率。水合物解离会造成吸力锚内部负压消散，减弱吸力锚的吸附力，降低吸力锚的稳定性。

关键词： 锁脚锚杆   锚杆布置角度   解析解   数值模拟  

摘要： 旨在探讨锁脚锚杆在隧道施工阶段对控制初期支护沉降的作用，重点分析不同布置形式（倾斜向上与倾斜向下）及其角度对锁脚效果的影响，以优化锁脚锚杆的设计和应用，提高隧道施工的安全性和效率。以隧道实际施工情况为背景，分别建立锁脚锚杆向上打设和向下打设两种情况下的力学模型，借助材料力学和岩石力学等手段，对这两种情况下拱脚外露端沉降进行解析力学推导。同时，采用数值模拟手段，亦分别建立锁脚锚杆向上和向下两种情况下的数值模型并予以计算。综合解析推导与数值模拟两方面的分析结果，得出以下结论：（1）锁脚锚杆倾斜向上布置的支护效果优于倾斜向下布置的支护效果，控制初期支护沉降的效果更明显；（2）针对锁脚锚杆倾斜向上布置的情况，考虑到隧道施工的现场实际情况，角度宜取 30°～45°为宜；（3）随着荷载（围岩压力）的增大，倾斜向上布置相较于倾斜向下布置支护效果的优势更加显著。研究结论可为隧道锁脚锚杆设计和施工提供理论参考，在隧道施工现场充分发挥锁脚锚杆的支护效果方面具有一定的实用价值。

关键词： 海岸平衡剖面   滩肩   沙坝   水滚  

摘要： 通过考虑水滚的影响对基于能量原理建立的Plant输沙公式进行修正，研究了沙质海岸不同类型（滩肩型和沙坝型）平衡剖面的输沙规律和地貌特征，并讨论了水滚和入射波波浪要素对平衡剖面的影响。结果表明：在破波带外，波浪非线性产生的向岸输沙主要与离岸方向的水底坡度输沙平衡，这导致平衡滩肩剖面与平衡沿岸沙坝剖面水底地形均具有上凹特征。在破波带内，波浪和水滚产生的离岸方向的输沙使得海岸平衡剖面水底坡度变缓。对于平衡沿岸沙坝剖面，水滚引起的离岸输沙是产生沿岸沙坝—凹槽地貌特征的重要原因。利用单位体积水滚能量耗散空间分布的均匀性判断沙坝剖面是否达到平衡比利用单位体积波能耗散更适用。对于沿岸方向水深不变的海岸平衡剖面，随入射波波高增加或周期减小，海岸平衡剖面类型依次为滩肩剖面、沿岸沙坝剖面和耗散型剖面。

关键词： 集成电路   SiP封装   热应力   数值模拟   仿真验证   电力电子  

摘要： 近年来微系统SiP封装技术从微器件的设想到落地，逐步实现了工艺技术上的改进，直至今日渗透到信息、航天、船舶、医学等多个领域，其发展趋势已经势不可挡。但是对于微系统SiP封装器件，热应力导致的热失配是最重要的失效原因之一。想要分析器件的热适配问题，实验成本太高，基于有限元的数值仿真技术不仅可以满足准确度要求，并且节省时间、资源等成本，但是国内外针对微系统SiP封装器件的热应力数值仿真方法并没有进行系统的多方面的对比与验证。基于以上现状，为了实现针对微系统SiP封装器件热应力的高效、全面、准确地仿真，并且形成准确且具有指导性的仿真方法。本研究以某一典型微系统SiP封装模型为例，从收敛性分析、约束类型分析、温度场构建分析、焊接面分析、粘接面分析五个方面研究了该封装器件的热应力仿真方法，最终结合实验进行对比分析，最终形成准确高效的微系统SiP封装器件热应力的仿真方法理论，进而指导该领域器件的封装设计。

关键词： 滇中引水   外水压力   深埋隧洞   隧洞渗控措施   数值模拟  

摘要： 香炉山隧洞是滇中引水工程的难点和控制性工程，其位于大理州鹤庆县松桂镇境内，高外水压力是威胁其安全的一大因素。以香炉山隧洞典型洞段为研究对象，基于现场埋深监测仪器和数值分析发现：由于隧洞的排水作用，洞壁渗压较低可能仅有几米水头；隧洞外水压力和渗流量同时受地质条件和工程渗控措施的影响，岩体渗透性、隧洞与导水构造的距离、隔水衬砌和排水孔的设置都会影响隧洞外水压力和渗流量。在一定的地质结构和渗控措施条件下隧洞开挖排水可能仅仅引起隧洞局部的地下水疏干，而不影响地下水潜水位。研究结果可以为深埋高外水压力隧洞安全施工和运行提供参考依据。

关键词： 联肢钢板剪力墙   SPSS   正交试验   ABAQUS数值模拟   方差分析   抗震性能   耦合度  

摘要： 为探索联肢钢板剪力墙各构件间的有效配合和影响因素的主次关系。本文通过SPSS统计软件的正交设计功能设计了一个9因素3水平的正交试验，进而得到27个代表性联肢钢板剪力墙样本，利用有限元软件ABAQUS对样本建模后做单向推覆和低周往复加载模拟，最后以结构承载力、延性、耗能与体积为考核指标对样本进行极差和方差分析。分析结果表明：墙板的宽高比对承载力、耗能、体积的影响最大，连梁的连接与外侧梁柱刚度为影响延性的主要因素；墙板、梁、柱、连梁的配合应符合强框架弱墙板、连梁刚接且截面模量不小于横梁并以剪切变形为主的设计原则；初步设计时，两侧墙肢宽度比不宜大于2，建议基于耦合度进行截面设计，迭代设计过程中，耦合度初选范围为0.34～0.63，初始值可取均值0.51，以便加快设计进程。