Numerical prediction on the scour burial of cylinder object freely resting on the sandy seabed in the East China Sea using the DRAMBUIE model

After experiencing 8-day combined tidal current, circulation and wave actions, scour depth surrounding cylinder object freely resting on sandy seabed in the East China Sea （ECS） in January is numerically predicted using the DRAMBUIE model designed for scour burial, which has been widely used and verified by in-situ experiments. During the period of numerical integration, the value of time t is generally variable at every time step via the special time-stepped approach developed by this paper to eliminate the time error. The tidal current velocity, wave orbital velocity and the depth-averaged circulation in the ECS have been obtained by numerical simulations with Estuarine Coastal and Ocean Model （ECOM）, Simulating Waves Nearshore （SWAN） model and Regional Ocean Modeling System （ROMS） model respectively. The control experiment and several idealized test cases on influential factors in scour depth reveal that the dominant hydrodynamic factor is tidal current in the ECS under normal weather conditions, and the impacts of shelf circulation and wave motion on local scour almost can be ignored with an exception of the Kuroshio area where the high-speed mainstream of Kuroshio flows. It is also indicated that in sandy sediments, the distribution of scour depth nearly follows the pattern of tidal currents, while the secondary influencing factor on scour depth appears to be grain size of sandy sediment in the ECS. Numerical tests on sediment grain size further testify that much finer sand is more easily scoured, and an increasing trend for scour depth with reduction of grain size is displayed due to imposed resistance of larger sized particles. Three aspects explored by this paper, including the empirical equations in the Defense Research Agency Mine Burial Environment （DRAMBUIE） model, the accuracy of inputs and infill process can severely affect the prediction of scour depth surrounding cylinder objects freely resting on sandy seabed in the ECS.     

隧道穿越引起地下管线竖向位移的能量变分分析方法

隧道穿越引起的地层位移可能造成地下管线变形过大或断裂等事故,引起工程界的高度关注。基于假定的地下管线竖向位移分布模式,通过能量方法建立变分控制方程,提出了求解隧道穿越地下管线竖向位移的能量变分解法,运用叠加原理将单线隧道解答延拓至双线隧道中。与离心机试验和工程实例的对比,验证了方法的正确性。通过参数计算,分析了管材弹性模量、管线埋深、地层损失率等相关因素对地下管线竖向位移的影响规律,研究结论具有工程参考价值。     

三棱柱形网格下自由表面流的三维数值模拟

为了模拟自由表面流动问题,建立了基于三棱柱形网格的三维Navier-Stokes方程的半隐式动压离散模型。出流边界采用在动量方程右端附加线性衰减项的海绵层处理方式来消减波能。引入k-ε双方程紊流模型求解涡黏性系数,使方程达到封闭。用规则周期波通过淹没障碍物的传播变形和复合明渠流动算例,验证了当遇到短波高频问题时,所述模型模拟结果与测量值吻合良好,体现了模型的精确性和有效性。     

基于LBGK方法的粘性流体晃动问题大涡模拟

LBGK结合大涡紊流模型方法应用于粘性流体运动的数值模拟,并在LBGK方法中引入VOF概念,用于跟踪自由表面的运动.利用这种方法计算了贮液容器中粘性流体的自由晃动以及非线性激励下的一阶模态晃动,得到了侧壁上压强分布,并拟合了压力和弯距的估算公式.分析和实践表明,该方法对带自由表面不可压缩流体的数值模拟具有较高的精度.     

用广义协调元分析复合式多层无孔和开孔矩形薄板的振动

复合式多层无孔和开孔矩形薄板是桥梁结构和建筑等结构中的最重要的组成部分。当研究它们的振动问题时,用解析法求解自振频率十分困难,而采用通用的有限元法求解自由度数目多,收敛也比较慢。本文利用三角形薄板广义协调元分析了复合式多层四边简支、四边固定无孔和开孔矩形薄板的自由振动,求出了前几阶频率系数,其结果与用ANSYS软件算出的结果基本接近,当为单层无孔和开孔板时,与文献[8]的结果完全相同,且与文献[10]的解析解吻合较好,证明了本文理论推导及程序编制的正确性,表明广义协调元与有限元相比具有自由度少、精度高、程序简便以及收敛快等优点。     

A CIP-based numerical simulation of free surface flow related to freak waves

An enhanced numerical model for simulating two-dimensional incompressible viscous flow with distorted free surface is reported. The numerical simulation is carried out through the CIP （Constrained Interpolation Profile）-based method, which is described in the paper. A more accurate interface capturing scheme, the VOF/WLIC scheme （VOF：Volume-of-Fluid;WLIC：weighed line interface calculation）, is adopted as the interface capturing method. To assess the developed algorithm and its versatility, a selection of test problems are examined, i.e. the square wave propagation, the Zalesak’s rigid body rotation, dam breaking problem with and without obstacles, wave sloshing in an excited wave tank and interaction between extreme waves and a floating body. Excellent agreements are obtained when numerical results are compared with available analytical, experimental, and other numerical results. These examples demonstrate that the use of the VOF/WLIC scheme in the free surface capturing makes better results and also the proposed CIP-based model is capable of predicting the freak wave-related phenomena.     

选择性滤波同位网格有限差分法在地震波数值模拟中的应用.

引入计算空气声学领域的选择性滤波同位网格有限差分算法（SFFD法）用于二维地震波数值模拟．SFFD法使用经过优化的11点DRP同位网格差分格式,对空间一阶导数进行离散近似,同时采用选择性滤波方法来消除同位网格差分所产生的格点高频振荡,它既提高了数值模拟的精度, 又保证了求解过程的稳定性．数值实验结果表明,SFFD法能够达到O(Delta;x8, Delta;t4)阶交错网格算法同样的精度,同时该方法还具有很强的适应性,能够应用于存在着强泊松比差异的介质模型中,完整地模拟地震波传播过程中各类型的波场,并且对复杂非均匀介质的适应能力也很好．此外,由于避免了交错网格算法在曲线坐标系和一般各向异性介质的数值模拟时所需进行的复杂的插值运算, SFFD法在这些问题上也有着很好的应用前景．      

渤海湾潮下带底栖线虫群落的垂直分布

2007年春季在渤海湾天津潮下带采集小型底栖生物样品,分析沉积物中自由生活线虫的垂直分布情况。多元统计分析结果表明,底栖线虫的垂直分布和沉积物深度有关。在较深的5～10cm层,线虫群落与其上层次的差异较大:0～2cm层和5～10cm层差异极显著(P=0.001),2～5cm层和5～10cm层间差异显著(P=0.016)。不同站点间底层的线虫群落差异明显。而沉积物0～2cm层和2～5cm间的线虫群落差异不明显(P=0.541)。列出了SIMPER分析中16种明显影响表层-底层群落的线虫,13种明显影响中层-底层间群落比较的线虫。在研究和比较线虫群落时,应该考虑取样深度的影响。     

基于时空双变网格的起伏地表变坐标系正演模拟方法（英文）

坐标变换法通过将物理空间的曲网格映射为计算空间的矩形网格,将起伏地表转化为水平地表,同时将物理空间的波动方程转化为计算空间的波动方程,在计算空间完成数值模拟,坐标变换的方法对处理起伏自由边界具有较好的适应性和应用效果。本文在传统坐标变换方法的基础上,根据计算区域速度差异采用不同的网格大小和采样时间步长,提出了一种基于时空双变网格的起伏地表坐标变换正演模拟方法。在编程实现算法的基础上,通过典型模型波场模拟试算结果分析可知:(1)变网格方法与常规方法波场模拟误差在0.5%左右;(2)变网格方法计算效率视不同的变网格区域面积及变网格大小可提高几倍量级,在本文模型和计算参数下提高约5倍。(3)在满足模拟精度及频散条件要求下,变网格方法较全局细网格算法能显著节约计算内存。为此,针对起伏地表数值模拟,本文方法具有较高的模拟计算精度和一定的适应性。     

自由设站起算点可用性的两步判断法研究

目前在地铁隧道结构变形监测中通常采用自由设站极坐标的测量方式,起算点准确是保证监测结果有效性的关键。地铁隧道监测自由设站起算点数量有限,当多点存在变动时通常难以准确判定各点的可用性。本文针对自由设站已知起算点的可用性问题,采用坐标系转换求解各已知点的位移分量完成可用性判断。重点关注坐标系转换关系的求解,提出了两步法的求解思路：采用RANSAC算法计算初值,然后进行迭代权估计计算得到最终结果。最后通过现场实测和模拟测试的方式验证了该算法的探测能力。