數(shù)值仿真及其在航天發(fā)射技術(shù)中的應(yīng)用

內(nèi)容概要

　　
《數(shù)值仿真及其在航天發(fā)射技術(shù)中的應(yīng)用》以仿真計(jì)算為主線，對(duì)流動(dòng)與傳熱計(jì)算、結(jié)構(gòu)有限元分析、多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真以及這些技術(shù)在火箭導(dǎo)彈發(fā)射裝置設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行了全面介紹。《數(shù)值仿真及其在航天發(fā)射技術(shù)中的應(yīng)用》介紹了這些仿真計(jì)算技術(shù)相關(guān)的理論基礎(chǔ)、數(shù)值方法和具體應(yīng)用。《數(shù)值仿真及其在航天發(fā)射技術(shù)中的應(yīng)用》分為三篇，第一篇為流動(dòng)與傳熱分析，第二篇為結(jié)構(gòu)有限元分析，第三篇為多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析。
　　
《數(shù)值仿真及其在航天發(fā)射技術(shù)中的應(yīng)用》可作為相關(guān)領(lǐng)域仿真分析人員與火箭導(dǎo)彈地面設(shè)備相關(guān)的工程技術(shù)人員的參考書，也可用作相關(guān)專業(yè)學(xué)生的教材。

書籍目錄

第一篇　流動(dòng)與傳熱分析
　第1章　流動(dòng)與傳熱基礎(chǔ)
　　1.1　流體力學(xué)基本知識(shí)
　　　1.1.1　一些基本概念
　　　1.1.2　流體流動(dòng)的分類
　　　1.1.3　氣體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)
　　1.2　傳熱學(xué)基礎(chǔ)
　　　1.2.1　基本傳熱方式
　　　1.2.2　傳熱學(xué)基本方程
　　　1.2.3　傳熱過程與傳熱系數(shù)
　　1.3　流動(dòng)控制方程
　　　1.3.1　基本控制方程
　　　1.3.2　控制方程的不同表示
　　　1.3.3　方程類型與定解條件
　　　1.3.4　雷諾平均方程
　　　1.3.5　湍流模型
　第2章　流動(dòng)與傳熱數(shù)值計(jì)算
　　2.1　流動(dòng)與傳熱數(shù)值計(jì)算方法
　　　2.1.1　模型方程的離散與計(jì)算
　　　2.1.2　流動(dòng)與傳熱數(shù)值計(jì)算方法概述
　　　2.1.3　基于通用控制方程的離散過程
　　　2.1.4　基于矢量形式方程的離散過程
　　　2.1.5　求解方法
　　2.2　流動(dòng)與傳熱計(jì)算中的常見問題
　　　2.2.1　計(jì)算網(wǎng)格
　　　2.2.2　邊界類型與參數(shù)設(shè)置
　　　2.2.3　邊界上的湍流參數(shù)設(shè)置
　　　2.2.4　收斂條件
　　　2.2.5　改善收斂性和計(jì)算精度的其他方法
　　2.3　cfd商業(yè)軟件
　　　2.3.1　cfd軟件通用流程與基本組成
　　　2.3.2　常用cfd商業(yè)軟件簡介
　第3章　應(yīng)用與示例
　　3.1　自由射流分析
　　　3.1.1　燃?xì)馍淞髁鲃?dòng)
　　　3.1.2　自由射流模擬
　　3.2　限制射流分析
　　　3.2.1　限制射流與沖擊流場(chǎng)
　　　3.2.2　定常射流沖擊分析
　　　3.2.3　發(fā)射過程非定常射流沖擊分析
　　3.3　燃?xì)馍淞鲝?fù)燃流場(chǎng)分析
　　　3.3.1　復(fù)燃流場(chǎng)計(jì)算模型
　　　3.3.2　發(fā)動(dòng)機(jī)組分濃度計(jì)算方法
　　　3.3.3　考慮復(fù)燃的自由射流計(jì)算
　　3.4　含粒子燃?xì)馍淞髁鲌?chǎng)分析
　　　3.4.1　燃?xì)馍淞髦械牧Ｗ犹匦?br />　　　3.4.2　氣固兩相燃?xì)馍淞饔?jì)算方法
　　　3.4.3　含粒子的自由射流流場(chǎng)計(jì)算
　　3.5　氣液多相流動(dòng)分析
　　　3.5.1　多相流計(jì)算模型
　　　3.5.2　氣液多相流計(jì)算示例
　　3.6　發(fā)射裝置調(diào)溫、保溫分析
　　　3.6.1　制冷量與加熱量
　　　3.6.2　溫度場(chǎng)的計(jì)算
第二篇　結(jié)構(gòu)有限元分析
　第4章　結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)知識(shí)
　　4.1　基本概念和定律
　　　4.1.1　一些基本概念
　　　4.1.2　應(yīng)力的表示
　　　4.1.3　應(yīng)變的表示
　　　4.1.4　廣義胡克定律
　　　4.1.5　強(qiáng)度理論
　　　4.1.6　彈性問題的能量表示
　　4.2　線彈性靜力分析模型
　　　4.2.1　基本模型方程
　　　4.2.2　常見簡化模型
　　　4.2.3　基本定理與原理
　　4.3　模型方程的求解方法
　　　4.3.1　直接法
　　　4.3.2　試函數(shù)法
　　　4.3.3　虛功原理與最小勢(shì)能原理
　第5章　結(jié)構(gòu)有限元分析
　　5.1　有限元分析原理
　　　5.1.1　二桿結(jié)構(gòu)計(jì)算示例
　　　5.1.2　有限元分析基本思路
　　　5.1.3　單元性質(zhì)與特征處理
　　　5.1.4　單元載荷與邊界處理
　　5.2　結(jié)構(gòu)有限元分析中的常見問題
　　　5.2.1　計(jì)算模型的選擇
　　　5.2.2　幾何模型的簡化
　　　5.2.3　離散方式與單元選擇
　　　5.2.4　邊界條件與連接條件
　　　5.2.5　收斂性、誤差估計(jì)與改善精度的方法
　　5.3　其他類型的結(jié)構(gòu)有限元分析
　　　5.3.1　材料非線性問題
　　　5.3.2　幾何非線性問題
　　　5.3.3　接觸非線性問題
　　　5.3.4　結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析
　　　5.3.5　結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析
　　5.4　有限元商業(yè)軟件
　　　5.4.1　軟件基本構(gòu)成與操作
　　　5.4.2　常用有限元商業(yè)軟件簡介
　第6章　應(yīng)用與實(shí)例
　　6.1　發(fā)射裝置剛強(qiáng)度分析
　　　6.1.1　發(fā)射裝置結(jié)構(gòu)分析模型
　　　6.1.2　發(fā)射裝置常見載荷類型
　　　6.1.3　發(fā)射裝置剛強(qiáng)度分析示例
　　6.2　基于有限元模型的振動(dòng)分析
　　　6.2.1　發(fā)射裝置振動(dòng)模型
　　　6.2.2　結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性分析
　　　6.2.3　振動(dòng)特性分析示例
　　6.3　復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析
　　　6.3.1　復(fù)合材料特性
　　　6.3.2　復(fù)合材料結(jié)構(gòu)有限元分析
第三篇　多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析
　第7章　動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)
　　7.1　基本概念和定理
　　　7.1.1　一些基本概念
　　　7.1.2　動(dòng)力學(xué)普遍定理
　　7.2　動(dòng)力學(xué)方程
　　　7.2.1　相關(guān)原理
　　　7.2.2　拉格朗日方程
　第8章　多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)
　　8.1　多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)概述
　　　8.1.1　多體系統(tǒng)模型要素與拓?fù)涿枋?br />　　　8.1.2　多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)計(jì)算方法
　　8.2　多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)
　　　8.2.1　剛體的運(yùn)動(dòng)描述
　　　8.2.2　約束與約束方程
　　　8.2.3　運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)模型
　　　8.2.4　動(dòng)力學(xué)方程的數(shù)值方法
　　8.3　剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)模型
　　　8.3.1　柔性體的運(yùn)動(dòng)描述
　　　8.3.2　剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)方程
　　8.4　多體系統(tǒng)傳遞矩陣法
　　　8.4.1　經(jīng)典傳遞矩陣法
　　　8.4.2　多剛體系統(tǒng)離散時(shí)間傳遞矩陣法
　第9章　軟件與應(yīng)用
　　9.1　多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)商業(yè)軟件
　　　9.1.1　軟件組成與基本操作
　　　9.1.2　軟件應(yīng)用中的常見問題
　　　9.1.3　常用商業(yè)軟件
　　9.2　彈-架系統(tǒng)多體動(dòng)力學(xué)分析
　　　9.2.1　建模的一般思路
　　　9.2.2　模型的物理參數(shù)
　　　9.2.3　動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的激勵(lì)因素
　　　9.2.4　發(fā)射過程動(dòng)力學(xué)分析示例
參考文獻(xiàn)
　　　　　　

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：插圖：控制方程被離散化后，就可以進(jìn)行流動(dòng)與傳熱問題的求解計(jì)算。依據(jù)求解方程的耦合形式，求解過程可分為分離算法和耦合算法。對(duì)于不可壓縮流動(dòng)，由于沒有壓力的控制方程（即不存在狀態(tài)方程）而多采用SIMPI正系列這一套專門處理壓強(qiáng)、速度耦合關(guān)系的算法，在求解過程中多選用分離算法計(jì)算。分離算法求解過程可概述如下：（1）流場(chǎng)變量更新。在第一次計(jì)算時(shí)，變量由初始化過程更新。在隨后的計(jì)算中，每迭代一次便得到一個(gè)更新的解。（2）用當(dāng)前壓強(qiáng)和質(zhì)量通量的值求解動(dòng)量方程，以得到新的速度場(chǎng)。（3）因?yàn)椋?）中得到的速度場(chǎng)的數(shù)值解無法完全滿足連續(xù)方程，于是再求解壓強(qiáng)修正方程。壓強(qiáng)修正方程是由連續(xù)方程導(dǎo)出的泊松型方程，求解這個(gè)方程可以得到對(duì)壓強(qiáng)場(chǎng)、速度場(chǎng)和質(zhì)量通量的修正，進(jìn)而使連續(xù)方程得到滿足。（4）利用前面求出的解，求解湍流方程、能量方程、組元方程和能量方程。（5）在多相流計(jì)算中如果考慮相間干擾，則需要通過求解彌散相軌跡計(jì)算得到連續(xù)相方程中的源項(xiàng)解。（6）檢驗(yàn)收斂條件是否被滿足。如果收斂條件被滿足，則停止計(jì)算；如果計(jì)算沒有收斂，則繼續(xù)迭代過程。分離算法中采用壓強(qiáng)、速度耦合算法進(jìn)行計(jì)算，具體格式包括SIMPLE、SIMPLEC和PISO）三種。SIMPLE正算法的基本策略是用假定的壓強(qiáng)場(chǎng)求解動(dòng)量方程得到邊界點(diǎn)上的通量。因假定的壓強(qiáng)場(chǎng)不準(zhǔn)確，所以求得的通量必然不能滿足連續(xù)方程，于是在通量上添加修正項(xiàng)，以使所得通量能夠滿足連續(xù)方程。而通量修正項(xiàng)是壓強(qiáng)修正項(xiàng)的函數(shù)，因此將修正過的通量代人連續(xù)方程，就可以得到一個(gè)關(guān)于壓強(qiáng)修正項(xiàng)的方程。用AMG多重網(wǎng)格法求解這個(gè)方程可以得到壓強(qiáng)修正項(xiàng)的解。在壓強(qiáng)修正項(xiàng)的前面乘以亞松弛因子，再與原壓強(qiáng)相加就得到一個(gè)新的壓強(qiáng)場(chǎng)。以這個(gè)新的壓強(qiáng)場(chǎng)為起點(diǎn)重復(fù)上述過程，就形成交替求解壓強(qiáng)場(chǎng)、速度場(chǎng)的迭代過程，直到最后得到收斂解，計(jì)算結(jié)束。

編輯推薦

《數(shù)值仿真及其在航天發(fā)射技術(shù)中的應(yīng)用》由國防工業(yè)出版社出版。

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