水動(dòng)力相互作用的案例
雨水管道末端與河道水動(dòng)力相互作用模擬研究
Félix L等[16]綜述了前人多復(fù)合事件驅(qū)動(dòng)因素耦合方法，并提出未來(lái)的研究應(yīng)集中于開(kāi)發(fā)一種緊密耦合的程序，以準(zhǔn)確地反映風(fēng)暴潮和降雨徑流之間復(fù)雜的物理相互作用；張兆祥等[17]采用水動(dòng)力模擬，研究淹沒(méi)出流時(shí)水位、坡度、管徑對(duì)內(nèi)澇的影響，結(jié)果表明，河道水位上升嚴(yán)重制約雨水管道排澇能力；羅鳴等[18]也研究了河道邊界水位對(duì)管道排水能力的影響，探究不同降雨重現(xiàn)期下出水口管道分別為自由出流、半淹沒(méi)出流和完全淹沒(méi)出流3種情形的管道相對(duì)排水能力變化。
針對(duì)城市內(nèi)澇的成因，研究人員對(duì)降雨、地表徑流、地表和管道耦合、管道流動(dòng)、管道和受納水體耦合的過(guò)程進(jìn)行了細(xì)致的分析。盡管已有不少文獻(xiàn)對(duì)下游高水位和極端降雨的復(fù)合事件造成的城市內(nèi)澇進(jìn)行研究，但是大部分文獻(xiàn)僅是從宏觀上描述高潮位會(huì)阻礙管道排水從而導(dǎo)致城市內(nèi)澇，沒(méi)有量化高潮位對(duì)管道排水能力的影響程度。且大多研究采用SWMM進(jìn)行模擬，而SWMM在描述管道內(nèi)水動(dòng)力過(guò)程方面存在嚴(yán)重的不足，無(wú)法精準(zhǔn)刻畫(huà)下游頂托情況下管道內(nèi)的水流復(fù)雜情況。
本文主要通過(guò)二維模型對(duì)末端雨水管道進(jìn)行模擬，以初步探究不同的降雨強(qiáng)度、水位高度、管道坡度對(duì)管道排水能力的影響。采用二維模型的主要原因是其可以高效地捕捉到管道中的明滿流交替現(xiàn)象，進(jìn)而闡釋雨水管道末端與河道之間的水動(dòng)力相互作用趨勢(shì)和規(guī)律，為復(fù)雜三維模擬及實(shí)驗(yàn)研究的開(kāi)展提供依據(jù)。而且，本文的二維模型模擬結(jié)果通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式驗(yàn)證精度可靠。
1 數(shù)學(xué)模型
1.1 控制方程
OpenFOAM中的interFoam求解器可以求解2個(gè)不可壓縮相的雷諾平均Navier-Stokes方程，包括連續(xù)性方程(公式1)和動(dòng)量守恒方程(公式2),并通過(guò)VOF(volume of fluid)方法捕捉自由表面的運(yùn)動(dòng)。
展開(kāi) 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車電驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)與特征 附車輛與結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用下載
綜上，行星齒輪混聯(lián)式動(dòng)力系統(tǒng)對(duì)于各種道路運(yùn)行工況都具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，無(wú)論是在高速公路上還是在市區(qū)工況中行駛，其經(jīng)濟(jì)性和排放都具有優(yōu)勢(shì)。
下載地址：車輛與結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用
基于Forcite模塊的分子動(dòng)力學(xué)研究藥劑與礦物相互作用實(shí)例
基于Forcite模塊的分子動(dòng)力學(xué)研究藥劑與礦物相互作用實(shí)例（一）
關(guān)鍵詞：相互作用 MS Forcite 分子動(dòng)力學(xué) 徑向分布 筆名：楊過(guò)
Forcite模塊是分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算的主要模塊，研究范圍廣，可以對(duì)多種周期性體系進(jìn)行計(jì)算分析，在礦物分選領(lǐng)域中主要是計(jì)算分析藥劑與礦物相互作用，在不同計(jì)算參數(shù)條件下可以實(shí)現(xiàn)藥劑與礦物相互作用模型的預(yù)測(cè)與分析，從而得到表面相互作用機(jī)理。
因此，本文主要講述運(yùn)用Forcite模塊對(duì)藥劑與礦物相互作用計(jì)算過(guò)程分析。選取氯化膽堿-丙二酸（1:2）作為藥劑，礦物選取氧化鋅，對(duì)其進(jìn)行模型搭建與計(jì)算。
首先將計(jì)算表面能得到的氧化鋅（001）面完全解理面進(jìn)行擴(kuò)胞，建立6×6×4超胞模型，并運(yùn)用Castep模塊進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，然后通過(guò)Build layers將優(yōu)化好的氯化膽堿-丙二酸（1:2）添加到已經(jīng)擴(kuò)胞優(yōu)化好的氧化鋅（001）超胞表面，并添加一定的真空層厚度避免周期性邊界條件下力場(chǎng)的重復(fù)干擾。對(duì)搭建得到的模型進(jìn)行幾何結(jié)構(gòu)優(yōu)化，通過(guò)不斷優(yōu)化確定了最優(yōu)的力場(chǎng)參數(shù)為CompassⅡ，選擇Forcefield assigned電荷分布方法，Smart優(yōu)化計(jì)算方法。進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算時(shí)選擇NVT系綜，溫度控制選擇NHL，求解牛頓運(yùn)動(dòng)方程應(yīng)用Velocity Verlet 算法，靜電力描述選擇Ewald 方法，范德華作用力求解選擇Atom-based 方法，截?cái)喟霃綖?.5 Å。總模擬時(shí)間為 1500 ps，每一步驟時(shí)間為 1 fs，總的模擬步驟為 1500000，最終得到穩(wěn)定的相互作用體系并對(duì)其相互作用機(jī)理進(jìn)行計(jì)算分析。
展開(kāi) ANSYS 顯式動(dòng)力學(xué)固體流體相互作用（英文視頻-無(wú)案例） ￥5
目標(biāo)是學(xué)習(xí)固-液相互作用仿真的基本結(jié)構(gòu)和工作流程，而不是讓新手感到困惑。在未來(lái)，更高級(jí)的課程我們將擴(kuò)展模擬的限制和可能性，并包括以下尚未應(yīng)用的技能，例如：- 設(shè)置參數(shù)化工作流程- 包含具有故障模型的材料- 解決物體破裂/破裂的問(wèn)題- 包括爆炸和壓力波這是課程的第二部分-系列，是一個(gè)很好的起點(diǎn)。您不需要任何 ANSYS 經(jīng)驗(yàn)，但顯式動(dòng)力學(xué)是一個(gè)高級(jí)領(lǐng)域。如果您有任何問(wèn)題，請(qǐng)不要害羞地提出任何問(wèn)題。作為項(xiàng)目或自我練習(xí)，您可以在這里和那里進(jìn)行一點(diǎn)點(diǎn)扭曲，制作我們的 Solid-Fluid 交互的修改版本。根據(jù)需要修改尺寸、速度、攻角、密度或網(wǎng)格分辨率，以便在最后看到影響。如果您對(duì)基本的固-液交互有很好的理解，這將是一個(gè)很好的實(shí)踐。</p><p class="ql-align-justify"><strong>本課程的目標(biāo)對(duì)象</strong></p><p class="ql-align-justify">面向 Explicit Dynamics 仿真環(huán)境的初學(xué)者</p><p><br></p>
展開(kāi) 
清華大學(xué) 張若兵 等：等離子體射流與表覆多孔無(wú)機(jī)污穢硅橡膠間的相互作用：表面憎水或親水？
效應(yīng)I發(fā)生在等離子體處理過(guò)程中，對(duì)小分子含量要求較高，提高憎水性所需時(shí)間短（小于10s），其可能的機(jī)理是等離子體穿透了硅橡膠表面的多孔灰層，直接作用于硅氧烷小分子，加速了其遷移擴(kuò)散和吸附過(guò)程。效應(yīng)II發(fā)生在等離子體處理后，對(duì)小分子含量要求較低，提高憎水性所需時(shí)間較長(zhǎng)（小時(shí)級(jí)），其可能機(jī)理是等離子體增強(qiáng)了高嶺土吸附小分子的能力，從而加速了硅氧烷小分子在高嶺土層中的遷移。
圖6 等離子體加速遷移的效應(yīng)示意圖
（2）
等離子體加速遷移與氧化作用的競(jìng)爭(zhēng)
等離子體作用下同時(shí)存在對(duì)小分子硅氧烷的氧化作用，使硅橡膠表面趨向于親水。等離子體處理期間高嶺土層的表面憎水狀態(tài)由等離子體加速遷移（效應(yīng)I）和氧化作用之間的競(jìng)爭(zhēng)決定。若加速作用強(qiáng)于氧化作用，染污硅橡膠表面憎水性提高，反之表面憎水性降低。等離子體處理時(shí)染污硅橡膠表面憎水性在不同處理時(shí)間和處理區(qū)域的復(fù)雜表現(xiàn)即與此有關(guān)。等離子體處理期間污染硅橡膠憎水性變化過(guò)程如圖所示。
展開(kāi) ：納米Cu/Ag的雙界面相互作用的分子動(dòng)力學(xué)研究
近期實(shí)驗(yàn)研究表明在高應(yīng)力或應(yīng)變下，Cu/Nb和Cu/Ag雙金屬材料會(huì)產(chǎn)生孿晶，研究人員認(rèn)為，在此機(jī)械孿晶的產(chǎn)生過(guò)程中異相界面發(fā)揮了關(guān)鍵作用。根據(jù)界面類型的不同，孿生位錯(cuò)（TDs）有可能直接在相鄰平面的界面成核，或者從一層傳遞到另一層，甚至可能在界面處驟停使得作用加強(qiáng)。因此，在這些特殊材料的塑性機(jī)制中，多相界面的結(jié)構(gòu)是關(guān)鍵影響因素，而理解界面如何與孿生體相互作用也至關(guān)重要。由于研究對(duì)象的時(shí)間和空間尺度均較小，目前看來(lái)，原子模擬是較為合適的工具。
【成果簡(jiǎn)介】
合金是具有優(yōu)異機(jī)械性能的典型金屬體系，不同的細(xì)微結(jié)構(gòu)決定著其性能的優(yōu)劣，例如，當(dāng)材料結(jié)構(gòu)到納米尺度時(shí)，研究人員發(fā)現(xiàn)會(huì)產(chǎn)生了許多力學(xué)性能的改變。最近，法國(guó)普瓦捷大學(xué)R. Béjaudt等人利用分子動(dòng)力學(xué)模擬，在原子尺度上研究了孿晶與納米結(jié)構(gòu)Cu/Ag的界面相互作用，分析了界面結(jié)構(gòu)對(duì)孿晶核形成、擴(kuò)散和增厚的影響，詳細(xì)闡述了失配界面位錯(cuò)網(wǎng)格的作用。該研究發(fā)表于Acta Materialia，題為“Twin-interface interactions in nanostructured Cu/Ag: Molecular dynamics study”。該項(xiàng)研究表明界面可以通過(guò)Lomer位錯(cuò)直接或間接誘導(dǎo)孿生位錯(cuò)的成核，并給出了有關(guān)機(jī)制的詳細(xì)描述。研究通過(guò)這種原子尺度的方法提出，在納米層狀復(fù)合材料中，機(jī)械孿生過(guò)程是一種常見(jiàn)的塑性機(jī)制。
【圖文導(dǎo)讀】
圖1. 兩層同尺寸的薄雙金屬薄膜的結(jié)構(gòu)圖
含有兩層相同尺寸的薄雙金屬薄膜。原子根據(jù)其類型著色（Ag為紫色，Cu為黃色）。
圖2. 界面處的俯視圖與側(cè)視圖
（a）界面處的Cu和Ag原子的俯視圖，（a.i）和（a.ii）分別表示COC和TO界面。
展開(kāi) 神經(jīng)元相互作用方式解析解描述突破，模擬大腦動(dòng)力學(xué)效率提升。（轉(zhuǎn)載）
困擾數(shù)學(xué)家百年的微分方程難題：
這個(gè)微分方程可以用來(lái)模擬神經(jīng)元間通過(guò)突觸的相互作用方式，換言之就是大腦傳遞信息的過(guò)程?，F(xiàn)實(shí)生活中有諸多應(yīng)用場(chǎng)景，比如自動(dòng)駕駛、大腦和心臟的監(jiān)測(cè)等。
然而，以前求解這個(gè)微分方程的過(guò)程比較復(fù)雜，計(jì)算量還會(huì)隨著數(shù)據(jù)的增加而暴增 ——
模擬幾個(gè)神經(jīng)元之間的信息傳遞還好。但如果像人腦一樣，有幾百億個(gè)神經(jīng)元、幾百萬(wàn)億個(gè)突觸呢？
現(xiàn)在，研究人員終于找到了這個(gè)微分方程的近似解析解，一下子將計(jì)算速度提升了好幾倍。
要知道，論文第一作者表示，從 1907 年以來(lái)，就一直沒(méi)有人能找到這個(gè)微分方程的解析解。
牽一發(fā)而動(dòng)全身，論文第一作者還放話稱：
由數(shù)十億個(gè)神經(jīng)元和數(shù)萬(wàn)億個(gè)突觸組成的大腦動(dòng)力學(xué)，我們現(xiàn)在也可以模擬了！
還有網(wǎng)友表示：
這將會(huì)改善神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)大規(guī)模數(shù)據(jù)計(jì)算的適應(yīng)能力。點(diǎn)個(gè)贊！
相關(guān)論文已發(fā)表在最新一期的 Nature MI 上，立刻引發(fā)了不少關(guān)注：到底是什么樣的一個(gè)數(shù)學(xué)難題，能夠讓網(wǎng)友產(chǎn)生這樣大的反應(yīng)，一起來(lái)看看~
解決了一個(gè)什么樣的難題？
這次 MIT 的突破，在于找到了兩個(gè)神經(jīng)元之間通過(guò)突觸相互作用微分方程的近似解析解。
突觸，即一個(gè)神經(jīng)元的沖動(dòng)傳到另一個(gè)神經(jīng)元或另一細(xì)胞間的相互接觸的結(jié)構(gòu)。兩個(gè)神經(jīng)元之間神經(jīng)沖動(dòng)，則是由突觸前末梢，傳遞給突觸后神經(jīng)元的。
要模擬神經(jīng)元間通過(guò)突觸相互作用的過(guò)程，就需要模擬傳導(dǎo)的動(dòng)作電位。
MIT 研究人員先是用去年做出來(lái)的“液體”神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) （Liquid Time-constant Networks，簡(jiǎn)稱 LTC）模擬了這一現(xiàn)象。
展開(kāi) ：基于單寧酸介導(dǎo)動(dòng)態(tài)相互作用構(gòu)建超拉伸性、高黏附性和自修復(fù)水凝膠
水凝膠作為一種具有重要意義的軟材料，擁有優(yōu)秀的生物相容性、力學(xué)柔韌性以及獨(dú)特的粘附性，在生物醫(yī)療設(shè)備、軟機(jī)器人、人造電子皮膚和物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域極具吸引力。目前，主要有兩種設(shè)計(jì)策略來(lái)提升水凝膠的性能。一是利用共價(jià)和非共價(jià)相互作用對(duì)整個(gè)凝膠網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行編程，從而使得水凝膠的本體性能（例如機(jī)械、電學(xué)、光學(xué)性質(zhì)）得以提升；二是調(diào)節(jié)水凝膠與周圍環(huán)境的界面相互作用，賦予水凝膠表面以額外的功能，例如自黏附性。然而，由于缺少合適的相互作用，水凝膠較難同時(shí)實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的本體和界面性質(zhì)。貽貝啟發(fā)的兒茶酚衍生物能調(diào)控水凝膠網(wǎng)絡(luò)中的多種分子水平的相互作用，擁有“點(diǎn)石成金”般的強(qiáng)大力量，因此廣受研究人員們的青睞。即使擁有如此利器，設(shè)計(jì)一種同時(shí)具備高拉伸性（> 3000%）和強(qiáng)粘附性（在皮膚表面的粘附強(qiáng)度> 30 kPa）的水凝膠仍面臨居多挑戰(zhàn)。首先，貽貝啟發(fā)的水凝膠的形成大都無(wú)法擺脫對(duì)共價(jià)交聯(lián)劑的依賴，這不僅導(dǎo)致本體聚合物網(wǎng)絡(luò)變得死板，難以在遭遇形變時(shí)實(shí)現(xiàn)有效的能量耗散，并且也限制了水凝膠與周圍界面的相互作用。其次，水凝膠在本體和界面內(nèi)的動(dòng)態(tài)相互作用位點(diǎn)往往不足，制約了水凝膠拉伸性和粘附性的同步提升。
針對(duì)這些難題，香港城市大學(xué)王鉆開(kāi)教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種完全基于單寧酸介導(dǎo)的相互作用（TEDI）而實(shí)現(xiàn)超強(qiáng)拉伸性、高粘附性和自修復(fù)性的離子水凝膠（如圖1）。其中單寧酸介導(dǎo)的動(dòng)態(tài)相互作用發(fā)揮了兩個(gè)重要作用：一方面提供足夠的非共價(jià)交聯(lián)，完全取代了常規(guī)共價(jià)交聯(lián)在凝膠化中的作用，另一方面充當(dāng)調(diào)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水凝膠的本體/界面性質(zhì)的精確控制。相較于傳統(tǒng)的貽貝水凝膠，TEDI水凝膠展現(xiàn)出優(yōu)越的拉伸性（可被拉伸至原始長(zhǎng)度的73倍），卓越的自愈能力和強(qiáng)大的粘附性（在豬皮表面的粘附強(qiáng)度可達(dá)50 kPa）。
展開(kāi) 【技術(shù)】水下潛航器尾部形狀對(duì)推進(jìn)的影響
希望通過(guò)本文使UV設(shè)計(jì)者對(duì)這種關(guān)鍵的水動(dòng)力相互作用有一些了解。
螺旋槳壓力
螺旋槳葉片兩側(cè)有兩個(gè)主要壓力區(qū)，它們共存并產(chǎn)生推動(dòng)艇體運(yùn)動(dòng)的推力。在螺旋槳的后部是一個(gè)“正壓”區(qū)域（在圖中以P +表示）。將手伸出車窗外。稍微旋轉(zhuǎn)手以使拇指抬起。當(dāng)您的汽車行駛時(shí)，空氣會(huì)被您的手抓住，從而形成“正壓力”。這等效于螺旋槳的最后側(cè)（“面”），并向前推動(dòng)葉片。
同時(shí)，由于環(huán)繞您的拇指和手背的氣流彎曲，您的手上也產(chǎn)生了吸力。（您可能不會(huì)感覺(jué)到這種感覺(jué)，因?yàn)槲覀兊氖植皇呛艽蟮臋C(jī)翼，但它在那里。）此吸力是一個(gè)“負(fù)壓”區(qū)域，可將刀片向前（向前）拉動(dòng)?？赡芰钊梭@訝的是，對(duì)于大多數(shù)用于UV的螺旋槳，吸力“負(fù)壓”是推動(dòng)螺旋槳推力的主要因素。
艇體尾部形狀
這與我的上游艇體形狀有什么關(guān)系？負(fù)的螺旋槳吸力會(huì)在相當(dāng)遠(yuǎn)的距離產(chǎn)生影響。該抽吸區(qū)不僅會(huì)向螺旋槳中吸水，而且還會(huì)向后拉動(dòng)船體或位于其前面的艇體。這種減小拉回可以有效地視為增加的阻力，但更常見(jiàn)的是將其作為“推力減額”來(lái)處理。而且，具有靠近螺旋槳的向后形狀的艇體特別容易受到推力減小的影響。
此處顯示的圖形說(shuō)明了在現(xiàn)代“旋轉(zhuǎn)體”或“魚(yú)雷式” UV上經(jīng)?？吹降娜N不同的尾巴形狀。需要說(shuō)明的是很多情況下，相對(duì)于其他設(shè)計(jì)約束（例如規(guī)定的最大艇體直徑或長(zhǎng)度）水動(dòng)力往往是次要因素。為此，我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)要確定四個(gè)主要形狀特征：① 流入螺旋槳的斜率；② 從圓柱體到螺旋槳的過(guò)渡曲率； ③ 螺旋槳和上游艇體兩者之間的距離；④ 螺旋槳直徑與艇體直徑之比。
流入螺旋槳的斜率
理想情況下，軸向入流對(duì)螺旋槳最有利。
展開(kāi) 混凝土重力壩在地震載荷下的響應(yīng)分析
瑞利阻尼的質(zhì)量比例阻尼部分在系統(tǒng)響應(yīng)的低頻段起主導(dǎo)作用，剛度比例阻尼部分在高頻段起主導(dǎo)作用。
載荷和求解控制：
該分析分三個(gè)分析步完成，第一個(gè)靜態(tài)分析步中施加壩體自身的重力載荷，第二個(gè)靜態(tài)分析步中施加靜水壓力載荷，第三個(gè)隱式動(dòng)力學(xué)分析步中施加地震波載荷，并包含水動(dòng)力相互作用（通過(guò)用戶單元子程序UEL來(lái)模擬），把地面加速度的垂直（圖b）和水平分量（圖a）通過(guò)地基傳遞給壩體的各個(gè)節(jié)點(diǎn)。
由于分析過(guò)程中出現(xiàn)裂紋時(shí)迭代的不穩(wěn)定性，為了獲得好的收斂性，采用自動(dòng)時(shí)間增量步，考慮到混凝土本構(gòu)模型中的塑性是非關(guān)聯(lián)的，采用非對(duì)稱的方式存儲(chǔ)矩陣。設(shè)定半分析步殘余容差為10E7，總時(shí)間為10s，最大時(shí)間增量步長(zhǎng)為0.02秒。
分析結(jié)果及討論：
圖3展示了大壩左上角頂點(diǎn)的水平運(yùn)動(dòng)相對(duì)于地面的水平運(yùn)動(dòng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的位移圖。位移正值表示大壩左上角頂點(diǎn)向下游運(yùn)動(dòng)。由圖中可以看出在地震發(fā)生的前4秒內(nèi)，壩頂位移依然小于30mm,在4秒之后，壩頂位移的波動(dòng)變化越來(lái)越劇烈，正如下面討論的，壩頂擺動(dòng)劇烈時(shí)將引起結(jié)構(gòu)破壞。
通過(guò)拉伸狀態(tài)下的損傷變量DAMAGET（dt）和綜合損傷變量SDEG（d）可以判斷，在前兩個(gè)分析步中，壩體沒(méi)有發(fā)生破壞，材料依然處于無(wú)損的彈性狀態(tài)。壩體的破壞主要發(fā)生在第三個(gè)分析步中。
圖4-圖9分別展示了不同時(shí)刻壩體上的損傷變量的分布圖。在某些區(qū)域，在拉伸狀態(tài)下的損傷變量DAMAGET（dt）隨著拉伸的位移越來(lái)越大。然而綜合損傷變量d隨著裂紋的閉合和張開(kāi)或?yàn)?或不為0。由材料的本構(gòu)關(guān)系可知，如果裂紋處于拉伸狀態(tài)，則d＞0,在壓縮狀態(tài)下，由于抗壓剛度恢復(fù)系數(shù)wc為1，故d=0。
展開(kāi) 