基于网格变形技术的后背门外CAS有限元刚度计算

本文基于网格变形技术分析了M01车型后背门外CAS(初步造型面)有限元刚度变化情况。应用MeshWorks软件将已有旧车型后背门有限元模型进行网格变形,准确获得后背门外CAS有限元模型。分别计算变形前后后背门弯曲刚度和侧向刚度,分析刚度变化原因,得到使用MeshWorks软件可以基于已有网格快速建立新有限元模型和后背门整体弯曲度减小会造成弯曲刚度明显降低的结论。

基于径向基函数和Delaunay图映射的高效高鲁棒性的非结构网格变形方法

对于气动外形优化、气动弹性计算等涉及更新流场计算网格的问题,网格变形方法的效率和鲁棒性对整个研究过程有显著影响。其中径向基函数(radial basis function,RBF)方法能够保证较高的网格质量,但是当空间及物面网格数量较多时效率极低。而Delaunay图映射(Delaunay graph mapping,DGM)方法效率很高,但在大变形时网格质量会迅速下降。因此,将结合RBF和DGM两种方法的优点,利用网格聚合方法自动生成背景网格,通过RBF方法更新背景网格,解决DGM方法无法适用于物面大变形的问题,利用DGM方法提高变形效率,建立一种高效高鲁棒性网格变形方法。通过对比,网格变形质量方面该方法能够和RBF方法基本保持一致,且对于本文三维网格算例,网格变形效率较RBF方法能够提升90%以上。

网格变形技术及其在能源装备数值仿真中的应用

网格变形技术是近年来大型能源装备(如燃气轮机)几何处理及数值优化设计等领域的研究热点,具有灵活性高、不需要重新划分网格等优点,因此受到国内外学者的重视。网格变形技术在基于数值仿真的能源装备研发中有着广泛应用。根据现有的研究进展,本文总结了当前网格变形技术的分类和各类变形技术的变形原理,并分析了不同变形方法的优缺点,展示了网格变形技术在燃气轮机等能源装备部件优化、叶片冷热态转换、模型修改等问题中的应用。最后,本文展望了网格变形技术在能源装备领域的未来研究方向和亟需攻关的关键难题。

有限单元网格变形技术在岩柱截面优化设计中的应用研究

通过建立一种有限单元网格变形的方法,调节网格节点位置,从而改变岩柱的截面形状。实现岩柱截面变形后,网格节点和单元体数量保持不变,保证网格的连通性,避免因重新划分网格导致局部的位移和应力值发生突变,提高数值模拟计算结果的精度。以浙江省龙游石窟牛场古地下洞室1号岩柱为例,对岩柱截面优化设计开展数值模拟分析。结果表明:通过网格变形的方法改变岩柱截面形状,计算得到岩柱顶板区域的位移变化趋势与原岩柱相似,而重新划分网格的岩柱,在顶板区域的位移值出现了较大的跳动;岩柱顶板区域的应力变化与位移变化具有相同的规律。该网格变形方法为岩土工程结构构件优化设计的数值模拟分析提供了一种新的建模思路。

基于伴随法和网格变形技术的篦齿优化

以斜台阶篦齿为研究对象,采用伴随法以减小篦齿泄漏量为优化目标,利用泄漏量对齿形的敏感性为寻优方向,结合动网格技术,对篦齿齿形进行优化,并对优化前后篦齿的流动性能进行对比分析。结果表明:齿形优化后泄漏量降低12.3%,优化齿形在齿尖处形成双旋涡,旋涡范围更广,涡的耗散更强,泄漏流体遭到更严重的挤压,减小了流体实际流通间隙,降低了泄漏量;齿形优化后,泄漏量对间隙变化的敏感性降低。采用伴随法优化齿形,能够明显提升优化目标,减小泄漏量,获得封严和敏感性更优的齿形。

非结构网格变形方法研究进展

动网格技术中的非结构网格变形是计算流体力学和计算固体力学的关键技术之一.本文在总结现有非结构网格变形方法的基础上,提出了一种网格变形方法的详细分类,将现有方法归类为虚拟结构法、偏微分方程法和代数法.本文综述了各类方法的最新研究进展,分析并比较了各类方法的特性,评述了当前网格变形研究的几个主要方向:复杂结构外形在不规则变形下的动网格生成、三维动网格生成、并行动网格生成和动节点技术.最后简要地探讨了该领域的发展趋势.

基于网格变形技术的涡轮叶片变形传递

为实现学科耦合,需要在涡轮叶片多学科设计优化的气动模型和结构模型之间传递温度、气压和变形等载荷.研究结构变形向气动网格传递的实现方法.参数空间插值方法解决耦合面网格不一致时的变形插值问题;网格变形技术用来调整气动网格内部节点的位置,保证变形传递后的网格质量.某涡轮叶片变形传递实例的表明:该方法能够用于多学科设计优化问题中的变形传递.

基于网格变形技术的白车身多目标形状优化

市场的竞争压力促使汽车厂商致力于加快车身开发的进程,而基于计算机辅助工程(Computer aided engineering,CAE)的车身结构优化技术由此而成为业内的研究热点。与传统的尺寸优化不同,形状优化在工程优化中具有更大的潜力。将网格变形技术引入形状优化,提出基于近似模型的多目标形状优化方法。利用网格变形技术定义形状变量,并根据灵敏度信息筛选优化变量;采用优化拉丁方试验设计对设计空间均匀分布样本点,进一步拟合高精度的Kriging模型;运用多目标粒子群算法,保持其余性能指标满足预期的前提下,以白车身弯曲刚度和质量为目标进行优化。研究表明,所提出的优化方法成功用于白车身的多目标优化,设计者可根据优化结果权衡各个目标,以指导最终的决策。

基于径向基函数网格变形的高速列车头型优化

基于局部型函数三维参数化方法、改进的蚁群算法和改进的克里金(Kriging)代理模型,开展了列车头型的三维气动减阻优化设计研究.为了避免复杂几何外形大变形情况下千万量级网格的重复生成,提高高速列车头型优化设计的效率,引入了缩减控制点的径向基函数网格变形技术.优化结果表明:径向基函数网格变形技术在不降低网格质量的情况下可以有效缩短网格变形的时间消耗,能够用于复杂几何外形的气动优化设计;在给定的设计空间内,控制鼻锥外形的6个关键设计参数对列车气动阻力的影响呈单调递增关系;优化后,在满足约束条件的情况下,简化外形列车的整车气动阻力减小5.41%,头尾车减阻效果明显,中间车气动阻力基本不变.

基于径向基函数的高效网格变形算法研究

在流固耦合时域仿真与气动外形优化中,网格变形技术得到了普遍应用。基于径向基函数的网格变形技术以其诸多优良的特性,在近年来得到了广泛的关注。其基本原理是采用物面网格节点的位移构造一个径向基函数序列,再利用此序列将物面的位移光滑的插值到空间网格上。其计算耗时与物面插值节点数与空间待插值节点数的乘积成正比,为了减少其计算量,目前多数文献集中于使用数据精简算法减少物面插值节点数。通过引入子空间逐级逼近思想,构造了一种精简空间待插值节点数的方案,该方案主要思想是采用多次插值,每一次插值的对象为上一次插值在物面产生的误差,并且通过限制每一次插值的插值区域来实现减缩空间节点的目的。计算结果表明此方案可以支持大变形运动,同时显著的减少了计算时间。

一种基于径向基函数的非结构混合网格变形技术

网格变形技术被广泛运用于气动外形优化设计或气动弹性力学仿真之中。非结构混合网格由于拓扑结构比较复杂,其网格变形的难度较大。本章发展了一套基于径向基函数的非结构混合网格变形技术。其基本原理是运用径向基函数对物面边界网格节点的位移进行插值,然后利用构造出来的径向基函数插值序列将物面的位移效应光滑地分散到整个网格区域的节点上。为了提高网格变形效率,需要在物面位移的径向基函数插值过程中进行数据精简,为此,文中提出了一种基于贪心法逐级选择径向基函数空间子集来实现插值逼近的数据精简算法。选择NACA0012翼型和三维LANN机翼的非结构混合网格的典型变形问题作为数值算例,对该方法的实用性进行了验证。计算结果表明该方法具备较高的计算效率,对大尺度变形问题的适应性很好,变形后计算网格的质量仍然可以得到有效地保证。

基于网格变形技术的机枪三脚架多目标响应面优化

针对使用过程中枪架弹性变形过大影响射击精度问题,提出网格变形、Plackett-Burman试验设计、多目标优化相结合提高枪架刚度的解决方案。利用网格变形技术定义形状变量,据Plackett-Burman试验设计筛选对目标函数显著度高的形状变量;采用优化拉丁方试验设计对整个设计空间均匀采样,据样本点拟合高精度Kriging响应面模型;以三脚架质量为约束,轴向、横向弯曲刚度为目标函数,用多目标遗传优化算法(MOGA)对响应面模型进行寻优。研究表明,该方法能同时提高三脚架轴向、横向刚度,可据Pareto最优解集合权衡各目标进行决策。

保持几何特征的均值骨架子空间网格变形

骨架子空间网格变形算法(SSD)在许多3D应用程序中被广泛使用,但其预操作烦琐不适合于普通用户,且变形的结果常常会出现拉伸或收缩等不自然现象.提出一种改进的骨架子空间网格变形算法,将SSD与微分域坐标和均值骨架坐标相结合,达到局部几何特征及骨架特征的保持.由于改进的骨架子空间变形算法最终归结为一个线性的能量最小问题,从而达到了操作的实时性.通过实例证明,该算法不但能够实时地生成视觉真实的变形结果,而且应用广泛,适合于普通用户.

基于Fluent网格变形的旋流器的形状优化

目前,旋流器的流体结构优化主要局限于单参数的尺寸优化;大多采用多组网格分别模拟的方法;不仅费时,而且对于微小的尺寸变形常常难以操控。当旋流器的分离效率优化到一定峰值后,进一步提高则比较困难。为解决这一问题,提出了基于网格变形的形状优化方法。以旋流器的分离效率为目标,采用ANSYS Fluent的网格变形方法,优化了旋流器的外形结构,将旋流器的分离效率由原来的95.69%提高到了99.18%,并对比分析了优化前后的压降、速度和油相体积分布。研究结果表明:Fluent网格变形器驱动网格节点的平滑变形,可以同时实现变形区域的结构参数的优化组合,以及优化迭代的自动化和智能化,具有良好的全局搜索能力和较强的鲁棒性;Fluent网格变形优化算法能够缩短CAD建模的时间,避免网格重构;可在单一尺寸优化的基础上,在一定范围内提高旋流器的分离效率。

一种基于网格变形的图像放缩方法

基于内容的图像放缩的关键是如何保持图像中重要的内容,同时最小化整幅图像的视觉变形.文中将图像放缩问题转化成网格变形问题,提出一种改进的基于内容的图像放缩方法.首先在网格上建立保持整体形状的能量函数,结合约束条件,通过求解凸二次规划问题得到变形后的网格坐标,最终实现图像的放缩.实验结果表明,该方法不仅能够保持图像中重要的内容和特征结构,而且较好地保持了图像的整体性,使得图像视觉变形较小.

RBF整体网格变形技术与多体轨迹仿真

在多体分离的CFD动态轨迹仿真中,计算网格需要准确刻画固壁边界之间幅度很大的相对运动。理想的状况是采用整体网格,在不增删网格节点和不改变原网格拓扑结构的条件下,通过网格变形来刻画多体边界间的相对运动。为此,以先前发展的径向基函数(RBF)网格变形技术为基础,通过引入一种改进的拉普拉斯光顺算法,大幅改善了单独RBF网格变形技术在处理大幅度边界位移时的网格质量下降和网格拓扑破坏问题,成功实现了多体分离中的超大幅度网格变形。在改进的拉普拉斯算法中,针对四面体、三棱柱、六面体、金字塔四种网格单元类型提出了一套统一的网格质量评估标准,并将其用于非结构混合网格下的拉普拉斯光顺。通过耦合求解非定常Navier-Stokes方程和刚体六自由度运动方程,利用典型跨声速下机翼与外挂物分离问题对以上网格变形和光顺技术进行验证,将计算获得的外挂物投放过程的空间位置、姿态角和气动力与风洞实验结果进行了对比分析,结果显示:在不采用网格嵌套和局部重生的前提下,与改进的拉普拉斯光顺相结合的RBF网格变形技术可以有效地解决多体分离过程中的网格大幅度变形问题,且网格质量能够满足精确刻画外挂物投放飞行轨迹的要求。

一种基于径向基函数的两步法网格变形策略

基于径向基函数(RBF)的网格变形方法是一种可靠的网格变形技术,对于任意拓扑的网格都能获得高质量的变形网格.缩减控制点的RBF网格变形方法可以大幅提高网格变形效率,但也存在变形后物面误差较大、边界层网格交错的问题.在缩减控制点方法的基础上,提出了一种适合于带有边界层的黏性网格变形的方法,该方法从物面中选择两组控制点,利用其中一组控制点粗略计算变形后网格位置及变形误差,利用第二组控制点与变形误差插值得到更为精确的变形网格.利用该方法完成带襟翼的NLR 7301二维构型和带发动机短舱的DLR F6翼身组合体的网格变形问题,结果表明该方法可以较大幅度降低变形网格的物面误差,并且有效避免边界层网格交错问题.

基于网格变形技术的全附体潜艇操纵性计算

通过求解瞬态雷诺时均方程和网格变形方程,实现了全附体潜艇平面运动机构试验(PMM)的虚拟仿真,得到潜艇模型所受的水动力分量随时间的变化曲线,依据线性理论求取水动力系数,并与试验值以及直线拖曳试验或回转试验的数值计算结果进行对比.结果显示:PMM数值试验所求得的水动力系数与试验值吻合良好,其中,惯性类系数求解精度较高,除个别系数外,误差都在8%以内.而粘性类系数求解精度不如直线拖曳试验(ORT)或回转试验(RAT)计算精度高,个别系数的计算误差超过了30%.但从数值试验的整体效果来看,PMM数值试验计算精度达到了工程应用的要求.

基于神经网络模型和网格变形技术的机床立柱优化设计研究

针对传统优化方法在大型复杂机械结构优化设计中的局限性和低效性,以及数控机床的轻量化设计要求,提出了一种基于BP神经网络模型和网格变形技术的大型复杂机械结构优化设计方法。对某型精密加工中心的立柱进行了有限元分析,建立了立柱优化的数学模型,引入网格变形技术,结合自行开发的VB软件,建立了立柱的参数化有限元模型。采用优化拉丁方实验设计方法,在设计空间中抽取样本点进行数值模拟,建立了由4个优化设计变量决定的多工况立柱导轨最大变形、立柱首阶固有频率和立柱体积的BP神经网络模型,并对建立的BP神经网络模型进行了泛化能力验证。采用多岛遗传算法,在保证立柱的动态特性基本稳定的前提下,对BP神经网络模型进行了轻量化优化设计。优化结果表明,在保证立柱多工况下导轨最大变形量和首阶固有频率基本不变的前提下,立柱体积减少2.4%,达到了机床轻量化优化设计要求。

多不动点约束下的网格变形算法

提出一种多不动点约束下的网格变形算法,能直接对模型进行变形,在算法执行过程中不需要计算控制晶格,具有较低的计算代价。实验结果表明,该算法能够有效改善传统自由变形算法存在的局限性和复杂性问题。