面向双层插值边界面法的非结构自动网格划分

针对数值模拟前处理过程中网格划分存在的困难,提出一种面向双层插值边界面法的非结构自动网格划分方法 .该方法基于网格尺寸、表面曲率、实体厚度等几何特征进行体二叉树自适应细分,避免使用任何协调过渡模板处理悬挂点,降低网格划分的困难.构建了体网格拓扑元素与实体模型边界的快速求交算法,有效提升求交计算效率,降低算法实现复杂度.实验结果表明,最终网格划分实现整体以六面体网格为主,实体边界附近的部分网格以四面体、三棱柱或金字塔网格为辅的非结构自动网格划分,验证了该方法的准确性、有效性及鲁棒性.

鞍座支架以铸代焊工艺设计与性能分析

针对传统钢板焊接工艺生产的鞍座支架在焊缝处存在应力集中和晶粒组织粗大、易发生疲劳断裂等问题,提出了以铸代焊工艺技术方案。通过对铸造充型和凝固过程仿真分析,发现在限位挂钩处出现微小缩松、缩孔缺陷,总体积约为0.32 cm^(3)。进一步通过有限元方法对缺陷位置进行应力分析,发现该缺陷处应力仅为5 MPa,不会影响铸件整体性能。利用所提方案进行试铸试验,并测试了试铸件的抗拉强度、屈服强度、伸长率、硬度等指标均符合设计要求,珠光体含量为80%以上,铸件承受的最大应力为60 MPa,远小于材料的许用应力,铸造鞍座支架疲劳寿命是钢板焊接鞍座支架的1.2倍。试验结果表明:铸造鞍座支架整体性能优于钢板焊接鞍座支架。

重卡六缸内燃机曲轴不同位置角静力学分析与结构优化

为研究内燃机曲轴在实际工况下不同位置角的应力应变分布特征,利用Creo软件建立材质为QT700-2的重卡直列六缸内燃机左式曲轴三维模型,根据内燃机实际受载情况对曲轴施加约束和载荷并进行静力学仿真。结果表明:曲轴上最大应力发生在曲轴轴颈与曲柄臂的过渡圆角处,连杆轴颈中心出现最大形变,工作过程中第4缸对应曲轴轴段部分的应力变化最大。据此对曲轴结构进行优化,将过渡圆角半径增加40%后,最大应力值减小了约10%;结合企业曲轴故障返修情况,发现优化之后减少了曲轴早期故障率,提高了内燃机曲轴的可靠性。

考虑运动副间隙的动涡旋盘运动学特征及磨损研究

动涡旋盘与十字滑环组成的运动副间隙易造成涡旋压缩机产生振动与冲击。通过在低转速条件下对动涡旋盘、十字滑环等关键运动部件进行运动学仿真,揭示十字滑环与动涡旋盘产生冲击的原因。运动副之间的磨损增大十字滑环与动涡旋盘之间的冲击,通过试验研究涡旋压缩机工作过程中十字滑环与动涡旋盘配副的磨损特征,预测涡旋盘的工作寿命。研究发现:十字滑环凸键对机架键槽的冲击比对动涡旋盘键槽的冲击更大,而它与动涡旋盘键槽组成的运动副间隙与动涡旋盘自转现象具有显著的正相关性,动涡旋盘自转过大易造成涡旋齿干涉撞齿;当十字滑环凸键与动涡旋盘键槽接触角磨损至5.443°时,动涡旋盘在x、y轴方向上的平均角速度较理想状态下增加了约120%,此时涡旋齿即将发生首次干涉现象。

基于T-Spline的全自动几何拓扑修复方法

从高质量曲面网格生成的需求出发,提出了一种基于 T-Spline 的全自动几何拓扑修复方法.本文方法创新性主要可归纳为: 1)对原有计算机辅助设计(Computer aided design, CAD)几何模型不进行任何修改保留其本真,自动识别 CAD 几何模型中常见不必要的几何特征,成功解决了 CAD 几何模型中存在的几何瑕疵,如短边、窄面、退化边、退化面、非连续光滑边界及尖锐特征等,利用新生成的\虚边"、\虚面"处理几何瑕疵,同时通过虚拓扑重构 CAD 几何模型的 B-Rep;2)开发了一套 CAD/CAE 集成系统,统一了几何模型与计算分析模型,实现计算机辅助工程(Computer aided engineering, CAE)与CAD 两者的无缝集成,所有拓扑修复操作及后续 CAE 分析计算均在同一环境下进行,避免了几何模型在 CAE 与 CAD 系统间进行转换时造成的数据丢失.该方法能够对复杂实体实现全自动几何拓扑修复及网格生成,实验表明,在保证不失真的前提下,修复后的几何模型能够生成质量良好的网格且能降低网格的生成规模,验证了本文方法的实用性和有效性,以满足工程实际分析的需要.

基于仿射算术和区间运算的直线与 NURBS曲线/曲面求交

针对直线与参数空间NURBS曲线、直线与NURBS曲面求交问题,提出了一种改进的基于仿射算术和区间运算的直线与NURBS曲线/曲面求交的有效方法。该方法将基于边曲率或面曲率的子域分解方法应用到求交算法中,快速定位预迭代区间,减少不必要的迭代求交判断。与传统区间迭代算法相比,该求交算法为超线性收敛的快速迭代算法,在一定程度上解决了传统区间运算的"保守性"。另外,该方法放宽了对初始区间的要求,减少迭代次数,提高了迭代算法效率。通过计算区间算子判断给定直线与NURBS曲线/曲面有无交点和存在交点时的交点数目,保证了求解交点精度,为解决直线与曲线/曲面多交点判断及内外环或内外域判断等问题提供了有利条件。数值算例验证了该方法的有效性、计算精度和效率。

基于带约束前沿推进的四边形网格生成方法

针对当前各种Q-Morph算法在生成四边形网格的过程中容易产生残余三角形这一缺陷,提出了一种带约束的前沿推进算法.该方法是一种基于前沿推进思想的Q-Morph算法,由当前前沿生成两条侧边和一条顶边,并删除其内部的三角形,从而将三角形网格合并生成一个四边形网格,并在前沿推进的过程中加入了约束条件,从而可以有效地避免残余三角形的产生,提高了算法的效率和最终生成网格的质量.数值实验表明,该算法能够全自动生成质量较好的四边形网格.

基于子域分解的全六面体网格生成方法

提出了一种基于子域分解的六面体网格生成方法,该方法首先提取三维实体的特征边,并通过特征边形成合适的分解面,然后利用分解面将复杂的三维实体分解为简单的可映射子域,并在各子域上用超限映射法生成六面体网格,最后将各子域的网格数据合并,即得到整个目标域的网格。该方法充分利用了映射法效率高、算法简单、网格质量好等优势,同时克服了映射法自适应能力较差,只能适用于形状规则的简单实体的劣势。数值实验结果表明,对于用商业软件无法直接进行网格划分的复杂模型,该方法能够全自动地生成质量较好的六面体网格。

一种基于子域分解的表面混合网格生成方法

提出了一种新的基于子域分解的混合网格生成方法。该方法首先用映射法生成结构化背景网格,并确定实体表面上包含的小孔、键槽等小特征在背景网格中的位置,然后删除这些小特征覆盖的背景网格,并在这些区域内生成三角形网格,最后将剩余的背景网格和生成的三角形网格合并,得到整个目标域的网格。该算法综合了映射法效率高、网格质量好、四边形网格计算精度高,以及三角形网格几何适应能力强的优势。数值实验表明,针对复杂的实体表面,新方法能够全自动地生成质量较好的混合网格,生成的网格质量及算法效率均优于传统的推进波前法和铺砖法。

一种适用于邻近特征的非结构体网格生成方法

仿真分析的前处理包括CAD建模、网格划分、载荷及边界条件处理等,高质量的网格对于高精度可信的仿真结果至关重要,但网格划分仍是整个分析过程中的主要性能瓶颈。针对数值模拟前处理过程中网格划分存在的困难,提出一种适用于邻近特征的非结构体网格生成方法。基于网格尺寸、表面曲率、实体厚度等几何特征进行体二叉树自适应细分,采用穿插法和最近距离法等对网格节点进行实体边界拟合。为有效构建核心六面体网格,建立体网格拓扑元素与实体模型边界的快速求交算法,提高求交计算效率。对于具有邻近特征的复杂几何模型,创新性地提出基于一点多投通用模板的高质量实体边界拟合方法,成功解决传统“由外向内”栅格法的实体边界拟合难题。算例应用验证表明,该方法能将具有邻近特征的几何模型进行整体以六面体网格为主的非结构体网格划分,生成的结果网格具有关键区域特征表达准确、全局网格分布合理且单元质量高等特点。

基于自适应单元细分法的高效高精度近奇异域积分计算

本文针对边界元法在计算薄型结构力学、裂纹扩展等物理问题时存在的积分难题,提出一种基于自适应单元细分法的高效高精度近奇异域积分计算方法,该方法基于二叉树数据结构的单元细分技术对体单元进行自适应细分,消除单元几何形状所引起的近奇异性,能直接用于计算连续核函数的近奇异域积分。针对间断核函数的近奇异域积分,在细分单元的基础上采用腔面重建算法和投影算法,重新构建源点附近的积分子单元。数值算例表明:本方法可采用较少的积分点得到准确结果,是处理近奇异域积分的一种有效方法。