基于实测载荷谱的三维路面重构方法

针对三维路面重构时路面不平度难以描述的问题,提出一种利用实测载荷谱反求路面的方法。在建立采集方法和测试系统基础上采集某车实际行驶载荷谱,以3种典型路面下的直线匀速行驶工况为例进行三维路面重构。基于BP神经网络建立路面反求模型,使用车辆7自由度路面输入振动模型在标准等级路面输入下的输出响应,对BP神经网络进行训练和验证。以实测和积分后的载荷谱为输入,反求得到二维路面并进行验证,在此基础上,使用三角网格法对三维路面进行重构。研究结果表明:反求出的路面作为激励输入至7自由度路面输入振动模型中,输出的簧上及簧下加速度与实测相对误差在8%以内,验证了路面反求结果的有效性,为三维路面重构提供了一种切实可行的方法。

基于三角形网格的无量纲最小二乘有限元法及其应用

利用最小二乘有限元法计算二维流体场需要采用四边形网格,而仅采用四边形单元剖分含有角环、圆角和尖角等复杂结构的电力装备二维仿真模型时往往出现网格畸变。为此,提出了一种基于三角形网格实现最小二乘有限元的方法,即在三角形剖分网格上再处理得到四边形网格,从而实现最小二乘有限元法计算流体场。为验证所提方法的有效性,分别对方腔模型和带有角环等复杂结构的变压器单分区模型进行了数值计算,并分别与规则四边形网格下的最小二乘有限元法和Fluent计算结果进行对比。对比结果表明所提出的网格处理方法可以实现含有复杂结构电力装备的二维流体场仿真。

非连续河道地形插值方法的比选

针对在许多河道水动力及水环境模拟计算过程中仅有一定间距下的断面地形数据的实际情形,以黄浦江为例,分别采用三角网格法、反距离权重法和克里金法3种方法对强弯段、干支流交汇处及复式分汊河道的水下地形进行插值,以对比分析3种方法的适应性。结果表明,对于强弯段、干支流交汇处及复式分汊河道等地形起伏变化较大区域,三角网格法会造成插值结果不稳定,误差及波动大,未能反映部分地形起伏实际情况,反距离权重法可能出现"牛眼"现象,克里金法表现出较好的适应性;在减少测量断面时,克里金法的插值结果误差最小,强健性较好;将3种插值方法获得的黄浦江全河段插值地形用于整体潮位计算,克里金法计算精度最高。

土地平整中土石方量计算的三角网格法

采用三角网格划分平整地块,根据土体的实际形状建立挖填方量计算多面体模型,避免了传统的方格网法计算中把多面体近似作为柱体存在的误差。工程实例计算结果表明,方格网法计算的挖填方差值为36.84 m3,而三角网格法计算的挖填方差值仅为0.01 m3。此外,应用编写的可视化计算软件,提高了计算效率和计算结果的准确性。

车辆三维虚拟道路减速带重构与实现

为实现三维虚拟道路减速带与三维随机路面的同构,对道路减速带断面轮廓和路面不平度模拟方法进行研究。基于三角网格法的基本理论,利用Delaunay算法规则重构了3种道路减速带,并采用谐波叠加法建立了三维随机路面数学模型。在三维路面的基础上,确定了道路减速带的安装位置。根据减速带的宽度,将三维随机路面中相应的路面节点和单元数据去除,并把减速带的节点和单元数据添加到相应的位置,实现了三维虚拟道路减速带与随机路面的同构。该结果为采用相关应用软件研究车辆-道路减速带耦合作用提供了参考依据。

基于三角形网格的坯料计算方法

提出了一种基于三角形网格的坯料计算方法。该方法根据变形均匀原则及材料体积不变条件建立了正定的目标泛函 ,通过迭代格式使泛函极小化 ,从而得到零件的初始坯料。由于考虑了材料体积不变这一条件 ,因而计算结果更为合理。数值实验及应用结果表明这一方法计算简单 ,收敛速度快 ,便于实际应用。

三角谱元法及其在地震正演模拟中的应用

谱元法(SEM)是基于有限元(FEM)的一种算法,在地震正演模拟中应用广泛,但是大部分研究都是基于四边形网格下的谱元法.本文给出了2阶谱元法在三角网格中(TSEM)的基本原理,包括Lagrange形函数的构建,数值积分公式的选取.在此基础上,分析了2阶TSEM方法的数值频散特性以及稳定性条件,并引入三角网格下3阶有限元方法进行分析对比,数值算例的结果证明2阶TSEM相比于3阶FEM具有更高的计算精度,以及更宽松的稳定条件.最后,本文将TSEM方法应用于中国西部地区的两个含溶洞介质的地质模型中,数值模拟结果表明TSEM方法能够有效地模拟复杂结构的介质,有助于对地震波场传播特性的认识.

一种高效的混合曲面光顺算法

三维扫描技术的发展获得曲面采样数据不再困难,但得到的三角形网格常含有大量噪声。应用顶点分类的方法,提出了一种加权均值滤波与拉普拉斯光顺相结合的混合算法。实验结果表明,该算法既能有效去除噪声,而且很好地保留了原网格模型的特征信息。

复杂区域自适应三角形网格全自动生成方法

为了使用自适应有限单元法求解岩土工程问题，本文在行被法的基础上，提出了一种适用于多介质复杂区域的三角形网格全自动生成方法。文中给出三个工程算例．

二维浅水波方程的非结构网格ENO型有限体积法

考虑二维浅水波方程及其离散方法,对二维非结构三角形网格给出了ENO型有限体积法,主要思想是在每一个单元上对各物理量构造线性插值多项式,再选择不同的数值流函数,得到两种复合型有限体积格式,时间离散采用二阶Runge-Kutta方法.对二维溃坝问题进行数值模拟,结果表明,这两种格式精度高且稳定.

三角网格面自动铺丝定角度路径规划算法

研究三角网格曲面上的路径规划问题,以局部测地线为补充,提出了改进的定角度初始路径规划算法。该算法避免了传统参数化求解过程的无解和多解情况,尤其适用于曲率变化较大的复杂曲面和拼接曲面。采用等距覆盖算法来获得均匀的满铺路径,并分别提出基于路径样条线末端延伸和芯模曲面整体延拓的两种边界处理思路,以解决偏移路径无法到达曲面边界的问题。以某机翼模型为算例对上述算法进行验证,利用计算机辅助三维交互应用(Computer aided three-dimensional interactive application,CATIA)的逆向工程模块实现了完整的算法可视化,建立了三维建模软件与路径规划算法的系统关系。验证表明本文提出的算法可靠、系统、适应性强,具有工程应用价值。

波前法在三角网格孔洞修补中的应用

为了有效地修补出三角网格中缺失部分的形状,针对弯曲较大的大面积缺失孔洞,提出一种基于波前法的孔洞修补算法.在提取孔洞边界后,首先估计出相对准确的边界点法向,结合Laplacian坐标对边界点进行凹凸性分类;利用边界点的法向和凹凸性信息适当选取控制参数,计算合理的新增顶点位置,并生成新的三角网格,以实现对孔洞的修补.实验结果表明,该算法对弯曲较大的大面积缺失孔洞有较好的修补效果;在未经后续优化处理的情况下,如细化、光顺等,修补网格的顶点密度与原有网格相近,并且与原有网格之间自然过渡.

三角网格曲面孔洞修补算法

针对反求工程中由于点云数据的不完整而产生的三角网格孔洞,提出了一种三角网格模型孔洞的空间修补算法。在提取孔洞边界特征后进行边界预处理,建立孔洞边界特征平面,并将孔洞边界向该平面投影;逐次寻找投影多边形中夹角最小的对应空间边界点作为网格生长点进行修补,直至新增的三角网格覆盖原有的孔洞;以孔洞边界周围的网格顶点作为采样点,对新增的孔洞网格顶点位置进行最小二乘拟合调整,以实现孔洞的准确修补。通过实例验证,说明该方法具有较好的孔洞修补精度和稳定性。

基于半隐欧拉-拉格朗日法盐水入侵数学模型

建立了适合河口复杂边界的二维潮流盐度数学模型.其中,网格模块是通过多元最小二乘重构的无结构三角网格;潮流模块基于消除了稳定性条件限制的半隐的欧拉-拉格朗日法,并用干湿判断法实现动边界的处理;盐度输运模块采用有限体积法进行离散,并通过用周围单元平均浓度值重构界面浓度的方法得到与连续性离散方程相协调的二阶对流扩散离散方程.通过纯对流和纯扩散数值测试对模型进行了验证,结果表明模型能够较好地模拟盐度输运的对流扩散问题,且具有较高的精度.最后,将模型应用于长江口盐水入侵的模拟计算,计算结果表明:模型计算的潮位、流速和盐度过程与实测资料一致.

三角网格有限元法波动模拟的数值频散及稳定性研究

三角网格有限元法能够准确模拟复杂构造和复杂介质条件下的地震波场,数值频散和稳定性条件是地震波数值模拟中参数选择的主要依据.基于均匀的线性三角网格单元,根据结构刚度矩阵的组装原理以及平面波理论,推导了集中质量矩阵下两种网格结构的声波频散函数以及稳定性条件,并对数值频散特性以及稳定性进行了详细研究:三角网格单元中波动的数值频散除了受到空间采样间隔、单元网格纵横比和波传播方向等常规因素的影响外,还受到网格布局的影响,过锐或过钝的三角单元会对波动数值频散产生不良的影响,不同类型的单元网格、单元纵横比对应着不同的稳定性条件,正三角单元中的波动具有较好的数值频散特性,其数值各向异性(频散随波传播方向的变化)效应最弱,稳定性条件也较为宽松.最后通过数值模拟直观地验证了以上分析结果,为有限元正演三角网格的剖分和参数的设置提供一定的理论依据.

不同井网密度地质储量分布特征研究

为探讨井网加密前后地质储量的变化及分布特征,采用三角网法计算不同井网密度条件下、不同沉积类型砂体的地质储量。确定井网加密前后不同沉积类型砂体的地质储量分布特征。随着井网的不断加密,除三角洲和前缘亚相不稳定席状砂体外,其它各类型砂体的地质储量均有增加的趋势。不同井网密度下,不同类型砂体的地质储量的变化特征,与砂体分布特征一致。分布相对稳定的砂体地质储量变化不大,分布相对不稳定的砂体地质储量变化较大。

伴随数据同化法反演涌潮河口开边界

构造了非线性守恒型浅水方程的伴随方程,并给出无结构三角网格的开边界校正表达式,利用Godunov格式和Riemann间断解Roe通量格式的设计思想,建立了无结构三角网格有限体积法的伴随开边界反演模型。进行了概化涌潮河口和钱塘江涌潮河口M2分潮开边界反演的数值实验,经过同化得到开边界上振幅的平均误差分别为0.000 6 m和0.053 3 m,证实了本文构造有限体积伴随模型的可行性,也表明本模型能够适应间断解问题。

二维浅水波方程的非结构网格TVD型有限体积法

考虑二维浅水波方程及其离散方法,对非结构三角形网格给出了TVD型有限体积法。在离散单元对物理量作单调线性重构函数,通过选择不同的数值流函数,构造了两种复合型有限体积格式;时间离散采用二阶Runge-Kutta方法。对二维溃坝问题及非平底部溃坝问题进行数值模拟,结果表明,两种方法精度高且稳定,可以处理具有任意水下地形的二维浅水波问题。

结构三角网上抛物方程的有限差分三层交替方法

讨论了在一类结构三角网上数值求解二维热传导方程的两类有限差分三层交替方法:带状交替(ABd:Alternating Band)方法和带状交替显-隐式(ABdE_I:Alternating Band Explicit_Implicit)方法.这两类方法不仅具有明显的并行性和良好的计算精度,而且理论分析表明它们都绝对稳定.

基于线弹性反向变形有限元法的网格参数化

针对复杂三角网格的网格参数化问题提出了一种基于线弹性反向变形有限元法的网格参数化方法。为了能够减少三角网格参数化带来的网格扭曲,首先采用保持网格伸缩内在量的方法将空间网格展平;然后以上述展平网格作为初始迭代解,建立线弹性有限元方法迭代方程,通过迭代求解使的网格节点残余内力或节点位移满足事先给定的收敛条件,最终求得网格参数化结果。计算结果表明,该方法能得到较好的参数化结果,非常适于复杂曲面的网格重划分等计算机辅助设计的应用。