多面体与切割体网格对高超声速空天飞机气动力计算精度的影响研究

采用多面体网格、切割体网格和四面体网格对空天飞机模型进行数值模拟,将模拟获得的气动力数据与试验值进行对比分析,通过计算误差来对比研究不同网格模拟的高超声速飞行器气动力计算精度。数值模拟结果表明,各工况下3种网格都能较准确地模拟空天飞机的气动力特性。其中,多面体网格对气动力的计算精度最高,计算得到的气动力系数值误差最小;而四面体网格计算得到的气动力系数值误差最大。但在部分工况下,通过四面体网格模拟得到的升、阻力系数相对于试验值的误差倍数相当,使得计算得到的升阻比更接近试验值。此外,通过与试验纹影图对比,3种网格都能较为准确地模拟空天飞机模型的流场结构。然而,多面体网格和切割体网格对激波的分辨能力要强于四面体网格。随着攻角的增大,通过多面体网格模拟得到的激波分辨能力更强,而切割体网格对激波内部流场的捕捉更为准确。

适用二维切割体网格的THINC/QQ算法扩展研究

为了扩展基于二次曲面和高斯积分的双曲正切函数界面捕捉算法THINC/QQ的单元适用类型,本文将适用切割表面式非结构单元的THINC/QQ-SF算法原理应用于二维切割体网格。在进行界面重构时,先将带悬挂点的复杂单元虚拟简化为常规的四边形或三角形单元;而在计算流体体积流量时再考虑各单元的真实拓扑结构。针对典型流体体积对流和溃坝算例,本文设计了一系列二维切割体网格,并验证了所用扩展方法的可行性。研究表明:与高分辨率界面捕捉HRIC算法相比,二维THINC/QQ-SF算法的计算精度更高,能有效抑制多相流界面发生大变形时的流体体积数值耗散。

面向SBA的智能体网格体系结构

SBA(simulationbasedacquisition)是在数字世界中基于建模与仿真再现采办过程的系统工程平台,它既是基础设施,又是其上实现的系统设计、实现、应用与效果评估等实际活动的总称谓。同时,作为商业活动常用语,采办也蕴涵商业运作的模式和实务。如何有效组织已有仿真资源为SBA服务,具有重要的现实意义和资源最优配置的显著增值效应。本文阐明智能体网格(Agentgrid)体系结构能为SBA提供一个结构化的、面向过程的技术平台。

大脑组织分层体网格建立及变形技术研究

虚拟手术系统在辅助医生合理制定术前方案以提高手术成功率方面有重要意义。虚拟手术系统主要由医学数据可视化与建模和人体组织器官(主要是软组织)受力形变仿真两部分构成。针对大脑的复杂结构,本文采用混合水平集并结合阈值分割及形态学方法,可有效地将大脑磁共振图像分割成头部轮廓、灰质、白质、脑脊液和脑室五部分,并利用课题组开发的基于约束的Delaunay算法及iso2mesh等开源工具包,建立了脑组织的四面体网格,并对各部分组织对应的网格分别进行标记。最后利用得到的具有真实解剖结构的有限元网格,对软组织的形变进行了研究,建立了基于Tensor-Mass模型的点触和球触变形模拟。本文的研究可进一步提高大脑虚拟手术的定位精度和反映大脑组织形变的过程。

网格、计算网格和智能体网格

在追溯网格演变历史的基础上,首先界定了AgentGrid是一种基于Agent技术的计算网格(参照美国国防部DoDDARPA组织实施的基于Agent系统的控制CoABS项目研究提案1999和2002),因此,它具有网格、计算网格和Agent/多Agent系统共有的属性和功能。作为计算网格,它应是计算机软件硬件构成的基础设施,通过其支撑作用向用户提供可靠的、一致的、广泛和廉价的高端计算功能服务。作为Agent系统,它是智能化的一元化体系,兼有Agent系统的一切机制和功能特征,例如滞后绑定,结构再造,最优负载平衡能力,自主存活和扩展能力等。其次,阐明了在AgentGrid中,Agent既充当Grid的使能器,又是其功能的享受者,即客户的特殊作用。

基于Agent技术的智能体网格的研究

Agent能够感知外界环境的动态变化,而支持动态环境变化是网格的基本要求之一。把Agent技术引入到网格计算中,通过对Agent技术的特点和优点的分析,给出智能体网格的概念和体系结构,阐明Agent在智能体网格中,既充当G rid的使能器,又作为其功能享受者的特殊作用,最后,提出Agent技术在基于开放网格服务体系结构(OGSA)的网格计算中的应用模型。

基于体网格拉普拉斯变形的鼻整形手术仿真

研究开发新型的鼻整形手术问题,整形术的重点是软组织变形预测的准确度。为术后容貌变化准确,提出一种新的体网格拉普拉斯坐标的变形方法,采用体网格的变形比面网格能更好的保持模型的体积特征。同时,通过使用直接从CT数据映射得到的非均匀材质参数,使得新的体网格变形方法非常适合仿真软组织的变形,并设计了二维轮廓曲线驱动三维体网格变形组成的仿真系统。开发了新型的鼻整形手术仿真系统,采用简单的二维操作就能对三维鼻整形手术进行高精度仿真,预测结果和术后CT扫描数据模型的平均的误差小于0.5mm。证明鼻整形手术仿真系统方便实用,具有很大的临床应用前景。

子分元素法:一种体网格压缩算法

提出了一个包含六面体，四面体，金字塔以及三棱柱单元的混合体网格的压缩与解压算法。首先对非四面体单元按照最小节点标号策略进行子分，然后利用修改的增长缝合算法压缩子分后的四面体网格，解压阶段再通过面删除操作来恢复原始网格。压缩后每个四面体约需10bits的存储，初步试验表明，对于通常的六面体网格，能将数据模型压缩至原先的1／4。

二十面体网格和经纬网格全球模式在中国区域模拟效果对比

为了评估二十面体网格全球模式MPAS和经纬网格全球模式WRF在中国区域的模拟效果,对比了两模式对2010年10月23—28日中国区域的涡度场、降水场、高度场和温度场的模拟效果,结果表明:在30和60 km准均匀模拟下,MPAS和WRF模式对中国区域500 h Pa高度处涡度场的模拟效果都比较好,但都难以模拟出局地的涡度极值中心,两模式模拟效果相当;从第3天的日累积降水的模拟结果来看,两模式基本都能模拟出降水分布情况,MPAS模式模拟结果整体要优于WRF,WRF对降水中心的模拟要优于MPAS;MPAS对高层高度场和温度场的模拟较好,WRF对中、低层的模拟较好,且WRF的预报时效性比MPAS长;网格分辨率的提高对MPAS模式模拟效果的改善不大,而WRF模式的模拟效果得到了提高.

下采样体素网格技术在角联锁复合材料损伤失效预测中的应用研究

为解决角联锁复合材料在损伤失效预测时计算量大、计算效率低的问题,采用图像处理方法中常用的下采样体素网格技术,将原体素网格模型中的4~3个网格打包成一个代表性体元进行计算,从而大幅度降低计算量和计算时间。从复合材料的弹性性能、损伤状态和计算时间三个方面与全网格模型进行比较,数值试验结果表明,采用下采样体素网格技术的模型与全网格模型不仅在刚度预测中完全一致,且损伤状态也相仿,同时具有千万级网格模型的CPU时间降低约85%,适用于工程用角联锁结构的高精度、高速率计算。

区域医联体网格化护理模式对慢性伤口患者生活质量与照顾行为的影响

目的:探讨区域医联体网格化护理模式对慢性伤口患者生活质量与照顾行为的影响。方法:选取2021年5月至2022年4月在上海市第十人民医院崇明分院和下级卫生服务中心自愿接受治疗的慢性伤口患者179例作为研究对象,按就诊次序编号的单双号将其分为常规组89例和研究组90例。常规组接受常规护理措施,研究组接受区域医联体网格化护理措施。对照两组患者治疗护理12 w的压力性损伤愈合评估分值和愈合率、慢性创面患者生活质量评估分值及照顾行为的差异。结果:治疗护理12 w后,慢性伤口损伤面积、渗液量、创面组织类型,研究组患者的愈合分值及愈合率高于常规组,差异均有统计学意义(均P<0.05)。治疗护理12 w后,研究组生理维度、心理维度、日常生活维度、经济负担维度及生活质量整体评估分值与常规组相比更优,差异均有统计学意义(均P<0.05);对比两组患者照顾行为,研究组患者主要照顾者实施照顾行为的情况更好,差异有统计学意义(P<0.05)。结论:区域医联体网格化护理模式使慢性伤口患者得到规范有效的治疗,提高了愈合率,患者的生活质量和照顾者行为显著改善。

一种基于体素网格的三维点云均匀降采样方法

降采样是三维点云预处理过程中的重要环节,体素网格法是一种被广泛使用的降采样方法。针对体素网格降采样方法存在着采样点分布不均匀的问题,提出了一种新的体素网格降采样方法。首先对点云建立轴向包围盒,然后以某一个等分距离对包围盒沿x,y,z轴三个方向的边进行等分,使得每一个体素近似为一个正方体,然后计算每一个体素内所有点的重心,并将其作为该体素的采样值。实验结果表明,当点云包围盒在x,y,z轴三个方向的边长相差非常悬殊时,该方法比传统的体素网格法获取的点云分布更均匀,而且该方法的计算效率比传统的体素网格法更高。

基于体素网格划分的二维DDA接触粗检测优化算法

接触检测在非连续变形分析方法计算流程中耗时占比最高。提出一种高效的基于体素网格划分的接触粗检测算法。该算法将符合特定条件的复杂块体剖到网格中,有效减少预检测获得的块体对数。本文的算法已整合到非连续变形分析程序中,经过经典算例测试,该算法相比现有算法优势明显。

六面体网格剖分算法的研究现状

总结了有限元六面体网格生成方法的研究进展。首先,指出了六面体网格不同于其他网格的优点。其次对当前的主要研究热点——全六面体网格生成进行了阐述。最后简要地探讨了该领域的发展趋势。

基于温度体动网格方法的微弯薄翼振动问题

为研究微弯薄翼转轮在运行过程中存在的振动问题,发展基于温度体动网格模型的流固耦合算法。流体控制方程采用任意拉格朗日—欧拉方法描述下的基于特征线方程的分离算法求解,时间域采用特征线方程进行离散,动量方程采用非增量型分离算法求解。在每个时间步上采用温度体模型生成动态网格,并传递边界条件。温度体动网格方法将边界处的节点位移映射为求解域的温度边界条件,采用固体导热方程作为控制方程求解得到内部节点温度,并将其作为节点的动态位移。数值方法模拟转轮运行在工作攻角时,翼型振动存在的连锁区域。并对连锁区域的范围,涡脱落特性和翼型发生自激振动的可能性进行研究。作为对试验数据的补充,数值模拟还预测了运行在工作攻角附近情况下的连锁区域。

二十面体和经纬网格模式在正压情况下的模拟效果对比分析

利用MPAS(Model for Prediction Across Scales)和北京大学浅水模式(PKU_SWM)对余弦钟和Rossby-Haurwitz波理想个例进行了模拟。结果表明:在余弦钟测试中,MPAS能更好的模拟出余弦钟的基本形态,但模拟结果的绝对误差较大;网格分辨率提高后,MPAS模拟效果提升得更明显。在Rossby-Haurwitz波测试中,MPAS模拟的槽脊位置和强度更加接近于初始分布形态,PKU_SWM模拟的槽脊的强度偏强,位置偏西,MPAS模拟效果整体要优于PKU_SWM;网格分辨率提高后,两模式模拟效果都有较大的提升。

网格类型对飞机空舱内部流场数值计算的影响

目前,CFD被广泛应用于预测飞机机舱内的气流组织状况。由于网格类型的选用会影响到计算的精度和成本,但是目前很少有研究分析不同网格对计算精度的影响。因此本文模拟了飞机机舱的设计工况,即等温强迫对流下的空舱环境,比较并评价了4种网格类型(六面体网格、四面体网格、十二面体网格、混合型网格)对飞机头等舱的流场环境计算结果的影响。结果表明:十二面体网格不能得到收敛的结果,因此不适用于飞机座舱的环境计算;在四种网格类型中,混合型网格计算消耗时间最短,为16.7h,计算结果与四面体和六面体网格的结果相对误差在10%以内,推荐优先使用;六面体网格与实验结果最接近,相对误差在15%以内,但是计算时间最长,为29.5h。通过本研究也表明:混合网格在网格过渡区域的截断误差为一阶量;而其他网格的截断误差均为二阶量,该误差在流场变化很大的地方会集中出现。因此在混合网格的生成过程中,应该尽量避免网格过渡区出现在流场变化强烈的地方。

面向三维点云识别的体素网格降采样

三维点云往往包含大量冗余数据,降采样是点云预处理过程中的关键环节。对OpenCV点对特征(point pair feature)三维物体识别模块中的体素网格降采样算法进行了深入研究,分析并发现了OpenCV中体素网格降采样算法存在着体素索引转换的错误,验证了该算法错误会导致点云中位于包围盒表面上的点不能得到正确的降采样结果。为此,提出一种体素网格降采样算法。该算法的关键之处:一是对三维点云中的每一个点正确划分网格归属;二是将网格的三维索引转换为一维索引,且满足一一对应的关系。实验结果表明,该方法不但在计算时间上与OpenCV中的方法无明显差异,而且通过对降采样后的点云分布和差异进行分析来看,该方法能正确有效地对各种情形的点云进行降采样。

高层建筑斜交网格筒体结构分析与研究

斜交网格筒体结构体系是一种新颖的结构形式,可以实现建筑立面的多样性,同时,该体系在受力方面也具有一些与传统框筒体系不同的特点。本文采用标准算例,详细比较了斜交网格筒体结构体系与密柱深梁框筒结构体系在重力荷载、水平荷载作用下的差异,说明了斜交网格筒体结构在应用于高层建筑结构设计中,需要注意的一些关键问题,从而为进一步推广该体系的应用提供参考。

全网格筒体装配式钢结构体系静力性能与数值分析

全网格筒体装配式钢结构是在平面网架上采取空间组合形成的一种新型空间结构,可应用于混凝土搅拌站主楼的环保外封装新建改造工程中。本文介绍了全网格筒体装配式钢结构的体系及特点,并依据实际工程案例,运用MIDAS建立了全网格筒体装配式钢结构体系标准模型,进行了静力参数分析,研究了长宽比、高宽比、筒体壁厚、网格尺寸、边界条件对全网格筒体的受力影响。通过分析结构关键节点位移、杆件内力等结果,并结合相关规范限值,得出静力作用下全网格筒体的受力特性,结论可为类似工程提供一些指导性参考。