RTTOV中模拟亮温对垂直插值方案的敏感性研究

以搭载在风云3号D星上的红外高光谱探测仪HIRAS为例,研究了目前广泛使用的快速辐射传输模式RTTOV中模拟辐射值对垂直插值方案的敏感性。以逐线LBLRTM模式模拟亮度温度为基准,分析发现:当输入大气状态参数廓线层数比RTTOV系数层数多时,各插值方案在窗区、水汽通道模拟结果差异不大;当大气廓线层数比模式系数层稀疏时,方案1在多数通道上比其它插值方案偏差大,但5种插值方案之间差异较小。在输入大气廓线层数少于系数层数时,温度Jacobian和湿度Jacobian矩阵垂直分布较为平滑,各插值方案结果相近;但当输入廓线层层密于系数层数时,使用插值方案2得到的水汽Jacobian矩阵表现出强烈的振荡。

平流计算方案对一次江淮梅雨暴雨模拟的影响

为对比MM5模式中原中央差平流方案和新型半拉格朗日插值计算方案CIP的模拟差别，针对2006年7月5～6日的江淮流域梅雨暴雨过程进行了模拟，证实了CIP方案对这次暴雨过程具有较好的模拟效果，它更加真实地再现了梅雨锋降水的中尺度结构，改进了模式的模拟结果，特别是对梅雨锋内对流运动结构的模拟，显示了CIP对刻画大梯度分布和强对流运动计算的良好性能。平流的高精度计算对提高这类系统的模拟精度非常重要。

北京地区汛期降水时空分布的统计降尺度研究

降水的时空降尺度方案一直以来是智能网格预报业务的难点,通过对比多种时间和空间的降尺度方法,凝练出适用于北京地区的最优方案。空间降尺度方面,对比反距离权重法、普通克里金法、最近邻法、双线性插值法、三维普通克里金法等5种方法的空间分布特征表明,双线性插值法在北京地区的应用效果最好,误差最小且ETS评分最高;时间降尺度方面,采用基于区域数值模式(睿图、CMA-MESO)产品的逐时分配和平均分配两种方案,其中睿图逐时分配、CMA-MESO逐时分配和平均分配在RMSE和MAE的误差表现差距不大,但睿图逐时分配在ETS上的效果最显著,且在强降水时段表现也较优,说明从预报准确率角度采用睿图逐时分配的优势更为明显。双线性插值和睿图逐时分配作为北京地区客观降水预报方法的时空降尺度方案,能够支撑智能网格业务提供精细化的预报产品,其成果可为相关业务研究提供借鉴。

考虑质量约束的多相材料结构拓扑优化新方法

提出了一种将双向渐进法(BESO)与快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)相结合的拓扑优化方法,称为BESO-NSGA-Ⅱ方法.与传统双向渐进法的体积约束不同,本文算法以质量作为约束条件,并采用多相材料插值方案实现了多相材料的优化分布.通过大量的算例,证明了算法的稳定性和有效性.与传统双向渐进法相比,新算法在相同约束条件下能有效地提高结构刚度.同时,为了获得干净的拓扑,该算法提出了在交叉变异过程中使用的双惩罚算子来实现干净的拓扑结构.结果表明,该算法能较好地实现结构的轻量化设计.

基于双尺度拓扑优化的多相材料结构设计方法

针对双尺度优化问题,研究小组提出了一种将双向渐进法(BESO)与快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)相结合的拓扑优化方法,称为BESO-NSGA-Ⅱ。通过基于能量的均匀化理论推导非均质材料的有效性质,并采用多相材料插值方案实现双尺度结构多相材料的拓扑优化。为了获得“干净”的拓扑,BESO-NSGA-Ⅱ算法提出了在交叉变异过程中使用双惩罚算子来实现“干净”的拓扑结构。通过算例并与经典BESO算法进行对比,验证了BESO-NSGA-Ⅱ算法的稳定性和有效性及其获得收敛解的能力,以期为后续的双尺度拓扑优化研究提供参考依据。

格子玻尔兹曼法多块网格的交界结构优化研究

基于格子玻尔兹曼方法LBM(Lattice Boltzmann Method)对多块网格方法(Multi-Block)的粗细网格交界结构进行了研究,提出了一种新的优化处理方案。解决了原有网格交界结构存在的三个问题,即两套插值运算造成的程序结构复杂的问题,存储前几个时间步的节点流场数据以备插值运算造成内存浪费的问题和基于时间插值结果进行空间插值计算造成插值误差积累的问题。用一次多点二维空间插值的方式,将原方法的空间和时间双插值,简并成一次空间插值。通过对经典的非定常的圆柱绕流算例和定常的标准顶盖方腔驱动流算例的仿真模拟,验证了交界面处质量、动量及应力的连续性以及网格交界面数据过渡的流畅度,最终验证了改进方法的正确性。数值模拟结果表明,改进后多块算法可实现局部网格细化,进一步推动LBM方法在实际工程问题中的应用。

多相材料微结构布局及宏观结构拓扑并发优化

在传统双向渐进结构优化(BESO)方法基础上,充分考虑材料和结构的尺度关联性,基于均匀化理论将材料微结构胞元设计和宏观结构拓扑优化相结合,按照材料属性排序引入材料插值函数依次进行灵敏分析,建立周期性多相材料微结构布局及宏观结构拓扑并发优化设计方法。优化过程中,宏观结构受力的特性嵌入微观敏度生成过程,使得新型材料具备了特定宏观结构力学需求的更加轻型、高强的最佳力学性能;同时,微观材料胞元的等效材料属性又是宏观结构优化的基础材料,从而使得材料/结构具有尺度上的统一。相关算例说明该方法在解决多相材料微观分布优化和周期性多相材料微结构布局及宏观结构拓扑并发优化问题时具有边界清晰和收敛快等优点。

局部Petrov-Galerkin无网格方法

简要地阐述了无网格方法,概括了几种典型的无网格插值方案。论述了建立在各种无网格方法一般基础之上的局部彼得洛夫-迦辽金无网格方法,此方法是一种真正的无网格方法,这种方法采用移动最小二乘近似函数作为试函数。此方法的最大特点是在所考虑点处的规则局部区域上以及局部边界上积分,同时给出了建立在无网格局部Petrov-G alerk in方法基础之上的几种M LPG方法,以及M LPG方法的进展和应用。

平头塔机起重臂变臂长组合方案的优化分析

介绍了平头塔机起重臂变臂长的2种组合方案,以90m幅度每5m臂长变化配置为例,从起重臂节承载能力、加工制作和通用接头等方面对递增组合方案和插值组合方案进行了经济性比较,并阐述了变臂长组合方案设计的控制要点,为塔机的设计优化拓展了思路。

多相材料布局及材料/结构一体化设计

为解决多相材料分布及材料/结构一体化优化问题,论文引入基于惩罚指数的材料插值方案对传统双向渐进结构优化的灵敏度算法进行了合理的改进.通过经典算例证实了改进算法在解决传统BESO方法不能胜任的多相材料分布优化和材料/结构一体化优化问题具有很好的收敛性和有效性.对常见参数对结构优化结果影响的研究,得出一些具有实际指导意义的结论.论文所开发的协同软件平台基于简单的ABAQUS建模软件界面降低了对设计人员技能要求,灵活的MATLAB二次开发平台为算法改进提供了广阔的空间.