旋转坐标系N-S方程无网格/网格混合算法

为了模拟涡桨发动机等绕固定轴旋转的桨叶流场,发展了一种求解旋转体非定常黏性绕流的无网格/网格混合算法。算法基于求解旋转坐标系纳维尔-斯托克斯方程展开,避免了旋转角速度特征物理量的插值运算;计算域采用整体网格和物面附近局部无网格离散,通过引入无网格和网格对偶点,实现了混合算法绕流信息的跨区交换,并给出了一种对偶点调整选取的方法;基于无网格点云空间导数逼近方法离散控制方程,并结合隐式LU-SGS算法,给出了混合算法求解非定常问题的双时间步隐式推进格式。结果表明:所提算法通过2维振荡翼型非定常绕流、旋转圆柱黏性绕流和模拟发动机桨叶旋转运动的3维悬停旋翼绕流进行了考核,所得升力系数等重要气动数据的变化趋势与文献试验或计算值一致,典型截面处所示的激波强度和位置亦与文献值吻合,展现出算法在模拟旋转部件绕流问题方面具有广阔的工程应用前景。

基于自适应网格多目标鲸鱼算法的火力分配问题研究

传统多目标优化算法在解决多于两个目标函数的火力分配问题时收敛效果不佳,多样性差,耗时过大。基于此,提出了一种自适应网格多目标鲸鱼优化算法(AG-MOWOA)来解决以震塌比例、弹药成本和自身剩余价值为目标函数的火力分配问题。该算法引入混沌映射和外部Pareto存档进化策略提高了种群的多样性,通过自适应网格选取最优个体的方法极大地减少了算法运行时间。仿真实验结果表明,该算法较其他算法收敛速度更快、收敛质量更高、解集分布更多样,能够有效解决火力分配问题。

泰勒展开与交替投影最大似然结合的离网格DOA估计算法

针对最大似然DOA估计算法需要多维搜索、计算量大且面临着在网格估计的问题,该文提出一种基于泰勒展开的离网格交替投影最大似然算法。该方法首先利用交替投影将多维搜索转化为多个1维搜索,获得对应预设大网格的粗估计结果;再利用矩阵求导理论将1维代价函数在粗估计结果处进行2阶泰勒展开;最后通过对2阶泰勒展开求偏导并令导数等于零,求得离网参数的闭式解。与交替投影最大似然算法相比,该方法突破了搜索网格大小的限制,在保证算法精度的同时,有效减少了算法的在网格计算点数,提升了运算效率。仿真结果证明了该算法的有效性。

保持细节特征的输电铁塔三维网格模型轻量化算法

针对输电铁塔三维网格模型简化后出现模型细节特征大量缺失的问题,以QEM算法为基础,提出了一种保持细节特征的输电铁塔三维网格模型轻量化算法。该算法首先确定了输电铁塔三维网格模型中的细节特征定义,然后提出了输电铁塔细节特征提取策略,并且引入细节特征显著因子和顶点近似曲率因子对QEM算法中的简化代价进行优化。实验结果表明,优化后的算法可以有效保留输电铁塔三维网格模型的重要几何特征和细节特征,避免了简化后模型出现大面积的特征缺失问题,并且相较于普通QEM算法,优化后的算法所简化的模型在最大误差、平均误差和均方差上分别至少下降了39.77%、10.64%和64.99%,实现了输电铁塔三维网格模型的高质量轻量化。

基于图像八叉树的三维比例边界有限元多面体网格生成算法

基于图像八叉树方法,提出了平衡八叉树和多面体网格修剪相结合的三维比例边界有限元多面体网格算法,该算法根据结构尺寸建立恰好完全包含整个结构的立方体网格,再建立结构图像像素信息,根据像素信息,按照2∶1的平衡分割原则递归地进行等分,完成平衡八叉树网格生成。结构内单元网格完全保留,结构外单元网格删除,对于结构边界单元网格,提出采用面-立方体相交判断方法进行边界单元与结构边界相交面的筛选,搜寻结构单元与结构边界表面相交点,通过有序连接相交点形成边界单元切割面,再结合边界单元其他几个面,构成裁剪后的多面体单元。数值算例结果表明,基于本文算法生成的比例边界有限元网格计算结果具有较好的精度和边界适应性。

基于改进网格化算法的智能化配电网精细分析模型设计

针对配电网运行水平影响指标众多、分析不精准的问题,文中采用网格化和Elastic-net算法相结合的方式,设计了一种智能化配电网精细分析模型。该模型将配网网格化后再进行评级,并确立了可改造或规划的区域。同时进一步结合Elastic-net算法从所有影响指标中选出对目标指标影响程度较大的指标,且将其按重要度排序,从而实现了对配网的智能化精细分析。以某配网历史数据进行的实例验证结果表明,与未经筛选便确定相关性的灰色关联算法相比,Elastic-net算法能够在筛选指标时排除弱相关指标。此外,Elastic-net算法还对筛选出的指标进行了重要度排序,进而提升了分析结果的精确性,因此可为精细的配网数据分析与精准的投资方案制定提供支撑。

基于BP算法的二维阵面推进网格划分方法的优化与应用

在计算流体力学中,网格质量和生成效率对整个算例数值结果精度及运算效率的影响至关重要.本文在BP算法非结构网格阵面推进法的基础上,为达到优化效果,利用阵元法向建立节点筛选算法对生成的网格分类筛选,并构建神经网络结构以及重新设置损失函数和激活函数.最后,利用优化后的方法生成了若干二维非结构三角形网格(以圆柱传热问题、NACA-0012翼型流动问题和一组单节理裂纹扩展问题为例),采用特定方法测试了网格质量和生成耗时,并将其与传统阵面推进法和优化前的结合神经网络阵面推进法进行对比.结果表明,在保证网格质量不下降的前提下,尤其在针对复杂外形网格划分中,优化后的方法较传统阵面推进法缩短了约43%生成时间,较优化前的结合神经网络阵面推进法缩短约25%生成时间,可见网格生成效率明显提高.

多孔介质中单相流地应力耦合问题的二重网格混合有限元法

本文提出了多孔介质中单相流耦合地应力问题的二重网格混合有限元法.本文首先给出了多孔介质中的单相流的控制方程及地应力问题的控制方程,推导了多孔介质中的微可压缩流体的单相流耦合地应力问题的非线性控制方程.然后,为数值求解该方程本文提出了二重网格混合有限元法,将问题转化为在粗网格上求解小规模非线性问题、在细网格上求解大规模线性问题,以提高计算效率.最后,数值算例验证了方法的有效性.

基于地形网格化和遗传算法的MLAT基站选址研究

针对不同多点定位(Mulilateration,MLAT)地面站的布站方式对定位精度影响的问题,提出一种基于地形实际计算最优布站方式的方法。该方法结合实际地形因素,构建地形网格化模型生成初始可选站点,通过XDraw算法计算地面基站的覆盖性对初始站点进行初筛,再结合遗传算法计算最优布站组合。最后选取不规则图形区域进行选址实验验证,在选址区域内随机生成地形,通过初筛减少初始可选点,得到布站方式,并计算几何精度因子和多点定位均方根误差,与传统布站方式进行比较。实验数据表明,该方法计算得出的布站组合与传统布站方式相比,多点定位均方根误差要比传统布站中最小的菱形布站减小4.0159 m,且该方法可用于实际考虑地形因素的MLAT最优基站选址。

基于动态网格的135度PCB区域布线算法

由于不断增长的芯片引脚数量、极高的引脚密度和独特的物理限制,印刷电路板(Printed Circuit Board,PCB)的手动布线已成为一项耗时的任务。近年来,高效率的自动化布线技术得到了广泛的研究。区域布线是PCB设计的一个重要组成部分。针对基于静态网格区域布线的方案,布线拥塞、布通率低等问题,本文提出了一套基于动态网格的135度区域布线算法,主要包括以下技术:(1)对当前布线采用实时扩展动态网格;(2)135度布线角度节点调整算法;(3)基于拥塞控制的改进A*算法;(4)有效的拆线重布机制。实验结果表明,该算法对于所有工业界布线测试用例布通率都达到100%,并且运行时间方面优于工业布线器Free Routing和Allegro。

基于网格聚类算法的配电网停电监测与应用

为提高配电网供电可靠性,缩短对外停电时间,提升用户用电感知,构建一套基于数据分析、精准定位的配网停电监测应用。该应用以凸包算法和基于网格法的配电网网格聚类算法为基础。在某地区试运行的结果表明,该应用能够实现配电网停电精准研判、精确定位和精益管控,有效降低用户平均停电时间,助力工作效率提升,为实现运营提质增效奠定基础。

基于全局一致性网络的参数化人体网格重建

人体网格重建(HMR)在人机交互和虚拟/增强现实等领域有广泛应用。为了进一步提高基于图像的人体网格重建中人体姿势和形状估计的精度,提出了基于混合逆运动学的全局一致性深度卷积神经网络,用于参数化人体网格重建(GloCoNet)。为了增强网络的全局一致性和全局上的长程依赖,该网络在特征提取网络基础上,设计了全局一致性增强器(GCB)模块,它能够增强模型对全局信息的感知能力和表达能力,并且使模型能够自适应地调整不同通道和空间位置的特征图权重。然后引入了多头注意力机制(MHSA)来捕获模型全局上的长程依赖,它可以帮助模型在处理长期依赖时更好地捕捉到关键的关系和模式,并建模全局上下文信息,从而更好的丰富特征子空间的多样性。同时,该网络采用混合逆运动学的方法弥合人体网格估计和3D人体关节点估计之间的差距,最终提升人体3D姿势和形状估计的准确度。实验结果表明,GloCoNet模型在公开的Human 3.6 M数据集上以平均每关节51.3 mm的位置误差(MPJPE)显著优于先前的主流方法。

移动群智感知中基于网格混淆的位置隐私保护

针对现有移动群智感知(mobile crowd sensing,MCS)面临的隐私泄露问题,引入一种混合式区块链架构来构建系统,实现MCS的去中心化,并通过私有区块链保护工人隐私记录。采用无证书签密实现用户数据传输过程中的机密性和完整性,保证用户信息的安全性。为了降低位置隐私暴露的风险,提出一种基于网格混淆的位置隐私保护方案(location privacy protection scheme based on grid obfuscation,LPPSGO)。该方案通过H3索引系统划分多精度六边形网格,实现工人位置的空间隐匿,工人可以根据个性化隐私需求扰动自身位置,无须担心真实位置的暴露。仿真实验结果表明,LPPSGO能有效提高MCS系统的任务分配成功率,减少时间开销,与其他位置保护方案相比,安全性更强,覆盖性能更好。

基于自适应混合网格的高马赫数空腔流动模拟

空腔流动尤其是高马赫数(Ma>2)空腔流动,存在强激波、强剪切和分离涡,及其相互之间的干扰,流动复杂,网格分布及网格生成的质量对模拟结果影响很大。将建立的基于非结构混合网格的自适应探测器,应用到高马赫数空腔流动数值模拟中,通过空腔标模算例考核,验证了采用网格自适应技术可以更好地模拟存在大分离和强剪切的高马赫数空腔流动。开展了马赫数、雷诺数等流动参数对空腔流动特性影响的研究,随马赫数增大空腔内动压急剧升高,自由流和剪切层对后壁面的冲击效应明显增强,压力分布的不均匀程度提高,后壁面上的压力峰值均逐渐增大。雷诺数增大会使后壁面处的压力峰值增大,并且高马赫数条件相比于低马赫数条件下雷诺数对腔内压力分布的影响更显著。

速度-应力声波方程混合交错网格有限差分数值模拟及逆时偏移

用常规交错网格有限差分法(C‐SFD)进行速度—应力声波方程数值模拟,虽然空间差分算子能达到2M阶差分精度(M表示空间差分算子中与差分中心点等距的坐标轴网格点的组数),但差分离散声波方程仅具有2阶差分精度,所以其模拟精度低、稳定性差。为此,联合利用坐标轴网格点和非坐标轴网格点构建空间差分算子近似一阶空间偏导数,建立了一种适用于速度—应力声波方程的混合交错网格有限差分法(M‐SFD),并基于时空域频散关系和泰勒级数展开建立差分系数求解方程组,导出了差分系数通解。M‐SFD给出的差分离散声波方程可达到4、6、8阶、甚至任意偶数阶差分精度。频散分析表明:在特定的Courant条件数取值(如Courant条件数r=0.3)条件下,C‐SFD通过调整M的取值,无法将数值频散误差控制在1%以内;M‐SFD通过调整M和N的取值(N表示空间差分算子中与差分中心点等距的非坐标轴网格点的组数),基本可以将频散误差控制在1‰以内,甚至可以控制在0.1‰以内。稳定性分析显示:M取值相同时,M‐SFD的稳定性强于C‐SFD。数值模拟实例表明:计算效率基本相同时,M‐SFD比C‐SFD能更有效地压制数值频散,模拟精度更高;M‐SFD还能采用比C‐SFD更大的时间采样间隔以获得更高的计算效率,且模拟精度更高。进一步将M‐SFD推广应用于逆时偏移,M‐SFD作为逆时偏移中的波场传播算子,能够有效消除由于数值频散造成的成像假象,从而提高深层的构造成像精度和分辨率。

基于网格划分的常发性拥堵区域识别及演化模式分析

为准确识别常发性拥堵区域,分析其拥堵传播方向,疏通拥堵源头和阻断拥堵传播路径,提出一种基于网格模型和Fuzzy Core DBSCAN算法的常发性拥堵区域识别及演化模式分析方法。首先,对城市路网进行网格化处理,结合出租车GPS数据综合分析网格内车辆轨迹数量和轨迹加权平均速度,构建网格内部交通拥堵状态判别模型。然后,利用结合模糊集合论与DBSCAN算法扩展得到的Fuzzy Core DBSCAN算法识别常发性拥堵区域,选取拥堵规模、拥堵传播方向(即两个相邻网格之间的传播次数和传播概率)和关键网格3个指标来分析常发性拥堵的演化模式。最后,以黑龙江省哈尔滨市二环路范围内网格区域为例进行实证分析,结果表明:所识别出的常发性拥堵区域关键网格G(14,13)一周内拥堵传播到相邻网格共85次,其中27次(以31.8%的概率)沿西大直街向北传播至网格G(15,14);与百度地图开放平台数据相比,基于网格模型的拥堵判别结果准确率达85%;基于Fuzzy Core DBSCAN算法识别分析出的常发性拥堵区域拥堵演化模式与百度地图开放平台路况时变过程吻合。这表明融合Fuzzy Core DBSCAN算法与网格模型可有效识别常发性拥堵区域中关键网格的拥堵传播方向,能为制定科学合理的缓堵方案提供支撑。

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。

基于网格片层体积的反求工程算法研究

介绍了一种基于网格片层体积无损测量的反求工程方法和测量原理,建立并研究了该测量方法的数学模型及其求解算法。提出了一种用于解决大规模稀疏方程问题的改进离散二进制粒子群算法(BPSO),构建了基于虚拟网格单元的多方向片层体积的大规模稀疏方程模型,构造了优化目标函数,设计了基于改进BPSO算法的智能求解算法和基于网格片层体积测量的模型求解系统。通过实验验证分析,表明了改进离散粒子群算法对基于网格片层体积无损测量求解模型有效可行,改进算法具有良好的寻优性能。

四边形自适应网格的局部加密算法

在采用网格化模型对工程结构进行仿真运算时,为了提高计算效率,往往希望准确获得局部区域结构的精确解,从而舍弃对不必要结构的计算,故常采用局部网格加密算法。此外,局部网格加密方法还可以有效解决计算精度与计算时间之间的矛盾,具体表现为:在粗网格区域演化时间步较长,计算量较小,快速得到运算场的大致结构;在细网格区域则捕捉变化剧烈区域更加准确的数值变化,因此可以兼顾计算效率与精度。在此基础上,文章提出一种四边形网格的局部加密策略,并给出四边形网格上的局部加密的数值运算结果,以验证加密策略和算法的正确性。

适应复杂外形的三维粘性混合网格生成算法

提出一类适应复杂外形的粘性混合网格生成算法。表面网格由前沿推进三角形曲面网格程序获得,边界层布置各向异性的三棱柱体网格,远物面区域采用Delaunay方法生成四面体网格。针对模型的复杂几何特征,综合采用了各种网格处理技术,以保证边界层网格的质量,并避免算法失效问题。网格实例及计算结果表明了本文算法的实用性及和效性。