考虑级配影响的粗粒土−格栅最优网格尺寸试验研究

土工格栅作为土石坝常用的加筋材料,根据颗粒级配采用适合的格栅网格尺寸可显著提高土石坝抗震性能,探究级配影响下最优网格尺寸变化规律具有工程意义。基于连续级配的级配方程,通过改变最大粒径d_(max)和级配面积S,设计15组级配土料,采用4组不同网格尺寸L_(a)对各个土料加筋,做成60组加筋试样。利用大型直剪仪对各个试样进行循环剪切试验,从而定量研究级配与能使加筋粗粒土抗震性能达到最优的土工格栅网格尺寸之间的关系。试验发现,当d_(max)及L_(a)一定时,级配面积存在一个最优值使抗震性能达到最佳,将此定义为最优级配面积S_(opt);当网格尺寸一定时,S_(opt)随d_(max)增大而增大,两者之间呈明显的对数关系;当d_(max)一定时,S_(opt)随L_(a)增大而减小,两者之间也呈明显的对数关系。建立定量描述d_(max)和L_(a)对最优级配面积S_(opt)的耦合影响的计算模型,并结合工程实际,提出基于室内试验结果预测现场粗粒土原级配对应最优网格尺寸的经验公式。

凯威特网壳最优网格研究

凯威特网壳的设计参数主要包括跨度、矢高、环向重复区域份数、径向节点圈数和杆件截面尺寸,每类参数的变化都会引起结构内力的重新分配进而改变结构的受力规律;这5类设计参数相互耦合,但应存在一个"最佳组合"使网壳结构的网格尺寸合理、用钢量最省且受力最为合理。对跨度30～90m、矢跨比1/3～1/7,环向重复区域份数6～12,径向节点圈数6～16的数百个单层凯威特型球面网壳模型进行了截面优化设计,以结构用钢量最省为优化目标,优化过程充分考虑了结构强度、刚度和整体稳定性,得出了凯威特型网壳5类主要设计参数的"最佳组合"规律,为工程设计人员提供了有益的参考。

土壤环境监测点位最优网格研究--以南阳盆地农耕区土壤镉元素为例

以河南省南阳盆地农耕区为研究区,利用1∶25万土地质量调查表层土壤数据,选择镉元素为研究对象,利用Moran指数,检测研究区域内土壤镉元素空间自相关的指标;采用随机抽样法,分别形成4 km×4 km、8 km×8 km、16 km×16 km和32 km×32 km等4种尺度的网格,分别通过半方差分析、交叉验证,对不同采样尺度下的土壤镉元素的空间变异进行分析及预测精度;最后以普通克里格插值方法为例,探讨采样点数量对土壤质量指数空间分布表征的影响,研究了土壤环境监测点位的最优布设网格。通过对南阳盆地农耕区土壤数据研究发现,土壤环境监测点位采用16 km×16 km尺度的网格比较适宜。

基于网格的最优网格数据过滤机制研究及实现

该文总结了高层体系结构(HLA/RTI)中数据分发管理(DDM)目前常用的几种机制,并分析对比了它们各自的优缺点。在此基础上给出了基于网格技术的最优网格的数据过滤机制(Best-G rid-Based F iltering)的实现方法,给出了它的理论模型及其计算公式,并将这种数据过滤机制运用于森林协同灭火子系统中。通过试验验证,最优网格数据过滤机制实现了高层体系结构中数据分发管理在局域网上数据过滤的高效性,有效地减少了网络的冗余负载量提高了带宽的有效利用,进而满足了交互仿真的实时性与逻辑正确性。

一种基于最优网格的动态数据过滤机制

数据过滤机制是数据分发管理的核心,直接影响数据分发管理效率。该文提出一种基于最优网格的动态数据过滤机制,分析网格单元大小与更新区域网格数量、冗余信息数量的关系。实验结果表明,该机制可以提高数据过滤效率,降低系统开销并缩短仿真时间,实现了交互仿真的有效性、实时性和实用性。

农用地土壤重金属污染调查最优网格尺度及布点优化方法

为探索土壤重金属污染调查最优网格尺度和布点优化方法,在中南地区某老工业园区附近农田进行了土壤采样分析,通过构建70 m×70 m、100 m×100 m、160 m×160 m和200 m×200 m 4种网格,采用Matheron矩估计法试验和地统计学方法,对土壤中镉(Cd)的污染空间位置估计精度进行分析验证。结果表明,70 m×70 m和100 m×100 m网格尺度下污染区域空间位置的估计精度相似,且高于160 m×160 m和200 m×200 m。对100 m×100 m网格下调查结果不确定区进行加密布点,污染区域空间位置估计精度由78.89%提高至86.25%,相对于70 m×70 m网格,调查点位数量减少了35%,有效提高了污染区域空间位置估计精度,大幅降低了采样及分析成本。

城市射频公众曝露区域监测最优网格尺度研究

采样密度最优化是当前区域环境监测的难点问题,然而对区域射频公众曝露监测的最优尺度研究仍处于空白。该文以江苏省南通市为例,采用新型车载监测技术对城区区域射频公众曝露进行现场实测,构建3种网络分布特征。研究结果显示,2 km×2 km、1 km×1 km和0.5 km×0.5 km这3种网格尺度所得南通城区平均电场强度分别为(0.56±0.24)V/m、(0.57±0.27)V/m和(0.56±0.31)V/m,其中以1 km×1 km测试值最接近总体均值。经Cochran理论计算法验证,研究区域至少需要1 km×1 km网格密度的采样尺度下,相对误差为10%,才满足Cochran公式获取的最佳采样网格数量。因此,1 km×1 km网格是以南通市为代表的我国II型大城市城区环境射频电磁辐射测试的最优网格尺度。

基于最优网格距离的改进多目标粒子群算法研究

为了提高多目标粒子群算法的收敛性和多样性,提出了一种基于最优网格距离的多目标粒子群算法(HMOPSO)。该算法是在多目标粒子群算法(MOPSO)的基础上,利用网格技术和Pareto占优排序原理,提出了一种新的全局学习样本选取策略。实验结果表明,该算法能够有效的避免早熟收敛,相比MOPSO算法,HMOPSO表现出良好的整体性能,是对标准多目标粒子群的一种有效改进。

变速器壳体有限元分析中网格最优划分方法的研究

针对变速器壳体形状不规则,结构复杂的特点,进行了网格单元尺寸和类型对变速器壳体强度求解精度和经济性影响的对比分析。结果表明,3mm是最合理的基本单元尺寸;在此网格密度下,高阶四面体计算结果与理论解更接近,;而对于高应力梯度的加密区域,理想的单元尺寸是1mm。

基于最优运输无网格法的Whipple屏超高速撞击数值模拟

Whipple屏是航天器防护空间碎片撞击的常用结构。现有的方法在模拟Whipple屏超高速撞击时均存在问题,本文采用最优运输无网格法(optimal transportation meshfree,OTM)对其进行模拟。OTM法是一种拉格朗日无网格法,其特点是运用最优运输理论对时间进行离散,采用带有位置信息的节点和带有材料信息的物质点对空间进行离散,利用局部最大熵(local maximum entropy,LME)方法得到插值函数,基于能量释放率来判断材料是否失效。本文首先用OTM法对铝球超高速撞击单层铝板进行模拟,通过与实验结果和各类SPH法的计算结果对比,验证了OTM法在超高速撞击问题上的适用性;然后采用OTM法对Whipple屏超高速撞击进行模拟,将OTM法预测的缓冲墙与后墙的损伤情况与实验结果进行对比,结果显示OTM法不仅能准确预测缓冲墙的弹孔直径,也能很好地模拟出后墙的剥落、穿透情况和碎片云的形态。

最优输运无网格方法及其在液滴表面张力效应模拟中的应用

基于网格的数值方法(如有限元、有限体积、有限差分等)在大变形、不连续等问题中遇到挑战,因此人们提出了多种无网格方法.最优输运无网格方法是一种新型拉格朗日无网格方法,但是继承了有限元方法在边界表征、边界处理等方面的优势,在表面张力模拟中具有较大潜力.基于拉格朗日方程,通过将表面张力势能加入拉格朗日函数,得到的表面张力广义力精确地作用在流体表面,而且表面张力系数是唯一的输入参数.给出了最优输运无网格方法轴对称离散格式.通过对二维/三维泊肃叶流、静止和振动的液滴、液滴变形等典型问题的仿真分析,验证了最优输运无网格方法在表面张力问题模拟中的精度和收敛性.

不同有限元分析网格的转化

提出一种网格转化思路。即在进行不同类型有限元分析时,转化网格,使网格成为将要进行分析的最优网格。并讨论模态分析之前,由适合静力分析的网格转化为模态分析的最优网格的过程。

极小化导数误差的有限元移动网格法

本文研究了基于导数误差的网格生成.利用插值的方法和等分布原理,得到了极小化导数误差移动网格的控制函数,并针对一类奇异摄动对流扩散边值问题设计了基于导数误差有限元移动网格迭代算法,数值实验表明算法是有效的.

网格密度对预测二重喷管壁面速度梯度的影响

讨论由落差40 m到超高落差2 560 m大范围变化时冲击式水轮机二重圆管两壁面附近速度梯度变化之网格密度的影响。通过探讨壁面无因次高度找出各落差对应的最优网格密度进行数值计算,对喷管中的流动及比尺效应进行了描述。研究结果将为喷管后的流动及负比尺效应的探讨提供技术支持。

二阶奇异摄动问题的高阶有限体积法

建立一种奇异摄动两点边值问题数值求解的高阶Hermite型有限体积法,给出该体积法的1个简单的计算格式,在较弱的条件下得到最佳阶的一致收敛性估计,并用数值实验验证该有限体积法的合理性和方法的有效性.结果表明,有限体积法和Galerkin方法几乎具有相同精度,最优收敛阶的实际值与理论值很接近.

基于EEP超收敛解的自适应有限元法特性分析

基于EEP(单元能量投影)超收敛计算的自适应有限元法,已对一系列问题取得成功,但其自适应特性尚缺乏相关研究。该文以二阶常微分方程为模型问题,同时考察基于EEP和SPR(超收敛分片恢复)超收敛解的自适应分析方法,与有限元最优网格进行了比较分析,进而提出反映自适应有限元收敛特性的估计式,并给出了自适应收敛率β的定义。该文给出的数值试验表明:采用m次单元,对于解答光滑的问题,SPR法与EEP法均可有效用于自适应求解,其位移可按最大模获得m+1的自适应收敛率;对于奇异因子为α(<1)的奇异问题,SPR法失效,而基于EEP法的自适应求解,其位移按最大模可获得m+α的自适应收敛率,远高于α的常规有限元收敛率。

基于OTM方法的超高速碰撞问题数值模拟

最优输运无网格方法(optimal transportation meshfree method,OTM)相比传统的SPH方法,可以有效克服现有显式分析中能量不守恒问题,完全避免SPH方法中存在的拉力不稳定性,并可规避零能模式的出现.本文采用OTM方法对铝制球形弹丸超高速撞击铝合金靶板问题开展了数值模拟研究.为描述铝在高温高压和高应变率条件下的动态力学响应,采用Johnson-Cook材料模型和Mie-Grüneisen状态方程对超高速撞击单层靶板进行数值模拟,得到的弹坑直径、碎片云长度与宽度以及内核碎片云的形态和分布与实验吻合较好.此外,对超高速撞击双层靶板问题也进行了数值模拟,模拟得到的碎片云形貌参数符合实验结果,二次碎片云的模拟长度与实验结果仅相差2.6%.数值模拟结果表明OTM方法非常适合于模拟超高速碰撞问题.

基于pOTM方法的超高速碰撞并行数值模拟研究

基于最优输运无网格方法理论,利用Fortran语言编写了pOTM方法并行计算程序,进行了弹丸超高速正撞击单层靶板的数值模拟研究,分析了不同量级模型规模以及不同核心数对并行效率的影响。研究结果表明:在一定量级模型规模内,模型的计算结果随着网格的加密基本保持稳定,验证了pOTM方法网格的收敛性;采用pOTM方法模拟得到的靶板弹坑直径以及碎片云的形态和质量分布与实验结果吻合较好,验证了pOTM方法求解超高速碰撞问题的有效性;此外,对于并行规模百万量级以下的模型,其加速比可以达到12,可以很大程度上节省CPU计算时间。

鄂尔多斯盆地华庆地区天然裂缝与岩石力学层演化:基于数值模拟的定量分析

岩石力学层控制天然裂缝发育程度与成因机制,同样地,裂缝发育也会影响岩石力学参数的大小与各向异性.受成岩与构造作用的双重影响,岩石力学层会发生迁移,因此,控制裂缝发育的岩石力学层及适用于预测天然裂缝分布的岩石力学层可能不再存在.本文提出了一种采用储层地质力学方法分析构造因素控制下的岩石力学层迁移规律模拟方法.通过野外观测建立三维裂缝离散网络模型,采用岩石力学实验测量岩石与裂缝面的力学参数,编制三循环法模拟程序研究不同尺寸、不同方位的裂缝性岩体等效力学参数,提出了裂缝性储层地质力学建模最优网格单元大小确定方法,并建立了裂缝参数与岩体力学参数间的数学模型.最后,通过不同时期古应力场数值模拟,预测裂缝的密度、产状,实现了构造因素控制下岩石力学层迁移规律数值模拟.结合鄂尔多斯盆地西缘裂缝组合样式及后期应力场模拟的精度要求,确定地质力学建模最优网格单元大小为28 m;在地质力学建模中,过小的网格单元尺度不能完整刻画单元内的裂缝发育模式.从燕山期至喜马拉雅期到现今,伴随着天然裂缝的发育,岩体杨氏模量总体呈下降趋势,泊松比增大,并且岩石杨氏模量与泊松比间的空间差异性逐渐减小.

带相变热流固耦合问题的数值方法及金属增材制造仿真

本文提出了一种带相变的热流固强耦合问题的数值求解方法,即热耦合最优输运无网格(HOTM)方法.该方法结合了最优输运无网格方法(OTM)和热流固变分本构模型,能够解决多介质耦合问题中常见的极大变形、大温度梯度、高加热/冷却速率、包括熔化、气化和固化在内的多相变和多相混合等问题.该方法用节点和物质点进行空间离散,同时求解动量和能量守恒方程来获得材料的变形、温度和局部状态.HOTM方法已被用于金属粉末床激光选区熔融工艺(SLM)和超高速激光熔覆技术(EHLA)的直接数值模拟,本文在数值模拟中量化了SLM中粉末颗粒尺寸分布对成型材料孔隙度的影响,并计算了EHLA中金属涂层的近似孔隙率,模拟与实验结果高度吻合.该方法有助于对金属增材制造工艺中控制成品质量加深理解.