基于松耦合法的求解气动弹性问题的数值模拟方法

通过修改流体-结构界面处流体域的边界条件并引入松耦合方法,改进了一种求解气动弹性问题的数值计算方法.该数值计算方法的网格生成、流场求解、结构求解和数据交换四个过程相互独立,因而有可能利用现有的发展比较成熟的商用网格生成器、CFD(computational fluid dynamics)求解器和CSD(computational structural dynam-ics)求解器分别完成这些功能.通过对折减阻尼比为0.020 8的圆柱涡激振动问题在雷诺数为100条件下的计算结果进行分析,表明该方法是可行的.

面向退化环境的多传感器融合SLAM方法的研究

准确的定位和地图信息是实现井下铲运机自主导航行驶的关键。然而,对于井下环境,颠簸和湿滑的路面使编码器里程计提供的信息偏差大,没有显著特征的长巷道即感知退化的环境使雷达等传感器的位姿估计容易产生漂移,获得准确的位置和地图信息在井下环境仍具有挑战性。为实现这一目标,创新地采用松耦合框架和监督算法结合,提出了一种面向退化环境的多传感器融合SLAM(同时定位和建图)方法。此方法使用激光雷达和IMU(惯性测量单元),通过卡尔曼滤波器对IMU的高频数据和激光雷达低速姿态估计进行融合,从而提供更为准确的定位估计。此外,此系统可以自我评估退化环境,当评估到系统进入退化环境时,忽略激光雷达的位姿估计从而减少漂移。通过在井下环境中对此系统进行测试,并与其他主流方法进行对比,证明了系统的鲁棒性和高性能。

高雷诺数条件下二维方柱涡激振动的数值模拟

利用作者编制的基于松耦合方法的求解气动弹性问题的数值模拟程序,计算了二维方柱在高雷诺数条件下,的横向涡激振动.结果表明:随着折减风速的增加,在特定折减风速条件下,方柱的涡激振动出现锁定现象;由于方柱的自然振动频率和涡激振动系统的旋涡脱落频率的相互作用,涡激振动出现拍的现象;随着折减风速的增加,涡激振动系统的旋涡脱落模式从异相2S(2-single)变化到同相2S,即相位转换现象.该文还将计算结果和文献中的计算结果进行了比较和评价.

圆柱两自由度涡激振动的数值模拟研究

利用自编制的基于松耦合方法的求解气动弹性问题的数值模拟程序,计算了在低雷诺数Re=100条件下圆柱的两自由度涡激振动,涡激振动系统的折减阻尼比M*ξ=0.020 8.结果表明,随着折减风速的增加,振动系统依次经历以流向涡激振动和以横向涡激振动为主导的两个锁定区域.结合笔者以前关于圆柱单自由度横向涡激振动的研究工作,考察了流向自由度对横向涡激振动的影响.结果表明,在低雷诺数和低折减阻尼条件下,流向自由度对横向自由度的涡激振动基本没有影响,从而验证了已有的基于实验研究的结论.

两自由度椭圆柱体涡激振动的数值模拟

利用作者编制的基于松耦合方法求解气动弹性问题的程序,对高雷诺数条件下椭圆柱体的涡激振动进行了数值模拟。椭圆柱体的长短轴比接近2,来流和长轴垂直。数值结果表明:尽管椭圆柱体在横向和流向的动力参数不同,结构振动仍以横向振动为主;和圆柱以及方柱一样,两自由度椭圆柱体的涡激振动同样存在流向锁定和横向锁定,并且随着折减风速的增大,旋涡脱落模式从异相2S变化为同相2S。

典型2维柱体涡激振动的数值模拟研究

利用作者编制的基于松耦合方法的求解气动弹性问题的程序,对圆柱和方柱等典型2维柱体的涡激振动进行了数值模拟.计算结果表明:2维柱体的涡激振动存在2个锁定状态,即低折减风速条件下的流向锁定和高折减风速条件下的横向锁定;随着折减风速的增大,2维柱体的旋涡脱落模式从异向2S(2-single)变化到同向2S;伴随着旋涡脱落模式的转变,气动力和位移之间的相位差出现0→π的剧烈变化,即相位转换现象;通过对相位转换现象进行分析,给出了涡激振动是限幅振动的机理解释.

三维并行约束Delaunay网格生成算法及实现

针对二维并行约束Delaunay网格生成算法直接应用于三维条件下会导致人工边界产生过短边的问题,提出并实现了基于主从模式的三维并行约束Delaunay网格生成算法.首先对求解区域进行分解,通过交换人工边界面上的数据解决子区域间网格一致性问题;其次为每个人工边界面选定主从子区域,由主子区域产生边界面网格并发送,从子区域负责接收;最后采用贪心算法平衡各个子区域的通信负载,得到算法效率的提升.实验结果表明,该算法可以大规模并行生成边界一致四面体网格,具有较好的并行效率,并能够保证最终的网格质量.