三维几何布局的一类启发式求解算法

讨论了一个三维几何布局的复合知识模型ＣＡＬＧ，提出了布局求解顺序规划的启发式规则及相应的布局方案求解策略，该算法有很强的灵活性和柔性．与此同时还讨论布局求解过程中存在的循环约束、约束不足、约束过载及干涉检测等情况的判断及相应处理方法，有效地支持布局方案的生成．

基于知识的机械产品概念设计启发式求解

从能量转换的角度建立了产品概念设计的功能—行为—结构求解框架,分别采用输入输出转换和键合图对功能与行为进行建模;建立了概念设计的知识获取框架,基于功能—行为—结构框架抽取设计知识,结合产生式规则和面向对象方法进行对知识进行表示;基于A*算法开发了一种启发式求解策略,通过模糊多准则决策定义了评估函数,继而对状态空间进行搜索并获取了满意解;结合自动门驱动装置设计实例验证了启发式求解算法的正确性。

基于分区的隐式求解二维不可压NS方程的并行实现

本文通过对目前常用并行算法的分析 ,基于区域分解的思想 ,给出了适用于隐式求解原始变量二维不可压NS方程压力修正方法的并行算法 ,并在网络异构编程PVM环境下进行了数值验证 ,讨论了计算结果 ,结果显示对任务级的并行 ,并行效率也同样随粒度的增加而提高。另外此方法还可推广到三维复杂流场的计算问题。

空化流动隐式求解方法研究

空化流动问题本质上是可压缩流动,应用可压缩方法开展数值模拟研究更符合物理实际。气体和液体压缩性的显著差别使得低速空化流动数值模拟的刚性问题非常突出,通过引入预处理技术解决低速问题中由于特征值量值不一致导致的收敛刚性问题,提高收敛速度。同时,以预处理后的特征值构造Roe格式耗散项,提高低速流动计算精度。鉴于自然空化流动中气液组分转换现象和物质输运现象并存,且气体和液体的密度在常温状态下存在显著差别,预处理后的源项雅克比矩阵的特征值与无粘通量雅克比矩阵的特征值存在量级的差异,这会使得求解过程不稳定或收敛速度极慢,即出现"源项刚性"问题。为此,本文系统推导了预处理框架下的气液两相流隐式求解方法,采用点隐式方法处理源项,通过直接求逆的方式增强算法的稳定性。研究中分别考察了三种不同的算子分裂方式在LU-SGS(Lower-Upper Symmetric-Gauss-Seidel)隐式迭代中的模拟效果,并提出适用于DDADI(Diagonally Dominant Alternating Direction Implicit)的算子分裂方式,在NACA0015水翼空化算例模拟中综合比较了上述四种隐式迭代方式对低速空化问题收敛性的影响。最后,应用本方法对三维尖锥自然空化算例进行了考核模拟,捕捉到自然空泡流场中的主要特征,计算结果与试验测量结果吻合。

高温相变蓄热容器传热的隐式求解

空间太阳能热动力发电系统是非常有前景的未来空间能源供应系统。关键部件之一是吸热 蓄热器 ,高温蓄热容器是其中的基本部件 ,它的传热性能直接影响到整个热动力系统的性能。采用一种预测—修正的隐式迭代法对相变蓄热容器进行了三维热分析 ,并且与显式求解方法在计算时间和计算结果上进行了比较分析 ,证明这种方法可以明显提高计算速度 ,并可以获得较好的结果。

近场动力学与有限单元法的混合模型与隐式求解格式

利用近场动力学方法(PD)在模拟不连续变形问题的独特优势和有限单元法(FEM)的计算效率,提出近场动力学与有限单元法混合建模的方法,并用于求解断裂力学问题.裂纹出现的区域采用改进的近场动力学微观弹脆性(PMB)模型进行离散,其他区域采用有限元离散,通过杆单元连接不同的子区域.在隐式求解体系下实现了两种方法的混合建模,该模型在求解静力学问题时无需引入阻尼项,有效提高了计算效率和计算精度.通过模拟计算简支梁的弹性变形和三点弯曲梁I型裂纹的扩展过程,与理论解吻合良好,验证了提出的混合模型和求解方法的准确性和有效性.

基于启发式信息的非凸放疗规划模型的求解方法

针对调强放疗逆向优化过程中的关键环节——各照射野的强度照射分布图在带有剂量体积曲线限制条件下的非凸数学规划问题,提出了一种新颖的更加科学的启发式信息——正规化空间内的空间距离排序值。与传统的剂量排序启发式信息相比较,新方法可以得到更好的解。一个简单示例和四个测试病例表明了该方法的有效性。

基于约束的离线式建模求解器的研究与设计

针对在线式产品建模方法的局限性及其在工程中遇到的问题 ,首次论述了用于工程哑图变动设计的离线式建模求解器的设计思想、算法设计及其实现的方法。

五轴NC加工扫描体的显式求解算法

在PC机上进行数控加工仿真,一直是许多科技工作者梦寐以求的愿望。作者在本文中,提出了五轴NC加工中刀具扫描体的显式求解算法,给出了误差控制的基本策略,使得五轴加工过程仿真能在个人微机上进行,提高了仿真速度和计算效率。文后的实例表明该算法是有效的。

一种活动轮廓模型半隐式数值求解方法

基于图像区域信息的Chan-Vese模型是经典的图像分割模型.该模型的主要求解过程是最小化能量泛函的过程,通常使用基本的显式欧拉数值求解方法进行求解.针对模型的数值求解优化问题,提出一种使用半隐式数值求解方法的改进ChanVese模型优化求解模型.首先,简化Chan-Vese模型的能量泛函,并实现水平集函数的自动初始化,加快模型的迭代收敛速度.其次考虑图像的概率统计信息,得到基于概率密度信息的拟合项,增强模型的鲁棒性.最后,将改进半隐式数值求解方法通过与常用的数值求解方法进行对比实验分析.实验结果表明该方法在一定程度上提高了图像分割速度,并在不同的时间步长上更具稳定性.

微极键基近场动力学的隐式求解方法及应用

近场动力学(peridynamics,PD)是一种基于非局部理论的新型无网格方法,可以自然地描述裂纹开展过程而无须引入额外的扩展准则.微极键基近场动力学模型(bond-based micropolar PD,MPPD)是普通键基近场动力学模型(bond-based PD,BB-PD)的一种改进方法,解除了泊松比的限制.依据最小势能原理推导了微极键基近场动力学模型物质点系统的控制方程,构造了非局部刚度矩阵,实现用隐式算法求解静态和准静态问题.对悬臂梁的弹性变形和脆性材料试件的裂纹扩展过程进行了模拟,验证了隐式求解方法的准确性和有效性,为使用微极键基近场动力学模型分析静态和准静态问题提供了更好的求解思路.

工业控制领域隐式方程在线求解器的设计

为了解决工业现场控制以及仿真研究中普遍存在的隐式方程在线求解这一难题,从数学方程本身特性以及反馈控制原理两方面入手,设计出两种各具特色的求解模型。在组态软件PineCAD上实现模型的搭建,并通过实验证明其可靠性与准确性。针对实验中出现的以及可能存在的问题,提出了根据实际情况综合利用两种求解方式同时引入报警信号等有效改进方案加以解决。

计及静态电压稳定约束的最少发电机优化调度方法

电压稳定控制中的控制数量多,且紧急状态时要求控制措施快速响应。构建一种以最少发电机调整数量为目标的优化调度数学模型,该模型为包含离散变量和连续变量的非线性混合整数规划问题,为快速获得高质量的可行解,提出一种由快速筛选和模型转化组成的阶段式求解方法。利用负荷裕度对发电机有功出力的灵敏度快速筛选出可提高负荷裕度的发电机集合,缩小离散变量的搜索范围;将原问题转化为混合整数线性规划子问题以及非线性规划子问题进行交替求解,得到需要调整的发电机数量及其出力。通过IEEE 118和IEEE 300节点系统进行测试,结果表明所提控制模型和求解方法可有效提高电力系统负荷裕度,减少可行解中包含的发电机调整数量,与分支定界法的对比验证了所提求解方法的快速性和有效性。

考虑最少线路切换数量的电压稳定性增强优化方法

为提升电力系统的电压稳定性,提出一种基于输电线路切换的电压稳定性增强控制模型,该模型以最少的切换输电线路数量为目标来满足电力系统负荷裕度的提升需求。为灵活构建线路切换数学模型,提出基于支路追加法将线路切换融入原问题模型中。为降低模型求解难度,提出一种阶段式求解策略:基于负荷裕度对线路参数的灵敏度快速预筛选出可以提高系统负荷裕度的候选切换集,降低0-1整数变量的搜索范围;基于外逼近和松弛策略将原问题分解为2个子问题进行迭代求解,进一步提高模型的求解速度和精度。IEEE118节点和IEEE662节点系统仿真结果验证了所提模型与方法的有效性。

复式断面明渠水流三维数值模拟

复式断面渠道水流流场结构比较复杂,本文用耦合式求解器对复式断面明渠水流的三维流场进行了模拟。采用交错网格,界面上的动量差值采用Roe格式,紊流数学模型选用雷诺应力模型。将计算结果与实验结果进行比较,两者的吻合度较好,从而验证了数学模型的可靠性,最后又对复式断面明渠横剖面上水流运动特性进行了分析。

对LASG-REM模式的改进及云雨数值试验

改进中尺度动力预报模式中较为简单的云雨过程处理方案,用预报方程对大尺度(即网格尺度)的水汽、云水和雨水作显式求解,对次网格尺度的积云对流进行参数化处理,并以1998年7月21日00时(UTC)的欧亚探空资料和地面资料为初始场,对武汉地区的暴雨过程进行数值试验。结果表明,改进后的LASG-REM模式对降水有很好的模拟能力,能够模拟出空中云水、雨水的分布特征。

立式低温绝热气瓶外壳上封头冲击稳定性分析

立式低温绝热气瓶在吊装或运输过程中,由于野蛮作业或者意外造成气瓶从空中跌落,使外壳上封头顶部可能出现下塌,导致气瓶损坏。利用ANSYS/LS-DYNA的隐式-显式序列求解对立式气瓶跌落的情况进行模拟,研究气瓶跌落过程的碰撞冲击情况,并分析外壳上封头的应力和应变状况。分析表明,装满低温液体的立式低温绝热气瓶外壳上封头与集管头连接区域在气瓶跌落时容易发生屈曲失稳。冲击稳定性分析结果可以为进一步改进气瓶的结构,增强外壳上封头的抗屈曲能力提供依据。

冲击载荷下开口式连接环动力学研究

为研究矿用开口式连接环在冲击载荷作用下的力学性能,采用Solidworks建立连接环实体模型,运用ANSYS/Ls-dyna对模型分别进行隐式-显式顺序求解和显式求解分析。通过分析模型运动和应力曲线,结果表明:链环间初始张力可以降低卡链产生的应力冲击。

仿生鳍形状与运动模式对推进性能的影响

为探究仿生鳍形状与其运动模式间的内在关系,采用非耦合隐式求解器求解非定常不可压缩NAVIER-STOKES方程和连续性方程。分析相同运动学参数和面积时,菱形、正方形、长方形和三角形4种形状仿生鳍在波动和摆动2种运动模式下产生的推进力大小;从压力分布、涡街结构等方面给出差异存在的原因,并找出鳍面形状和推进模式之间的内在联系。结果显示:相同运动学参数和鳍面形状时,不同推进模式产生的推进力存在较大差异;同样,相同运动学参数和推进模式时,鳍面形状对推进力也有较大影响。该研究为仿鱼推进器选择合适的鳍面形状和匹配的推进模式以实现较优推进性能提供参考。

二元约束满足问题求解的结点开销模型

提出了在二元约束满足问题中以搜索结点个数为衡量标准的求解开销模型，该模型被应用于随机二元约束满足问题的求解开销相变分析中，并且比较了模型所导出的理论开销和实际中的搜索结点个数、约束检查次数、求解时间３种衡量标准的开销之间的相似性．在模型的基础上，探讨了求解启发式减少求解开销的作用，给出了一个新的变量选择启发式．