点法约束下厄米径向基隐式自由光学曲面的光滑构造

自由曲面因其具有更高自由度成为光学设计与制造的重要工具,二次支撑包络曲面因具有内在可积性成为自由曲面光学设计的主流方法之一,但其通常是不光滑的,需要进一步求解其光滑包络面以满足加工要求.以二次支撑曲面上的采样型值点和对应单位法向量作为约束条件,利用基于厄米径向基的隐式曲面方法成功地生成了投射均匀方斑的光滑自由光学曲面;进一步在型值点细分插值和支撑子面规模2个方面优化了点法约束条件.与已有曲面重建算法相比较,所提算法具有更小的点法误差和更好的光束整形效果.

位移多点约束法在面板堆石坝精细模拟中的应用研究

面板堆石坝数值模拟中为了兼顾计算精度和计算效率,可对混凝土面板划分精细网格,并与堆石体相对稀疏的网格进行合理的连接过渡。基于自主研发的有限元执行平台,开发实现了基于位移多点约束的疏密网格过渡方法,并应用于在建200 m级面板堆石坝工程数值模拟。通过方案对比,验证了该方法的精度,且面板精细网格与堆石体稀疏网格之间变形协调。相较于传统模拟方法,面板精细模拟方法可细致表达面板内应力变化梯度,能够为跨尺度精细模拟混凝土面板性状提供技术基础。该方法简便实用、易于数值实现,具有较好的推广应用前景。

基于多点约束法的减摇鳍加强结构CAD/CAE一体化设计

针对减摇鳍加强结构设计难度大和载荷复杂的特点,提出一种CAD/CAE一体化设计和分析方法.对减摇鳍加强结构进行三维结构设计、水动力分析和结构性能评估.其中,采用多点约束法实现模拟减摇鳍加强结构与鳍座的2种非协调性单元之间的载荷传递,应用自由面格林函数法和三维线性势流理论求解船体运动响应和水动压力.通过研究关键技术,为减摇鳍加强结构设计和分析提供新的技术途径.

基于多点约束法的人字齿轮精确有限元建模方法

应力位置处足够细化的网格是齿轮有限元分析得到精确齿面接触应力和齿根弯曲应力的基础。在保证有限元分析结果精度的情况下,降低求解时间和对计算机性能的要求是研究的热点问题之一。基于Ansys软件网格划分方法对齿面和齿根网格细化,采用多点约束法(Multipointcon⁃straint,MPC)耦合大小不一致网格节点的自由度,进行了有限元建模和仿真分析计算。结果表明,该方法较普通方法能够大幅减少网格和节点数量,缩短计算时间,且能够保证人字齿轮齿根弯曲应力和齿面接触应力的求解精度。另外,采用ISO标准计算人字齿轮的齿根弯曲应力和齿面接触应力得到的结果均大于有限元分析的结果,对人字齿轮的工程实际应用提供了重要参照。

可行方向SUMT外点法的研究及应用

针对序列无约束极小化技术(sequential unconstrained minimization technology,SUMT)外点法中由于设计变量越界而导致优化失败的问题,分析了设计变量越界的原因,将SUMT外点法和可行方向法相结合,提出了一种可行方向SUMT(feasible direction SUMT,FD-SUMT)外点法。用可行方向法的思想处理设计变量的约束,将搜索空间限定在设计变量可行域内。与传统的SUMT外点法相比,该方法除实现简单外,更具有鲁棒性高、收敛快等优点。通过数值算例和工程应用实例验证了FD-SUMT外点法的性能。优化结果表明,该方法消除了设计变量越界的情况,收敛速度和鲁棒性明显高于传统的SUMT外点法,而且初值选取容易,具有工程实用性。

基于有限元法的数控机床主轴部件动态分析

采用多点约束方法模拟数控机床主轴部件中的轴承弹性支撑,建立主轴部件的有限元模型,正确反映主轴部件的装配关系。在有限元模型的基础上,根据实验得到的模态参数,选用振型叠加法求得主轴部件的瞬态响应,得到位移响应云纹图和曲线图,为结构改进指出方向。文中通过对机床主轴部件进行瞬态响应分析,得到其动态特性,为进一步提高其精度和转速提供理论依据。

基于滑移界面耦合技术的旋转电机磁场仿真方法

提出了一种基于滑移界面耦合技术的旋转电机磁场仿真方法。首先,对旋转电机问题建立等效弱形式,用Lagrange乘子法施加Coulomb规范条件和滑移界面处的磁矢势连续性条件;然后,采用混合单元方法离散整个求解域中的未知量,采用棱边单元法离散滑移界面处的Lagrange矢量乘子,并采用多点约束法耦合滑移界面处的Lagrange标量乘子自由度,该方法无须在旋转电机模型的非匹配网格中构建生成树,即可自动保证磁矢势解的唯一性;最后,采用旋转线圈案例和简化的永磁同步电机案例验证了本文方法的有效性。

真空炉炉门混合建模方法研究与检验

针对大型真空炉炉门组件建模困难,计算资源消耗大等问题,采用混合建模方法进行了有限元模型简化,基于多点约束(MPC)法建立真空炉炉门体-壳组合模型,并与全实体模型计算结果及实验测试值进行对比分析。结果表明,采用体-壳单元混合建模在真空炉炉门应力分布规律求解上与实体模型结果及实验测试值基本一致,有着较高的计算精度,可为大型复杂真空炉设备仿真分析等工程问题提供可行的参考方案。

钢筋混凝土结构多尺度建模界面连接方法研究

为了探究实现钢筋混凝土结构多尺度模型界面连接最有效的理论方法,提出了一种基于连续分布耦合理论的多点约束法以实现不同尺度单元间的耦合连接,并针对钢筋混凝土节点使用ABAQUS与既有的3种多点约束法进行算例对比分析。结果表明使用连续分布耦合理论来实现多尺度界面之间的连接不仅可以得到较为精确的计算结果,同时建模前处理简单,适用于不同几何尺寸界面的连接。研究成果为钢筋混凝土结构多尺度建模界面连接提供参考。

舱内液体模拟方法对船体振动分析的影响对比

为更准确地模拟船体振动,使用质量点分布法、多点约束法以及边界元计算虚拟质量的方法分别模拟一小型船模舱内液体,对船模振动模态进行分析并与实验值进行对比。采用这3种方法分析某型油船的振动模态并对结果进行对比分析,研究表明采用虚拟质量法模拟舱内液体附加质量时得到的船体振动固有频率更符合实际,而质量点分布法和多点约束法的质量分布受人为因素影响较大,虚拟质量法更具工程应用价值。

基于多点约束的多尺度混合试验界面连接方法与验证试验

针对现有计算单元难以精确模拟结构局部复杂力学特性的问题,提出一种集成试验单元的多尺度混合模型构建方法.在不损失界面自由度的前提下,利用多点约束法实现了ABAQUS多尺度壳单元和实体单元分别与单柱试验单元的界面连接;基于Open Fresco平台,以底层中柱为试验单元进行了两层两跨平面钢框架的多尺度抗震混合试验,与有限元对比分析表明:多点约束法能够有效地实现不同尺度单元间的边界变形协调;试验单元能够真实直接地模拟结构重要部位的受力特性;在满足工程应用精度的前提下多尺度混合模型能够节约计算资源和时间,为改进结构抗震分析可靠性提供了新的研究手段.

一致多尺度组合多点约束法优化研究

针对一致多尺度多点约束模型往往采用单一多点约束方法造成界面过约束等问题,提出基于位移和能量的组合多点约束法(CMPC),该方法符合界面节点变形约束关系,且能够改善结构塑性阶段的多尺度模拟精度。首先,分析了单一多点约束关系在模型受力塑性阶段存在的约束不合理问题,通过位移方程和能量方程在界面节点不同自由度方向的联立,建立了一种优化的组合多点约束方法,其优点是消除位移方程的界面切向过约束问题,同时避免能量方程的非线性阶段应力迭代。基于组合多点约束理论,推导了典型多尺度连接模型的CMPC方程表达式。最后运用Abaqus有限元软件进行了钢筋混凝土构件多尺度模型对比分析,计算结果表明组合多点约束法有效提高了模型复杂受力下的应力、应变、位移等特性的计算精度,适用于结构多尺度模型的非线性分析。

全船有限元结构分析的若干关键技术

阐述了全船有限元结构强度分析的直接计算流程和方法,以6 000 t甲板驳船为例,对其中的若干关键技术,如甲板货物的不同模拟方法(虚梁法、多点约束法和质量点法)及剖面荷载参考点的选取等进行了研究,提出了相关建议.在此基础上,实现全船的结构强度评估,以期对全船有限元结构分析中相关关键技术的应用提供一定的参考.

化工设备中体与面结构连接模型的有限元分析

在压力容器的分析设计中,经常会遇到三维实体和薄壁板壳组成的结构,对其建模中单元的选取以及分析结果的精度仍是工程中亟待解决的关键问题,而关于体与面连接模型鲜有研究。基于线弹性模型和有限元手段,采用全实体单元、约束方程、多点约束(MPC)、刚度叠加法建立体与面连接模型,使用实体和壳单元对变截面梁进行了研究,得到高阶单元及多点约束法在体与面连接方面具有较高的准确性。并应用于实际的化工设备反应器底板和高颈法兰,验证了所开发体与面连接模型的可靠性。

基于多尺度模型的单层网壳非线性屈曲分析

为同时模拟细观节点的局部变形和宏观结构的整体稳定性,通过对全梁一致单元模型的屈曲分析得出力学响应集中的重点区域,对该区域进行精细化建模,采用壳单元离散,宏观结构采用梁单元离散。建立了基于多点约束法的多尺度模型,并对多尺度模型及全梁单元模型进行了模态分析、考虑初始缺陷的双重非线性屈曲分析。对比结果可知:基于多点约束法的多尺度模型不会改变结构的频率、周期等固有特性,但因刚度分布的改变会导致振型变化;多尺度模型的稳定临界荷载相比一致单元模型有不同程度的降低。研究表明:多尺度模型能较为精准地模拟出细观节点的受力和变形,更贴近于实际工程的同时,在宏观层面的分析上也不失可信度。

基于ABAQUS的多尺度有限元模型桥梁检测与评估

有限元计算分析对桥梁检测起到了至关重要的作用,但为了获得更高的计算精度,精细化网格划分造成的计算成本也成倍增加。为了平衡二者的对立关系,以ABAQUS软件为依托,将桥梁检测中重点区域进行精细化建模,并准确、合理地连接到整体模型中,以此建立可以细致分析重点区域受力情况的多尺度有限元模型,利用3种不同精度的网格划分方法,通过矩形截面简支梁计算验证了多尺度有限元模型结合面连接形式的正确性,并以福建某实际桥梁工程为例,对比计算结果及检测数据,进一步验证多尺度有限元模型的准确性。结果表明:多尺度有限元模型能够更准确地计算应力、应变及变形趋势,计算结果和实测数值更贴近,并且在模态分析中频率的计算结果也贴近于实际情况,同时计算时间大大缩短,可为类似工程提供技术借鉴。

混凝土重力坝基础排水孔模拟方法对比分析

该文根据以沟代井列法、改进排水子结构法、以缝代井列法以及结点水位约束法等4种常用的模拟排水孔工作的基本原理和方法,以一工程作为实例,开展坝址渗流场数值模拟,并进行对比分析。结果表明,改进排水子结构法能够很精细地刻画排水孔(幕)周围渗流性态,而其它3种方法的精度相对差一些。就模拟过程来讲,前一种方法相对比较复杂,后3种方法则相对简单。