用于ALE有限元模拟的网格更新方法

任意拉格朗日欧拉法(ALE)可以通过定义参考网格的运动,实现自由液面跟踪,完成液体晃动的数值计算.综合用于更新网格节点的3种基本计算方法,将多方向更新网格速度的技术应用于任意拉格朗日欧拉网格节点的速度计算.给出了水平圆柱形贮箱和椭圆形贮箱内液体晃动算例,实现了多方向更新网格运动与晃动流场计算的耦合,使ALE方法能胜任复杂几何边界下的自由液面流动的数值模拟.

基于嵌入空间变形体法的流固耦合网格更新

为解决在传统基于松耦合技术的流固耦合计算中由于单元类型和数量的不同,网格变形不协调、计算收敛困难以及计算误差大等问题,在进行流固耦合网格更新计算中引入了计算机图形学中基于自由变形(FFD)原理的嵌入空间变形体方法,通过将少量结构节点作为控制点来完成大量流体网格的高阶连续变形功能.计算中考虑了湍流来流边界条件的影响,与采用分区插值方法的计算结果进行了比较,并对流固耦合中的气动阻尼特性进行了分析.验证算例表明:该方法实现了高层建筑的任意复杂连续侧弯及扭转变形,且不受建筑外形复杂程度的影响;计算收敛性和精度更高,数值计算结果与风洞试验的结果吻合更好.

流固耦合问题中基于单元变形的有限元网格更新方法

基于伪实体模型,根据引起单元变形的原因提出了一种网格更新方法。该方法将伪实体单元刚化矩阵中的刚化因数选为单元最大、最小主应变的指数函数,同时提出区分拉力和压力给单元变形带来的不同影响,引入修正因子修正刚化因数,最后得到刚化因数的函数表达式。将该方法应用于典型的流固耦合问题,结果表明:本方法的正确性和优越性。提出的网格更新方法在防止网格单元极度变形,维持网格整体质量上是非常有效的。

一种等几何形状优化的网格更新方法

等几何分析方法(Isogeometric Analysis,IGA)采用NURBS实现了计算机辅助几何设计(CAD)、有限元分析(FEA)和结构优化的无缝连接。该方法将几何模型边界的NURBS控制点作为设计变量,使优化过程大大简化。然而,优化过程中由于设计变量的大幅变化使相邻控制点距离过近或过远,导致网格重叠与畸形、计算精度降低甚至迭代过程中断。为此,提出一种基于NURBS控制点间距的网格更新方法,取得了良好的效果。

流固耦合问题的网格更新与信息传递新方法

研究流固耦合问题中的网格技术。针对流体域的网格移动,提出基于映射结构化网格的插值更新的新方法,采用映射插值函数计算流体网格节点位移并与初始网格坐标值叠加,以获取流体新的节点坐标。对二维正方形、梭形及三维立方体流场网格更新开展数值计算。计算表明,该方法可保持原网格的拓扑关系,且更新速度快,更新质量好。使用约束反力分配法和投影插值法分别传递流体域到结构域、结构域到流体域的信息,运用基于该方法的自编程序对典型形体的结构流固耦合界面进行信息传递计算模拟。通过对比传递前后结构与流体的作用,验证了基于该方法的数值传递效果理想。

一种用于流固耦合分析的有限元网格简捷更新方法

针对流固耦合分析中的移动边界问题,在拟固体二步法的基础上,提出一种新的有限元网格更新方法:第一步(预测步),将流体网格作为指定位移边界条件下的拟固体,进行线弹性分析;第二步(校正步),根据第一步计算得到的应变场,采用主剪应变方法,赋予主剪应变较大的单元以较大的杨氏模量,对所构造的非均质固体进行运动分析,得到理想的更新网格.采用不同算法对不同运动类型(包括平动、转动、变形)和不同运动幅度下的二维、三维网格运动进行计算,结果表明:与一步法和Chiandussi法相比,文中提出的方法具有较强的适用性,能显著地减小单元的畸变,使网格保持优良的计算性能,适用于大变形流固耦合问题中的网格更新计算.

流固移动边界网格剖分和更新的改进弹簧近似法

在分析顶点弹簧近似法基础上,改进标准弹簧近似法,推导出修正弹簧刚度,以提高其对大扭曲变形的适应能力.通过NACA0012翼型非结构化网格流场算例检验在大变形下,改进弹簧近似法生成网格的质量.通过映射方法,把改进弹簧近似法用于结构化网格,提高网格更新质量.引入网格单元的长宽比和倾斜度等2个参数以定量分析网格质量.分析表明,改进弹簧近似法亦可有效地运用于结构化网格.通过二维圆柱绕流算例验证了用本文方法在网格更新方面的正确性.

网格环境下基于分布式数据流频繁模式的数据更新算法

网格环境下,分布式数据源的更新一致过程无法实现.通过计算分布式数据流的频繁项,进行有选择的数据更新清洗,是当前研究的热点.本文提出MDF算法(Mining Distributed Frequent items),计算分布式数据流的频繁项,用以满足诸如更新频繁和查询频繁的数据更新需求.算法采用根节点和节点独立处理的方式,使用简单的位串操作和频繁项副本政策,极大的减小了各节点的计算负载.同时对节点的频繁阈值设置给出了准确的计算公式.用实际数据对算法进行检测.实验结果证明,MDF算法有效的计算分布式数据流频繁项,提高了网格环境下数据更新的效率.

高存储效率的MAP译码器网格信息更新实现方法

本文提出一种新型的高存储效率的最大似然译码(MAP)译码器网格信息更新实现方法,该方法可以降低Turbo码译码器状态阵列计算对存储器的需求。利用该实现方法可以使得MAP译码器的前向网格信息和后向网格信息共享同一存储器,而且前向和后向的网格信息更新以及MAP译码产生的外部信息同时进行计算;因此该法可以提高Turbo译码的运算速度、降低存储器开销,进而降低Turbo译码电路实现时的硅片面积。

城市1∶500比例尺地形图网格化更新模式的探讨

当前各地城市1∶500比例尺地形图动态更新所采用的技术和方法大致相似,本文从质量、效率及作业人员满意度三方面对其存在的问题进行了剖析,认为类似的更新模式存在进一步改进的空间。考虑到此项工作的长期性,本文提出了一种网格化更新模式,通过分析比较,网格化更新模式在效率及作业人员满意度等方面有明显的改进,并对如何保证更新质量提出了建议;文章最后对网格化更新模式在数字城市或智慧城市建设中的潜在价值进行了展望。

一种基于稀疏贝叶斯学习的离网DOA估计算法

本文提出一种基于稀疏贝叶斯学习的改进离网DOA估计算法,以提升非理想测向环境下在低信噪比、低快拍数时的DOA估计性能,称之为MOGSBL算法。本算法将信号源方位区间进行离散化,得到方位离散网格。为阵列接收信号建立稀疏贝叶斯模型,将网格节点修正量设为模型超参数。采用期望最大化算法迭代更新网格节点修正量,使更新后的网格节点更接近真实源信号方位。为了检验MOGSBL算法的性能,本文进行了大量的数值实验,并将MOGSBL算法的DOA估计结果与RSBL算法、OGSBL算法和L1-SVD算法进行对比。在不同信噪比和不同快拍数时,MOGSBL算法均能清晰分辨方位很接近的两个信号源,角度分辨率明显高于RSBL算法、OGSBL算法和L1-SVD算法。随着信噪比和快拍数的增加,4种算法的RMSE均逐渐减小。但MOGSBL算法的RMSE明显低于RSBL算法、OGSBL算法和L1-SVD算法,且RSBL算法、OGSBL算法优于L1-SVD算法。实验还分析了方向测试范围的离散网格节点数对DOA估计的影响,发现细密的离散网格可以提高DOA估计精度,但DOA估计的计算量会增加。且在任意网格节点数时,相比于RSBL算法、OGSBL算法和L1-SVD算法,本文的MOGSBL算法均具有最低的RMSE和最短的计算时间。

网格缩减的自适应hp伪谱法

针对控制变量不连续的最优控制问题,本文提出一种自适应更新的忉伪谱法,这种方法在(Legendre Gauss Radau,LGR)点处取配点,能够以较小的网格规模获得较高的精度.通过计算相对误差估计,判断网格规模是增加还是缩减,若相对容许误差大于给定值,则增加网格区间数或网格配点数提高解的精度,反之则合并网格或减小网格配点数缩减网格规模提高计算效率.将hp伪谱法应用于最优控制问题,仿真验证了hp伪谱法的优越性.

桥墩局部冲刷发展过程的三维动网格模拟

基于FLUENT软件的动网格更新技术和用户自定义函数功能实现了桥墩局部冲刷过程的三维动态模拟。以Melville经典冲刷试验为原型,建立数值模型。将河床面设置为主要的动边界,当床面结点瞬时剪应力大于临界剪应力时,结点位置下移,表现为冲刷,引入Van Rijn提出的沉积输运函数来控制河床面各结点的运动速度。数值模拟结果在流场形态,冲坑发生发展过程及冲坑形态均与试验结果较为吻合,模拟的冲坑深度略小于试验结果,误差约13%。误差产生的主要原因为基于雷诺平均N-S的湍流模型不能有效地反应钝形桥墩前端湍流脉动的影响。

流-固耦合问题的ALE有限元分析

基于任意Lagrange-Euler描述(ALE),建立了分析流-固耦合问题的预报-更正算法。采用ALE描述下的Galerkin/最小二乘有限元法,完成了对具有运动边界的不可压缩粘性流的数值模拟;并提出基于更新Lagrange列式的伪弹性体法来计算网格运动;通过在耦合界面上对流体和固体分别施加Dirichlet和Neumann边界条件,建立了流-固耦合关系,并数值模拟了流道中与流速垂直的悬臂梁的流-固耦合过程,数值算例的结果验证了本文方法的有效性。

分析流-固耦合问题的ALE有限元平衡迭代算法

基于任意拉格朗日-欧拉(ALE)描述下的伽辽金/最小二乘(GLS)有限元法,以流体施加在固体上的耦合作用力为收敛控制参数,建立分析流-固耦合问题的平衡迭代算法;在伪弹性体法的基础上,提出新的网格更新算法,使得流体单元在网格更新过程中始终维持中节点位于单元边中点的直线形态。数值算例分析了质量-弹簧系统在封闭流体中的自由振动,得出因流-固耦合而产生的等效阻尼比、附加质量以及流场的形态。

求解流固耦合问题的一种四步分裂有限元算法

基于arbitrary Lagrangian Eulerian(ALE)有限元方法,发展了一种求解流固耦合问题的弱耦合算法.将半隐式四步分裂有限元格式推广至求解ALE描述下的Navier-Stokes(N-S)方程,并在动量方程中引入迎风流线(streamline upwind/Petrov-Galerkin,SUPG)稳定项以消除对流引发的速度场数值振荡;采用Newmark-β法对结构方程进行时间离散;运用经典的Galerkin有限元法求解修正的Laplace方程以实现网格更新,每个计算步施加网格总变形量防止结构长时间、大位移运动时的网格质量恶化.运用上述算法对弹性支撑刚性圆柱体的流致振动问题进行了数值模拟,计算结果与已有结果相吻合,初步验证了该算法的正确性和有效性.

采用滚动伪谱优化的组合动力飞行器上升段制导方法

为满足多约束条件下组合动力飞行器上升过程对制导自适应能力的需求,研究了采用滚动伪谱优化的闭路制导方法。在双层滚动优化框架下进行制导,运用分段伪谱法在线实时计算制导指令,根据状态反馈实现指令的快速迭代更新;引入了网格更新策略改进算法效率,基于实时偏差在线自适应调整制导周期。仿真结果表明,所提制导方法具有可行性,能有效抑制模型参数的不确定性及外界干扰的影响,制导精度满足任务需求;单次指令解算时间在百毫秒量级,该方法具备一定的工程应用价值。

流场和流固耦合问题网格剖分与更新的新方法

基于形式代数和映射理论,针对二维/三维内外流场和流固交界面处的网格剖分问题,提出虚拟结构化映射的网格生成新方法。在虚拟规则多边形上建立虚拟网格,利用函数建立对应的映射关系,把虚拟网格映射到真实的流固边界网格上。在网格更新办法中,引入了位移映射关系,设定了流固交界面随机位移场,原流固交界面的拓扑关系和数据交换格式保持不变。分别以二维和三维管道的内部流体计算域、二维和三维建筑物体的外部流体计算域为算例,验证提出的网格生成和更新方法。统计分析表明,运用该方法可得到流体域较高质量的初始网格系统,经更新后的流体域网格质量良好,且不发生畸变。

基于三角网格索引模型的3轴实时数控铣削仿真

提出一种基于三角网格索引模型的3轴实时数控铣削仿真方法,采用R*-树建立毛坯上表面网格节点索引结构,基于该结构快速查询切削区域,根据刀具扫掠体底面特征,计算切削区域网格节点的坐标Z值并更新节点坐标,基于3维图形渲染库VTK刷新显示切削环境,实现3轴数控铣削动态仿真,实验证明该方法数控仿真效率高且可达到较高仿真精度.

地铁运行多目标优化研究

为了降低城市轨道交通列车运行过程中的能耗,减少乘客旅行总时间,需要设置合理的时间调度表.从研究列车的发车间隔和停站时间入手,建立列车牵引计算模型和运行能耗和时间计算模型,得到单列车固定每个站间的运行"速度-位置"曲线,然后在满足运行速度、运行时间以及运行安全等约束条件下,通过遗传粒子群算法(HIGAPSO)来优化计算发车间隔和各站停站时间.最后通过对广州七号线部分线路的MATLAB仿真模拟,证明该算法在降低列车运行能耗和缩短运行总时间方面的有效性.另一方面也证明了动态网格序分外部档案更新策略对于减小多目标问题时间复杂度的有效性.