基于计算前沿面的实时仿真数值积分并行构造及其数值模型解耦加速方法

数值仿真是先进智能计算的基础与底层核心技术,而计算速度是数值仿真的核心性能指标。然而,随着高开关频率功率器件在电机驱动等系统中的应用,短时间约束给实时及在线数值仿真的计算速度带来了严峻挑战。当前数字平台的计算结构朝着并行化的趋势发展,并行计算被视为短时间约束下优化计算速度的有效途径,但现有的数值模型和数值算法大多基于顺序计算的串行模式,缺乏可并行执行的冗余并行度。因此,该文研究了数值算法的求解核心数值积分的并行优化方法,提出了计算前沿面的优化思路,为数值积分算法构造冗余并行度以实现并行计算,分析了其在数值精度与数值稳定性方面的影响,并讨论了在多步与高阶数值积分法上的可拓展性。同时,利用计算前沿面构造的冗余并行度,设计了数值模型的并行解耦分割,并应用于电驱系统实现了元件级的数值加速。最后,在硬件在环的实时数值环境中验证了优化方法的可行性、数值性能以及加速效果。

含剪切节理面岩质边坡滑裂面位置及稳定性研究

同向双平面滑动是存在单一地质断层面(剪切节理面)岩质边坡的常见破坏模式之一,但对该种类型的滑裂面计算方法并不充足。为了能够更加高效准确地寻找边坡的滑裂面位置,判断边坡的稳定性,基于极限平衡理论和非线性数学规划模型,假设滑体的滑动方式为同向双平面滑动,再假设目标函数为该岩质边坡的安全系数,运用MTALAB全局最优搜索法,计算含剪切节理面工程边坡在天然工况作用下的滑裂面位置及稳定性,并与极限分析法、强度折减法和毕肖普法进行对比分析。研究结果表明:基于极限平衡理论和非线性数学规划模型得出的滑裂面位置与安全系数基本一致,验证此类方法的可行性,为存在单一地质断层面岩质边坡的滑裂面计算和稳定性分析提供了新依据。

基于GPU计算架构的体素离散化复杂药柱燃面计算方法

为了高效而通用地对各种具有复杂结构的药柱进行燃面计算,文中基于图形处理器(GPU)高度并行化的计算构架,提出了一种三维离散化体素点阵表达的燃面计算方法。首先,将药柱所在的包围盒空间均匀地离散成三维空间体素点阵,通过对边界表达的任意药柱模型进行Z-Buffer测试确定计算边界;其次,采用并行的燃烧状态填充算法确定所有的体素点与初始燃面之间的距离关系;然后,针对任意指定的燃烧肉厚,利用GPU多核并行处理技术,实时地抽取所有药柱空间内的燃烧表面;最后,以一个具有复杂包覆层的不规则药柱作为算例,从计算精度和计算效率上验证了该燃面计算方法的有效性。

基于Pro/E特征造型技术的固体发动机装药燃面计算

以Pro/E软件为平台,借助Pro/E软件的特征造型功能及曲面论中的曲面插值法,完成了固体发动机装药燃面的推移模拟和燃面计算。通过比较计算所得的等速燃烧和不等速燃烧的燃面变化曲线,证明该方法具有较高的精度。

基于SCS模型的浅层紫色土柑桔园坡面径流的计算参数确定

利用浅层紫色土坡地柑桔园小区长期试验的降雨径流监测资料,采用SCS方程(Soil Conservation Service Equation)对浅层紫色土坡地柑桔园坡面径流进行计算,表明径流量的计算结果误差很大;反演算获得的曲线参数值与查表对应值差异很大,而与降雨量存在极其显著的二次曲线回归关系。采用建立的二次曲线回归方程计算获得的S值和MSCS(modified SCS equation)曲线方程,对径流量进行推算,结果得到实测数据的验证,计算精度较好。由于浅层沙壤质紫色土坡地土壤侧渗损失较高,不能纳入SCS方程计算获得的地表径流,因此坡面径流量的计算与实测具有较大的差别;产生于坡面径流与降雨统计分析的MSCS方程是对浅层坡地土壤田间尺度坡面径流计算的一个有效探索。

平面光栅支撑结构设计及其面形分析计算

为满足二氧化碳探测仪平面光栅高精度面形要求,对光栅及其支撑结构进行了设计和分析.首先,对光栅结构组件各材料的选取和支撑结构形式进行了研究;然后,以坐标变换法和最小二乘法为理论依据,对镜面刚体位移和畸变的计算求解进行了探讨;接着,采用有限元法对光栅结构组件在不同热力耦合状态下的面形精度和结构强度进行仿真分析.运用有限元软件本身提供的二次开发功能,开发了能内部调用MATLAB编写的面形误差计算程序.经计算,各工况下面形误差PV≤63nm,RMS≤12.6nm.最后,为了验证结构组件的动态特性,进行了模态分析和谐响应分析,三个方向的基频分别达到1 046.3Hz,1 640Hz,1 147.5Hz.这些结果表明,光栅结构组件设计合理可行,能够满足各项设计要求.

任意曲线坐标系Euler方程S2流面的计算方法

为提高S2流面计算方法对涡轮复杂几何的适应性和计算能力,详细推导了任意正交曲线坐标系下应用于流道中心S2流面计算的Euler方程,提出了任意曲线坐标系Euler方程S2流面的计算方法,发展了适用于三阶精度总变差减小的差分格式的数学模型,结合了隐格式时间推进、Riemann问题求解等技术。在应用于带弧形凸起的流道及某直叶栅气动参数计算,并对某三级低压涡轮进行性能预测的结果表明:所提方法对激波具有较高的捕捉精度,能够较准确地获得叶栅气动参数分布,且与实验结果吻合良好;对于多级涡轮总性能参数和气动参数分布均有较高的计算精度,是一种可为涡轮设计提供快速、可靠的计算方法。

基于非结构任意多边形网格的滑移面计算技术

基于任意多边形网格管理体系,针对流体多介质问题的数值模拟,发展了拉氏方法滑移面计算技术.文章给出了滑移线设置的数据结构,滑移线上主从点速度与位置的计算格式,及节点滑移后引起界面上点、相关网格邻域关系变化的算法。该滑移计算技术避免了传统算法中由于以模拟法(重叠或分离网格)代替直接法(拼接网格)而造成几何守恒律被破坏的缺陷.数值例子验证了该算法的可行性,体现了算法无缝连接的特点.

汽轮机气动设计中的S2流面计算

本文介绍了基于S2流面上流函数气动方程反问题解法的汽轮机气动设计计算方法。可以与S1流面上的计算结合起来进行透平级的准三元设计计算，也可以在某些简化条件下单独使用，进行多级透平各排叶片扭曲规律的设计计算。基本方程采用任意非正交曲线坐标系，使用线松弛方法求解。以哈尔滨汽轮机厂优化20万kW汽轮机低压缸为算例，将计算结果与轴对称假定下叶片间隙站内的计算结果进行了比较，并分析了叶片力、叶片厚度及熵的积累等因素对计算结果的影响。

钻孔体应变与面应变观测参数k的计算

钻孔体应变与面应变观测模型是地壳岩石应变测量资料分析的理论基础,对揭示研究对象的物理本质有所帮助,因为都含有参数k(应变仪钢筒内壁面应变与空孔岩石面应变之比),故k的解算对模型的正确表述十分关键。考虑到外加应力需在岩石、膨胀水泥和仪器钢筒等3层介质中传递的实际情况,根据弹性力学中的厚壁圆筒方程,推导出轴对称应力作用下k的计算式,该式与平面应力作用下基于双衬套理论(潘立宙、欧阳祖熙和陈沅俊等建立)的解算结果完全一致,公式的可靠性由此得到互证。又对k的影响因素进行了系统研究,给出有关变化规律曲线和定量指标。最后,与Evertson用2层介质模型(岩石、钢筒)推导的k值(0.9)进行了比较,指出二者之间的明显差异和0.9的狭窄适用范围。

联合应用现代优化方法与S2流面计算进行多级涡轮的气动设计

本文联合应用S2流面正问题计算和多级局部优化设计对某三级涡轮进行多级气动优化设计。优化联合采用人工神经网络和遗传算法,流场计算采用全三维粘性流N-S方程求解,计算网格采用H-O-H型网格,即入口段、出口段采用H型网格,叶片区域采用O型网格。通过优化,总效率提高1.1%,总体性能提高,达到设计要求。

微谐波齿轮传动中有内外齿圈的柔轮齿面耐磨计算

柔轮的齿面耐磨计算是进行谐波齿轮传动设计的前提和基础。对柔轮的齿面耐磨计算,前人的研究是针对传统尺寸的且只有外齿圈的柔轮展开的。本文研究的是行星式波发生器微型谐波齿轮传动,其柔轮具有内外齿圈。因此对其进行齿面耐磨计算时,应该对其内外齿圈分别进行。将前人提出的这种柔轮齿面耐磨计算方法应用于已完成设计的柔轮,应该对其内外齿圈分别应用,分别对其内外齿圈进行齿面耐磨计算。通过计算可知,内外齿圈均满足各自的齿面耐磨条件。

露采矿山宕口坡面表面积计算方法探讨

介绍了露采矿山整治中山体坡面表面积的两种计算方法:剖面法和小三角锁法。剖面法是把宕口坡表面分割成无数个小梯形进行计算表面积的一种方法。小三角锁法是通过对宕口坡表面数字化测量,根据测量数据建立数字高程模型,并在表面建立小三角锁,对所有小三角的面积累加得到面积的一种方法。小三角锁法大大提高了计算的准确度和效率。

基于Pro／E的含金属丝双推力药柱燃面计算方法

对于含有金属丝的双推力药柱,采用传统燃面计算方法不但工作量大,而且难于求解。利用Pro/E三维实体造型软件可以快速构造固体发动机装药,模拟药柱燃面推移过程,得到药柱燃烧的实时几何体,从而计算出不同时刻下药柱的几何参数和质量参数,为发动机内弹道性能精确预示提供可靠的原始数据。

齿轮齿面温度场计算

齿轮齿面温度场的大小对齿轮传动的性能与失效以及齿轮润滑系统的设计等有着重要的影响。齿轮温度的热平衡状态和齿轮本体温度以及齿面瞬时温度的变化极为复杂。本文综合考虑齿轮转速,润滑油热传导率、密度、比热、运动粘度以及间隙冷却过程中的标准化总冷却量等影响,给出了齿轮齿面温度场计算方法。本次研究成果对理论、设计具有一定的指导意义。

都江堰特大暴雨过程中GIS的多种面雨量计算方法对比

本文采用GIS栅格插值的常用方法,反距离权重法(IDW),样条函数法(Spline),克里金法(Kriging),协同克里金法(Co-Kriging),泰森多边形法(Thissen)对2013年7月8~11日都江堰特大暴雨过程进行面雨量计算的对比分析,并用FLood Area模型对此次过程中白沙河流域的暴雨洪涝过程进行模拟,结果显示:5种面雨量计算方法的结果受雨量站密集程度和降水空间分布特征的制约,特别是样条函数法和泰森多边形法,对雨量站分布影响较为敏感;小时面雨量计算中站点分布对样条函数法影响更大;协同克里金法计算面雨量可使FLood Area模拟结果更优,更接近于真实值;在复杂地形条件下面雨量计算中,考虑地形的相关影响可有效提高降水插值精度,使Flood Area模型的模拟结果误差更小。

机场工程水泥道面面层厚度计算影响因素分析研究

水泥道面在机场道面结构中得到了广泛的应用。目前机场工程水泥道面结构面层厚度设计由于影响因素复杂,多依靠经验确定。在参考相关研究成果的基础上,阐述和分析了机场水泥道面结构厚度设计方法;咸阳机场三期扩建道面主要采用水泥道面结构。以咸阳机场三期扩建工程为例,结合机场预测飞机起降架次、飞机在机场的地面运行线路,详细分析了水泥道面结构厚度计算中不同道面如何分区、不同分区如何选用计算荷载、不同分区如何确定荷载重复作用次数,发现分区作用荷载、荷载重复作用次数是影响水泥道面结构面层厚度计算的主要因素,对大型复杂枢纽机场的水泥道面结构设计具有一定的参考意义。

公路测量中投影面和投影带的选择与计算

公路测量中,为了限制投影变形,选择投影面和投影带是经常遇到的问题。讨论了高程投影面、任意带高斯正形投影的中央子午线选择与计算,并推导了具有高程投影面的坐标计算公式,具有一定的实用价值。

基于三维模型空间离散的固体发动机装药燃面计算方法

装药燃面计算是固体发动机优化设计过程中的重要环节,通用、高效、准确的燃面计算方法有利于提高固体发动机设计效率和设计精度。针对传统Level-set燃面计算方法药型定义复杂、精度不高等缺点,结合SolidWorks三维实体建模和多线程并行计算技术,通过最小符号距离方法对三维装药进行精确离散化表达,实现快速、准确实现复杂三维装药燃面推移计算。计算结果与CAD实体造型法结果一致。与传统方法相比,该方法无需通过代码定义药柱构型和迭代计算,可直接用于不同固体发动机药柱设计。