基于移动粒子半隐式方法的油冷电驱系统润滑特性分析

为研究油冷电驱系统的润滑特性,分析了某油冷电驱系统的飞溅润滑特性和极端姿态下低速润滑不良现象,并针对强制润滑和油泵吸空现象进行了分析。结果表明:低速润滑不良、高速润滑良好是飞溅润滑的主要特性,随倾角增大,上坡工况流量逐渐下降,下坡工况相反,左倾20°时无飞溅润滑效果并存在吸油口吸空现象,右倾20°时低速搅油效果差,左、右倾工况下飞溅润滑油量表现相反;强制润滑可综合考虑电机和减速器的流量需求和比例;油泵吸空将导致强制润滑失效,解决吸空问题需同时考虑效率的降低。

基于Newton/Gauss-Seidel迭代的DGM隐式方法

在Newton迭代方法的基础上,对高阶精度间断Galerkin有限元方法 (DGM)的时间隐式格式进行了研究.Newton迭代法的优势在于收敛效率高效,并且定常和非定常问题能够统一处理,对于非定常问题无需引入双时间步策略.为了避免大型矩阵的求逆,采用一步Gauss-Seidel迭代和Matrix-free技术消去残值Jacobi矩阵的上、下三角矩阵,从而只需计算和存储对角(块)矩阵.对角(块)矩阵采用数值方法计算.空间离散采用Taylor基,其优势在于对于任意形状的网格,基函数的形式是一致的,有利于在混合网格上推广.利用该方法,数值模拟了Bump绕流和NACA0012翼型绕流.计算结果表明,与显式的Runge-Kutta时间格式相比,隐式格式所需的迭代步数和CPU时间均在很大程度上得到减少,计算效率能够提高1～2个量级.

高维热传导方程的高精度交替方向隐式方法

提出了数值求解二维和三维热传导方程的高精度交替方向隐式(ADI)方法,其空间为四阶精度、时间为二阶精度,并通过Neumann方法证明是无条件稳定的.该方法沿每个空间方向只涉及3个网格基架点,因此可以重复采用TDMA算法,大大节省了计算时间.数值实验验证了该方法的高阶精度,并与二阶的Peaceman-Rachford格式、Douglas格式及Crank-Nicolson格式进行了比较.

气体动理学统一算法的隐式方法研究

目前的气体动理学统一算法(unified gas kinetic scheme,简称UGKS)在求解高速流动问题时的计算效率,难以满足求解复杂工程问题的需求.为了提高该算法的计算效率,本文对模型方程的对流项和碰撞项进行了隐式处理,并针对UGKS界面通量与演化时间相关的特点,引入了演化时间平均界面通量,通过对控制方程矩阵进行近似LU分解(lower-upper decomposition),实现了隐式UGKS.不同来流马赫数的圆柱绕流算例测试表明,只要演化时间选取得当,隐式方法可以得到与显式方法完全相同的结果,且计算效率可以提高1～2个量级.

二维波动方程的高精度交替方向隐式方法

基于二阶微商的四阶紧致差商逼近公式及加权平均思想,提出了数值求解二维波动方程的2种精度分别为O(τ2+h4)和O(τ4+h4)的交替方向隐式(ADI)格式,以及与其相匹配的第一个时间层的同阶离散格式,并且通过Fourier方法分析了格式的稳定性.该方法在沿每个空间方向上只涉及3个网格基架点,因此可以重复采用TDMA算法,从而大大节省计算时间.数值实验验证了所用方法的精确性和可靠性.

基于LU-SGS迭代的DGM隐式方法研究

考虑到LU-SGS迭代法已经在基于非结构网格的有限体积法中得到了成功应用,文章借鉴其思想,将其推广到高精度间断Galerkin有限元隐式格式求解中来,并对其性能进行了研究。为了避免隐式算法中对大型稀疏矩阵求逆,采用LU-SGS迭代法,只需要在每步时间推进中沿网格号从前到后和从后到前2次扫描计算即可,并且还能有效降低内存需求。通过对NACA0012翼型和ONERA M6机翼跨声速无粘流动进行数值模拟,计算结果表明:与TVD-RKDG显式时间格式相比,隐式格式所需的迭代步数和CPU时间均得到了很大程度上的减少,并且精度保持不变。

移动粒子半隐式方法的计算效率优化

针对无网格法计算效率普遍不高的局限性,以移动粒子半隐式(MPS)方法为例,将计算耗时较多的程序模块作为优化对象,以降低计算等级和减少计算次数为优化手段,从搜索算法、数学运算和计算实现形式3个主要方面进行了改进.提出了用低级运算来代替高级运算、用方位比较来代替距离比较的位置比较消冗法来优化搜索算法,消除了大部分无效计算,大大降低了计算的复杂程度和计算量,使得该方法的计算效率得到显著提高,增强了MPS方法的应用范围和工程时效性.该算法具有非常好的普适性,容易在类似算法中移植,还有随着计算规模的增大优化效果更加明显的特点.同时,发现多种优化方式的组合使用并非效果叠加,需考虑它们的兼容关系.

Euler方程的分裂型通量分裂双时间步隐式方法

传统隐式方法有格式复杂、计算量大等缺点,在Euler方程的差分离散过程中,利用算子分裂思想,结合通量分裂法、双时间步法等隐式离散方法,构造了一种更简单的分裂型隐式计算方法.通过对典型空气动力学问题的计算,检验了该方法的有效性和可靠性,并对其性能做了具体讨论.该方法具有稳定性好、时间步长约束小等隐式格式的普遍优点,同时具有格式简单、程序易实现等优点;避免了传统隐式方法单步推进时的方程组常规求解及矩阵求逆过程,计算量小;比LU-SGS方法收敛速度快.

三维波动方程的高精度交替方向隐式方法

提出了数值求解三维波动方程的2种精度分别为O(τ2+h4)和O(τ4+h4)的交替方向隐式(ADI)格式,并且通过Fourier方法证明了格式的稳定性。该方法在沿每个空间方向上只涉及三个网格基架点,因此可以重复采用TDMA算法,从而可以大大节省计算时间,数值实验验证了本文方法的精确性和可靠性。

注射分析的自适应隐式方法及温度计算策略

流动和传热分析采用隐式方法.在注射流动分析中,依据多个时间步长流过一个单元层的准则,自动调节流动分析的时间步长;而在温度计算时每个结点依据其Courant数采用不同的子时间步长,并且按着结点的注满顺序进行传热分析.温度的计算采用上风法进行的,厚度方向的离散采用变厚度的契比雪夫配点法,所有结点温度计算一次后再进行重复的迭代计算.实例计算表明,温度计算采用不同的子时间步长计算时间可以降低一个量级,从而使总计算时间节约大略50%.

塑料注射充模流动分析的自适应隐式方法

提出了一个注射充模数值模拟隐式方法的时间步长选用标准,依据“一时间步,一单元层”的思想,采用最小二乘递推法估算每一步的时间步长,并依据压力估算每个控制体积的半注满时间,从而可以重构任何时间的流动前锋。计算表明本方法极大地提高了隐式方法的适用性,并把注射充模流动数值模拟的计算时间复杂度降到结点数的平方。

变系数对流扩散方程的交替分段显-隐式方法

应用交替分段显 隐方法求解变系数对流扩散方程 ,此方法具有很好的并行性且无条件稳定 .

非线性方程的一类半隐式方法(英文)

基于求解常微分方程刚性问题的A-稳定Rosenbrock方法,引入一类求解非线性方程的半隐式迭代法,给出了收敛阶的分析.通过几个困难的方程求解问题,与Newton法、光滑与阻尼方法进行了数值比较。

弱可压缩移动粒子半隐式方法对溃坝溢流问题的数值模拟

无网格粒子法(拉格朗日法)是计算流体力学领域最新一代的计算方法。由于不需要生成网格,无网格粒子法能够模拟任意形状的界面及其变形和碎裂,尤其适用于计算如溃坝溢流及波浪破碎等具有复杂自由表面运动的流体力学问题。其中,光滑粒子流体动力学方法(SPH)和移动粒子半隐式法(MPS)是无网格计算方法的典型代表。采用基于MPS法的修正弱可压缩移动粒子半隐式法(weakly compressible corrected moving particle semi-implicit method)构建了用于求解自由表面流问题的数值计算模型,并用于模拟干床面与湿床面上的溃坝溢流问题。计算结果与实验结果的对比分析表明,采用基于WCCMPS无网格法建立的数值计算模型对干、湿床面上溃坝溢流的溢流形态、水柱高度以及波前速度等均给出了良好的计算结果。

平衡隐式方法的均方A-稳定条件

讨论求解Ito^随机微分方程的平衡隐式方法,给出了该方法的均方稳定性与检验问题稳定性间的关系,并通过比较给出了证明平衡隐式方法的A-稳定条件.

用移动粒子半隐式方法数值模拟Poiseuille流动问题

[目的]Poiseuille流动问题广泛存在于工业生产中,而采用移动粒子半隐式(MPS)方法模拟Poiseuille流等壁面剪切流动其稳定性与可靠性还需要进一步予以验证。[方法]首先,在MPS方法求解器MLParticle-SJTU的基础上,建立恒流量入口边界条件和无滑移壁面边界条件;然后,在入口边界改变来流速度,对二维管道中不同雷诺数下的不可压缩牛顿流体Poiseuille流进行模拟研究;最后,将数值模拟结果与理论解析结果进行对比,验证数值模拟结果的准确性。[结果]模拟结果显示,流动充分发展后,Poiseuille流的速度剖面呈抛物线型,且在不同雷诺数下,数值模拟结果的速度峰值与理论解析解间的相对误差均在5%以内。[结论]所做研究说明在所提边界条件下,采用MPS方法模拟二维Poiseuille流是有效且可靠的。

基于耦合隐式方法的复杂外形绕流计算研究

飞机复杂外形的气动特性数值模拟在飞机型号研制中有重要的作用,也是数值模拟中比较复杂的问题。笔者采用基于Octree技术的方法生成非结构四面体网格,用耦合隐式离散方法进行有限体积离散,利用此方法对某型飞机带外挂和舵面偏转情况的气动特性进行了数值模拟,将计算结果与实验结果作了比较,收到较好效果。

一种基于块雅可比迭代的高阶FR格式隐式方法

最近,基于非结构网格的高阶通量重构格式(flux reconstruction,FR)因其构造简单且通用性强而受到越来越多人的关注.但将FR格式应用于大规模复杂流动的模拟时仍面临计算开销大、求解时间长等问题.因此,亟需发展与之相适应的高效隐式求解方法和并行计算技术.本文提出了一种基于块Jacobi迭代的高阶FR格式求解定常二维欧拉方程的单GPU隐式时间推进方法.由于直接求解FR格式空间和隐式时间离散后的全局线性方程组效率低下并且内存占用很大.而通过块雅可比迭代的方式,能够改变全局线性方程组左端矩阵的特征,克服影响求解并行性的相邻单元依赖问题,使得只需要存储和计算对角块矩阵.最终将求解全局线性方程组转化为求解一系列局部单元线性方程组,进而又可利用LU分解法在GPU上并行求解这些小型局部线性方程组.通过二维无黏Bump流动和NACA0012无黏绕流两个数值实验表明,该隐式方法计算收敛所用的迭代步数和计算时间均远小于使用多重网格加速的显式Runge-Kutta格式,且在计算效率方面至少有一个量级的提升.

角色动画中基于隐式曲面的皮肤变形方法

提出了一种角色动画中基于隐式曲面的皮肤变形方法,主要面向具有骨骼层次以及相关蒙皮权重的动画模型,利用隐式曲面来驱动皮肤变形.首先,采用埃尔米特径向基函数和泊松圆盘采样对给定骨骼绑定的网格部分进行重建,把角色模型的体积近似当作一组局部的三维标量场,并保留原有的网格属性;其次,构造场函数,通过场函数纠正几何蒙皮技术的结果;最后,结合两种组合算子,使用隐式方法在人体模型上形成合理可信的皮肤变形效果.本方法不会产生糖纸扭曲和关节膨胀的问题,并且可以生成皮肤接触效果和肌肉凸起.由于该方法是后处理,因此非常适合标准动画制作流程.

川滇块体东边界安宁河-则木河-小江断裂带的三维构造模型:基于多元数据与隐式建模技术

安宁河-则木河-小江断裂带位于青藏高原与扬子地块相互拼接的交会部位,代表了川滇菱形块体的东部边界,地震活动频繁。其总体表现为左旋走滑的运动学特征,沿走向断裂结构复杂,为精细表征深部断裂的三维结构特征带来了很大挑战。目前存在的问题主要包括:主断层面本身的结构复杂特性;断裂交切与主次关系的不确定性;隐伏断层的空间约束;微震活动区域的断层面限定等。传统上,三维构造建模主要依赖于高分辨率的地震反射剖面、三维地震数据体和钻孔等数据约束,可以三角面网的形式在三维空间内使用数量有限的节点定义任意物体的几何形态,进而连接节点模拟物体的拓扑结构。然而,川滇块体东边界等大部分活动构造区域缺少这些高分辨率的数据,即使有相关数据,通常在空间上也非常稀疏。以往有研究利用大量精定位地震和断层地表迹线等数据建立了活动断裂的初始三维模型,但这种方法忽视了震源机制解提供的节面信息对建模的贡献,且未对多元数据采取差异化的权重分配策略。文中基于三维构造隐式建模方法,结合不同约束条件下的深、浅地质与地球物理数据,构建了川滇块体东边界安宁河-则木河-小江断裂带的三维精细构造模型。建模流程充分利用震源机制解提供的节面约束信息,将其与地表断层迹线、重定位地震震中等数据融合,纳入一个考虑差异化权重分配的多次迭代过程,最终实现利用多元数据建立川滇块体东边界断裂三维复杂结构特性的目标。基于隐式建模方法构建的活动断裂的精细三维结构模型可用于断面粗糙度和断裂系统分析,对约束断面上的凹凸体分布与开展地震破裂模拟具有重要意义。