基于隐式参数化模型的地铁车体轻量化设计

为实现地铁新车型前期快速的概念设计和性能评估,引用“分析驱动设计”理念对重庆6号线地铁的MP车体进行了隐式参数化建模;并录入车体的17个主要钣金件进行设计分析。以板厚为设计变量,筛选出模态和刚度对质量相对灵敏度较大的7个车体钣金件,进行基于响应面法的多目标轻量化优化设计;车体的刚度、模态等多项性能指标达到了良好的轻量化效果。研究结果表明:所引入“分析驱动设计”理念的车体隐式参数化建模及基于响应面法的多目标优化方法能应用于车体结构的轻量化设计,具有较好的工程指导意义。

间断Galerkin有限元隐式算法GPU并行化研究

为了提高间断伽辽金(discontinuous Galerkin,DG)有限元方法的计算效率,围绕求解Euler方程,构建了基于图形处理器(graphics processing unit,GPU)并行加速的隐式DG算法。算法结合Roe格式进行空间离散,采用人工黏性法处理激波等间断问题,时间推进选用下上对称高斯-赛德尔(lower-upper symmetric Gauss-Seidel,LU-SGS)隐式格式。为了克服传统隐式格式固有的数据关联依赖问题,借助于本文提出的面向任意网格的单元着色分组技术,先给出了LUSGS隐式格式的并行化改造,使得隐式时间推进能按颜色组别依次并行,由于同一颜色组内算法已不存在数据关联,可以据此实现并行化。在此基础上,再结合DG算法局部紧致等特点,基于统一计算设备架构(compute unified device architecture,CUDA)编程模型,设计了依据单元的核函数,并构建了对应的线程与数据结构,给出了DG有限元隐式GPU并行算法。最后,发展的算法通过了多个二维和三维典型流动算例考核与性能测试,展示出隐式算法GPU加速的效果,且获得的计算结果能与现有的文献或实验数据接近。

浅议弹塑性损伤本构模型的完全隐式积分粘性正规化算法

损伤耦合弹塑性本构模型能够描述材料的性能退化行为,在工程中得到了广泛的应用。然而损伤内变量的引入增加了弹塑性本构模型的非线性。将损伤变量和塑性变量解耦,通过图形返回法和一系列代数处理,得到了只包含一个方程的迭代算法格式。然而,迭代速度和计算效率较低,本文通过引入粘性因子,提出了正则化的本构方程场变量积分格式和算法一致切线模量矩阵,验证了在保证计算精度的前提下,适当的粘性因子可以有效地提高迭代率。

基于正则化主题建模的隐式产品属性抽取

为实现产品意见挖掘中的隐式产品属性抽取,在传统主题建模思想的基础上,通过分析评论信息中不同产品属性对应的意见词分布以及意见词的主题依赖性假设,提出一种基于正则化思想的新主题建模框架.在该框架下,评论信息中的意见词特征,通过定义在不同评论中意见词的使用相似度上的正则化因子,纳入到传统的主题建模框架中.正则化的基本思想为:若2条评论在意见词的使用模式上相似,则它们评论相同的产品属性的概率越高.定性和定量2种实验结果均表明,本文的正则化主题模型较传统的主题模型算法有更高的准确率,说明本文的正则化思想是有效的.

SUV白车身隐式参数化建模及多性能优化轻量化

SUV白车身的结构形式、载荷形式等与三厢式轿车白车身不同。为了实现某SUV白车身结构的自动快速轻量化设计,建立了该SUV白车身隐式参数化模型。首先利用相关性分析方法分析预先给定的90个位置、形状及厚度等设计变量对车身结构刚度的影响,筛选出具有轻量化潜力的设计变量。然后对筛选出来的30个设计变量进行多性能优化设计,最终取得了良好的轻量化效果。研究结果表明,隐式参数化建模方法及基于相关性分析的多性能优化轻量化设计方法可以应用于SUV车身结构轻量化设计,具有较好的工程指导意义。

基于隐式参数化的车身概念开发

以某新车型研发为契机,运用"分析驱动设计"进行概念阶段的车身开发。基于参数化技术构建白车身和覆盖件的全参模型,通过模态和刚度仿真评估车辆的NVH性能,并基于模态和刚度进行厚度灵敏度分析;同时,通过与同级别车型前/后悬架、动力总成等有限元模型进行耦合,进行了整车碰撞仿真,以评估其耐撞性能,在早期阶段快速获得整车综合性能,缩短满足结构刚度、NVH性能、耐撞性和轻量化等要求的车身结构的开发周期。

轿车白车身隐式全参数化建模与多目标轻量化优化

利用SFE-Concept参数化设计软件,建立了某轿车白车身隐式全参数化三维几何模型,在此基础上建立了参数化白车身的有限元模型,计算分析了其低阶固有振动特性和白车身的扭转与弯曲刚度,并通过试验验证了分析结果的有效性。利用相对灵敏度分析方法选出66个白车身零件板厚作为轻量化设计变量,以白车身的总质量、扭转和弯曲刚度为优化目标函数,白车身的1阶弯曲和1阶扭转模态频率为约束条件,利用遗传优化算法对白车身进行了多目标轻量化优化。结果表明,轻量化后的白车身1阶扭转频率和1阶弯曲频率的变化均小于1%,虽然扭转刚度降低了4.5%,弯曲刚度降低了1.8%,但仍满足设计要求。而在不改变用材的情况下,白车身总质量降低了19.4kg,即减轻了6.4%,取得了明显的轻量化效果。

隐式曲面的快速适应性多边形化算法

通过将隐式曲面多边形化过程分为“构造”和“适应性采样”两个阶段 ,实现了隐式曲面多边形逼近网格的适应性构造 通过基于空间延展的MarchingCubes方法得到隐式曲面较为粗糙的均匀多边形化逼近 ,根据曲面上的局部曲率分布 ,运用适应性细分规则对粗糙网格进行细分迭代 ,并利用梯度下降法将细分出的新顶点定位到隐式曲面上 ;最终得到的多边形网格是适应性的单纯复形网格 ,其在保持规定逼近精度的前提下 ,减少了冗余三角形的产生 ,网格质量有明显改善

基于隐式参数化模型的车身结构优化设计

引入隐式参数化模型的概念,并结合有限元网格自动生成技术,对车身模型各项特性参数进行有效设置,可实现运算过程无须人工干预的优化循环,对车身结构进行形状与拓扑优化。以某车型为例,对前保险杠与碰撞盒组成的系统结构进行了基于耐撞性能的优化。优化后结构对于增强车身耐撞性效果明显。

基于投影法的隐式曲面多边形化

绘制多边形可借助图形系统的硬件来实现 ,因此 ,隐式曲面的多边形化是隐式曲面绘制的主要方法 .文中提出了基于投影法的隐式曲面多边形化的方法 ,先在平面进行网格划分 ,再把平面上所有多边形面片映射到隐式曲面上 .该方法对在隐式曲面上有全部投影、部分投影和没有投影的多边形面片分别进行了讨论 .

参数曲线的分段近似隐式化

曲线的参数形式和隐式形式之间的相互转化在CAGD和造型中起着重要的作用,将参数形式的曲线转化为代数形式的曲线的过程称为隐式化.由于复杂参数曲线的精确隐式化比较困难,因此近似隐式化就显得非常重要.基于隐函数样条与异度隐函数样条,作者提出了参数曲线分段近似隐式化方法,并给出具体算法.通过实例对比,说明了此方法的简洁性和有效性.

法向约束的隐式曲面多边形化

提出一种隐式曲面多边形化的方法,将隐式曲面的多边形化分为2个阶段:首先根据法向约束对隐式曲面进行采样,得到稳定的采样粒子表示;然后在每个采样粒子处沿法线正负方向分别在隐式曲面内部和外部延伸一段距离,得到2个曲面法向附加点.将法向附加点和采样顶点进行四面体化,删除法向顶点及其相关联的边,最终得到隐式曲面的三角形网格模型.最后用实例表明了该方法的有效性.

基于截面线的隐式曲面多边形化

提出了基于截面线的隐式曲面多边形化方法 .用一系列平行平面去截隐式曲面 ,根据正负法产生截面线 ,再对截面线进行拓扑重构和几何重构 ,实现了隐式曲面的多边形化 .与传统的隐式曲面绘制方法相比 ,所提出的方法具有效率高、适合于交互设计等特点 .

参数曲线的隐式化

给出了多项式参数方程定义的参数曲线的有效隐式化算法,此算法主要是基于矩阵理论。首先,给出的是所求隐式方程次数的上界及其隐式方程的一般表示,并由构造的隐式矩阵的零向量,进一步得到了所求隐式方程的所有系数,从而得到了参数曲线的隐式方程。文中给出的一些例子详细证明了该算法的准确性和有效性。

壳空间剖分的隐式曲面三角化

提出了一种曲率自适应的壳空间剖分隐式曲面三角形化新方法.新方法首先采用粒子系统对隐式曲面进行采样,通过高斯曲率约束粒子的生成,使生成的网格模型在曲率大的区域具有较多的小三角形,在曲率小的区域具有较少的大三角形,从而使网格模型更好地逼近隐式曲面.新方法在每个采样粒子处沿曲面法线正负方向延伸适当距离得到两个附加点,对所有附加点进行四面体化形成对隐式曲面逼近的壳空间四面体网格,在每个壳空间四面体中抽取三角形,所有抽取的三角形拼合得到隐式曲面的三角网格表示.与以往方法相比,新的三角网格化方法更具有鲁棒性,可一次性获得高质量的三角形网格.最后给出了对常用隐式曲面进行三角化的实例比较,显示了新方法的有效性.

有理曲面的区间隐式化

利用一个低阶多项式区间隐式曲面来包围所给的参数式有理曲面,并构造了一些关于区间隐式曲面厚度和微分张量的目标函数.在最小化这些目标函数的条件下,该区间隐式曲面的中心曲面可以近似地逼近有理曲面,其逼近的误差可以利用区间隐式曲面的区间宽度进行估计.最后提供了具体的算法和一些实例.

基于网格优化的隐式曲面自适应多边形化

隐式曲面多边形化是隐式曲面绘制的一种常用算法。基于网格优化的隐式曲面快速自适应多边形化算法,首先用多边形化算法生成一个粗糙的初始网格,再利用网格优化方法从网格顶点位置、规则性和网格法向三个方面对粗糙网格进行调整,最后根据网格的局部曲率用多边形细分策略细分优化后的网格。实验结果表明,该算法在网格生成速度和网格规则性上都胜于Marching Cubes的多边形化算法,恢复的隐式曲面能较好地反映形状特征。

基于隐式参数化模型的白车身轻量化设计

本文在白车身概念设计阶段引入"CAE驱动设计"的思想,采用SFE-CONCEPT建立了某轿车白车身隐式全参数化模型,通过与经验证的有限元模型进行性能分析对比,验证了所建参数化白车身模型的有效性。采用逐步优化方法,结合白车身性能匹配补充轻量化设计的思想,在最大限度地满足白车身静、动态各项性能要求的前提下,获得白车身轻量化设计方案。优化前后白车身性能对比结果表明,在白车身弯曲和扭转刚度变化不大(分别下降0.2%和0.6%)情况下,车身整体长、宽和高分别增加了15,13和9mm,车身1阶弯曲和1阶扭转模态频率分别提高了5.6%和9.2%,车身质量减轻了19.9kg,轻量率达5.76%,取得了明显的轻量化效果。

一类四次隐式代数曲面的参数化

针对轴垂直的3个二次管道曲面的特点,基于由控制球得到的拼接曲面表达式,实现了GC1拼接3个二次管道曲面的四次隐式代数曲面的整体参数化,并可以实时地在机器上显示拼接曲面.在用特定平面束截四次拼接曲面而得到一条平面三次曲线和一条直线时,可以不经过坐标旋转变换而直接约去直线;对于平面三次截线的参数化通过平行面截取法实现,避免了辐射线束方法在平面三次曲线的有效点选取、排序等方面的问题.

基于隐式参数化的白车身建模方法

针对利用传统方法进行新车型概念设计时,需要在大量待选方案的基础上分别建立CAD模型和CAE模型,耗费大量人力和时间的问题,介绍车身隐式参数化建模的基本构成元素和高级构成元素、多层面建模技术和映射连接技术,以及基于隐式参数化的车身建模思路;对某车型前部白车身进行隐式参数化建模;对参数化模型与原有限元模型进行碰撞仿真分析和对比,结果表明用隐式参数化建模方法进行车型概念开发可行,能实现早期开发中车辆结构性能的快速评估.