求解TSP的离散野马优化算法

针对求解TSP问题,提出一种新的元启发式算法离散野马优化算法(DWHO),应用最小位置匹配值法(MPMV)对求解结果进行离散化解码;为提高算法搜索能力,结合野马放牧、交配、领导者交流与选拔行为,引入变邻域搜索策略,增强了算法的局部搜索能力、加快算法收敛速度。选取TSPLIB标准库33个算例进行实验,并与交换序列人工蜂群算法(ABCSS)、离散蜘蛛猴优化算法(DSMO)两种算法进行比较。实验结果表明,DWHO求得的最优解与ABCSS、DSMO两种算法的最优解相比,最优解改进率最大值分别达到4.52%和3.41%。同时,将离散野马优化算法求解TSP收敛速度与以上两种算法进行比较,其收敛速度具有一定的优势。结果表明离散野马优化算法求解能力和精度具有优势。

基于离散元法的SLM刮刀倾角对粉末铺展行为的影响研究

刮刀倾角对选区激光熔化过程粉末铺展行为有重要影响.基于离散元法建立铺粉数值模型,对不同刮刀倾角的铺粉过程及粉层质量进行模拟研究.针对不同的刮刀倾角,提出一个量化指标对粉层铺展的致密度和均匀性进行综合评估,获得刮刀倾角对粉层质量的影响规律.根据颗粒分布及运动特征将粉堆颗粒体系划分为底层区、斜坡区、刮刀影响区和内部区4个区域.针对各区域进行铺粉过程动力学机理的深入研究,包括颗粒运动轨迹和速度场、刮刀前方剪切带、颗粒间力链分布及演化等.研究发现:刮刀倾角小于0时,颗粒体系难以形成完整的环流运动,剪切带较小,流向沉积层的颗粒较少,颗粒间强力链较少,刮刀间隙前方易形成力拱导致颗粒堵塞,进而形成空斑使得沉积层的致密度和均匀性较低.刮刀倾角大于0时,颗粒体系的环流运动较充分,剪切带较大,流向沉积层的颗粒增多,随倾角增大强力链增多,刮刀压实作用增强,有利于沉积层致密度和均匀性的提高.本研究为优化工艺参数、提高粉层沉积质量提供了理论基础.

基于离散元方法的急倾斜极薄矿脉机械化开采爆破参数仿真优化

急倾斜极薄矿脉留矿法开采爆破空间规整平齐是实现小型采矿机器人高效通行和稳定作业的关键因素。为了提高狭小空间爆破光面控制效果,采用离散元方法和黏结颗粒模型耦合仿真方法,开展了不同炮孔参数条件下急倾斜极薄矿脉爆破模拟,以爆破空间轮廓规整性系数为评价指标,对急倾斜极薄矿脉炮孔布置方式和参数进行了优化。研究结果表明:同等排距和孔距条件下,矩形方式布孔的爆破规整性系数最高,矩形+间隔空孔布孔方式爆破规整性系数次之,之字形炮孔布置方式爆破效果最差;结合爆破经济性指标和采场断面规整性系数综合考虑,对于急倾斜极薄矿脉机械化开采,推荐采用矩形+间隔空孔装药的爆破方式,炮孔排距0.4 m,孔距0.8 m。

三维可变形圆化多面体离散单元法

为真实模拟岩体的变形特性与运动形态,将圆化多面体离散元法与有限单元法结合,提出一种三维可变形圆化多面体离散单元法。该方法既能真实表征块体的不规则特征,又降低了接触判断的难度,同时能准确反映块体的变形特性。在求解切向接触力时,将接触判断对象从接触对简化为单元整体,显著提高了计算效率。为分析块体变形特性,在块体离散单元内部划分有限元网格,将最外层有限元网格作为最小接触单元。采用直接平均法,将接触力转化为等效节点力,并采用非线性有限单元法实现对单元变形特性的精确模拟,克服了圆化多面体无法反映单元变形的缺陷。通过5个算例论证了新方法在捕捉单元变形、运动形态以及其力学特征等方面的准确性和高效性。

基于离散单元法的渗流侵蚀作用下桩基位移与承载特性研究

随着城市地下空间桩基与隧道立体交叉分布体系的日渐复杂,隧道渗流侵蚀引发的桩基稳定性问题越发突出。然而,目前关于隧道破损引发渗流侵蚀方面的研究工作主要聚焦于侵蚀发生机制方面,其与邻近桩基的相互作用尚欠关注。因此,在物理试验揭示渗流侵蚀机制的基础上,通过建立土体临界细粒含量表达式,量化表征了地层侵蚀形态;随后,采用随机定量删除细颗粒的方法,基于离散单元法DEM建立了多区域侵蚀地层模型,进而分析了不同桩基位置、沉桩方式、桩基荷载和基础类型条件下桩基结构的侵蚀响应特征。结果表明,桩基受侵蚀后均产生不同程度的下沉位移,并在不平衡力的驱动下向侵蚀区倾斜;桩端阻力受损后随桩体下沉逐渐上升,侧摩阻力损失则基本无法恢复。此外,不同沉桩方式与桩基荷载下,桩体的位移与阻力变化模式基本一致,主要是变化量的不同;相比单桩,群桩具有更好的抗侵蚀能力。

圆化离散单元法的改进及其在岩体断裂过程中的应用

为精确模拟岩体断裂的演化过程,将有限单元法与圆化多面体离散元法相结合,提出一种用于模拟断裂全过程的三维可变形圆化多面体离散单元法。为模拟块体的真实破坏状态,该方法将每个岩体颗粒都离散成有限单元,沿有限单元的边界嵌入无厚度节理单元,最后采用判断节理单元状态的方式来捕捉断裂过程产生的裂缝,岩体颗粒与断裂表面之间的接触相互作用通过圆化多面体离散元法求解。通过5个算例说明新方法的准确性和有效性,可用于模拟准脆性材料的断裂全过程,且能够捕捉裂缝萌生和扩展以及块体之间的碰撞和变形。

基于离散单元法的立筒仓卸料动态侧压力数值模拟分析

为研究粮食立筒仓卸料时的动态侧压力,采用离散元仿真软件EDEM数值模拟玉米、小麦和稻谷三种粮食,研究不同种类贮料物理特性和接触属性下的静态侧压力分布,并与规范计算值进行对比;分析卸料过程中动态侧压力分布规律和相应超压系数、流动状态与速度分布关系;基于灰色关联度分析法进行卸料时动态侧压力影响因素分析。研究表明:三种贮料的静态侧压力最大值均出现在仓壁底部范围内且大于规范值,规范公式计算值偏于保守。动态侧压力在卸料过程中会发生震荡增大,三种贮料的动态侧压力最大值分别为6.08、5.38和4.73 kPa,均发生在0.8 m测点深度处且均超过规范中所要求的水平侧压力修正系数,现行规范中水平侧压力修正系数偏于不安全。贮料密度、贮料与仓壁静摩擦系数和贮料与筒仓结构碰撞恢复系数是影响动态侧压力的主要因素。该文可为筒仓规范中对贮料与筒仓结构的碰撞恢复系数的分析提供理论支持。

基于离散单元法的不同含水率土壤在转鼓中的流动行为研究

机械化学法修复POPs污染土壤应用前景良好,但由于无法通过实验手段获取球磨罐内颗粒运动信息,难以对工艺参数进行优化。考虑到土壤颗粒在球磨罐中的流动状态与在转鼓中十分相似,本文采用离散单元法(DEM)研究不同含水率土壤在转鼓中的流动行为。为了模拟土壤的结块特性,本文采用基于JKR理论的Surface Cohesive Force模型建立土壤粘聚力模型,并以转鼓试验过程颗粒的坍塌周期和质心角为指标验证了仿真参数的合理性。根据试验与仿真的结果可得,土壤的含水率越高,转鼓中土体坍塌周期和单次坍塌块体体积越大;土壤含水率在仿真过程中以表面能极性分量为表征,含水率越高,表面能极性分量越大,土壤内聚力作用下的结块现象越明显。此外,在仿真过程中,土壤的滚动摩擦系数显著影响转鼓内土壤颗粒整体的分层效果。由于本文使用球形颗粒代替土壤团聚体,摩擦系数的选取不应限于SiO_(2)材料的摩擦系数取值范围,才能保证仿真与试验结果的一致性。

基于离散元法的塔磨机筒体高径比研究

随着工业上的塔磨机型号种类日益增多,工业塔磨机筒体容积增大应增加其直径还是高度成为了目前待解决的问题,但目前对塔磨机筒体参数研究多为单一变量的研究。为了探究塔磨机筒体高径比的改变对其工作性能的影响,利用了离散单元法对试验塔磨机的粉磨过程进行了模拟仿真,得到了塔磨机内介质球的运动轨迹与搅拌器转矩数值,并通过试验测试出所需真实转矩数值,对仿真结果进行了验证,证明了仿真结果准确可靠。利用离散单元法对塔磨机筒体容积和搅拌器尖端线速度相同时但筒体高径比不同的塔磨机粉磨过程进行了仿真,得到了介质球的运动速度、受力情况、碰撞情况、能量利用率和搅拌器所受转矩、磨损、所需功率的变化规律。结果表明,随着筒体高径比增加,介质球速度、碰撞次数、碰撞能、能量利用率随之减小,但法向力和切向力随之增大,搅拌器所受转矩随之减小,但磨损和功率随之增大。由此可见,塔磨机筒体高径比增大,可以减小单次搅拌所需转矩并且增加介质球碰撞产生粉磨作用的力,但不利于塔磨机长期工作;塔磨机筒体高径比减小,其能量利用率更高并且利于长期使用,但单次所需转矩较大,对电机和搅拌器有更高的要求。以上研究成果对工业塔磨机筒体的设计有着一定的指导作用。

基于计算流体力学-离散单元法的U形管冲蚀磨损数值模拟研究

采用计算流体力学-离散单元法(CFD-DEM)和切向撞击能模型(SIEM)来研究气固两相流中高速煤粉颗粒冲击导致的U形弯管冲蚀磨损问题。分析了颗粒粒径、气体流速、固体颗粒形状对其冲蚀磨损特性的影响,并验证粗粒化模型应用于此磨损过程的准确性。结果表明,U形弯头的冲蚀磨损位置主要有3处;磨损率随粒径的增大呈现整体减小的趋势;U形管拱背磨损率随气速的增加而增大,且前2处磨损率峰值位置随气速的增加向入口方向偏移;长椭球对U形管造成的磨损最严重,扁椭球次之,球形最轻;粗粒化CFD-DEM能够基本准确预测U形管冲蚀磨损,且显著降低计算时间。

岩化法防渗支护体系稳定性离散元模拟研究

为验证岩化法防渗支护体系的稳定性,采用PFC软件基于非连续介质理论的颗粒离散元方法,对无支护强透水性地层、仅钢管模袋混凝土桩支护的强透水性地层、岩化法防渗支护体系支护的强透水性地层三种不同的工况,在基坑开挖过程进行稳定性数值模拟,从颗粒位移、接触力链以及位移矢量三个方面进行了对比分析,判断岩化法防渗支护体系提升了强透水性地层的防渗性能,同时提升了稳定性。

离散Boltzmann方程的求解:基于有限体积法

近十年来,离散Boltzmann方法在复杂非平衡流体系统领域的应用取得了显著的进展,这种方法已逐步成为描述和预测流体系统行为的重要手段.该方法的控制方程是一套简单统一的离散Boltzmann方程,其离散格式的选取对于数值模拟的计算精度和稳定性有着直接影响.为了提高数值模拟的可靠性,本文引入有限体积法用于求解离散Boltzmann方程.有限体积法是一种常用的数值计算方法,具有守恒性强、精度高等特点,可用于有效处理高速可压缩流体的数值计算问题.本文采用MUSCL格式进行重构,并引入了通量限制器以提高数值计算的稳定性.最后,对基于有限体积的离散Boltzmann方法进行了验证,数值算例包括冲击波、Lax激波管以及声波.结果表明,该方法能够准确刻画冲击波、稀疏波、声波,以及物质界面的演化,同时确保系统的质量、动量和能量守恒,还可以准确测量流体系统的流体力学和热力学非平衡效应.

面向离散粒子多尺度分析CPU/GPU架构的并行近邻搜索算法

离散粒子法在解决前沿科学和工程领域中的复杂多尺度问题中具有广泛的应用。针对离散粒子大规模多尺度计算中相邻粒子对搜索过程计算复杂度显著增加和并发度下降的问题,提出了一种适用于众核架构(CPU/GPU)的高并发、低内存占用并行近邻搜索算法。通过提出一种基于多层嵌套网格概念的层间相互作用方法,解决了不同层级间粒子对相互搜索时的数据竞争问题;通过引入非对称映射方法,避免了粒子在多级链表上的全映射,降低了内存消耗。一系列数值实验表明,该算法可有效处理108量级粒子体积跨度变化的多尺度问题,相较于传统算法可取得2~8倍的加速效果和更低的内存消耗特性,基于GPU的算法实现可达到当前领先的计算效率。

基于离散元素法的浮冰撞击风力机塔架破碎特性研究

在高纬度冬季结冰海域进行作业时,风力机塔架面临着不同速度的浮冰荷载撞击,导致结构倒塌和无法挽回的损失。因此,以冰区海上风力机塔架为研究对象,针对浮冰撞击风力机塔架的过程进行研究。采用离散元素法构建浮冰,通过浮冰与海上风力发电机塔架的相互作用来描述平整海冰破碎行为;在仿真软件EDEM中分别模拟不同冰速、冰厚的条件下海上风力机与平整冰相互碰撞的过程,得到相应的风力机塔架受力及破碎情况。仿真结果表明:浮冰速度和浮冰厚度的增长与风力机受力的增长为非线性关系,在相同增长率的情况下,浮冰厚度对风力机的撞击影响效果明显高于浮冰速度。

基于离散单元法对房屋结构不同参数的研究

文章利用离散单元法对砌体墙进行分析,研究了不同高宽比、开洞率以及竖向荷载条件下墙体的性能变化规律。通过模拟结果可以看出,在不同宽高比、开洞率和荷载条件下,房屋砌体墙结构的承载特性和受力性能与现有实测数据的变化规律类似,吻合性良好。因此,文章利用离散元方法所建的模型房屋结构模型可以模拟真实的砌体墙在受到外荷载时所表现的承载特性。此外,该模型能够有效预测房屋结构的破坏模式。相关研究结论可为实际砌体墙工程提供参考。

线段加权Voronoi图的离散生成算法的研究与实现

线段加权Voronoi图是对普通Voronoi图在生成元以及权重两方面加以推广而产生的。给出用离散的方法来生成线段加权Voronoi图,无须复杂计算,容易实现。另外利用其解决绿化问题,会达到良好的划分及可视效果。

关于一般图形Voronoi图的离散构造法的研究

生成元为任意图形的一般图形Voronoi图 ,由于其生成元的任意性 ,使得构造一般图形Voronoi图的算法均比较复杂。本文给出了在生成元边界上选取母点 ,利用点为生成元的Voronoi图的离散画法进行构造 ,从而得到一般图形Voronoi图的离散构造法。与其它算法相比 ,该算法的实现与生成元的形状无关 ,无需复杂计算 ,无需考虑误差控制 ,因而更加实用 ,效率也更高。实验结果表明 ,该算法简单 。

一种基于离散Voronoi图的手写体文字细化方法

基于一般图形Voronoi图的离散构造法,提出了一种新的文字图像细化算法。该方法首先对文字图像进行水平扫描和垂直扫描,通过游程匹配记录下所有端点游程,并对端点游程进行处理,接着计算文字图像的边界,在计算边界的同时根据端点游程划分出生成元。最后基于一般图形Voronoi图的离散构造法生成文字图像内部的Voronoi边,从而得到文字图像骨架。该方法直接从图像的边界入手,解决了当前已有算法从图像边界近似多边形入手的问题。该方法速度较快,尤其在大篇幅文字图像的细化速度方面具有显著优势,且简单易行,可以较精确地获取文字图像的骨架。

基于Voronoi图和离散微粒群优化算法的UCAV攻击轨迹决策

根据UCAV可发射区简化模型,提出了UCAV攻击轨迹决策问题。提出了UCAV攻击轨迹决策的分层设计方法,并将其转化为优化问题。首先根据已知的飞行环境,采用Voronoi图生成初始轨迹;然后通过建立攻击轨迹约束条件模型、飞行距离模型和威胁模型,以飞行距离和威胁代价为优化目标函数,构建了UCAV攻击轨迹决策模型,并在此基础上提出了一种离散微粒群优化(Discrete Particle Swarm Optimization,DPSO)算法对攻击轨迹决策模型进行求解。仿真结果表明,通过Voronoi图和DPSO算法能够较好地解决UCAV攻击轨迹决策问题,并能够在多约束条件下对目标函数进行组合优化。

离散平面Voronoi图的光栅图形算法

The data structure and the raster graphics algorithm for producing the Voronoi in discrete plane preseted. Delaunay triangulation can be realized on the basis of the data structure. The algorithm after simply expanded is feasible to the Voronoi diagram with binding conditions, such as with boundery and/or hole.