基于结构化网格自动划分的汽车发动机强度分析

使用三维设计软件CATIA设计了汽车发动机的复杂结构,然后在网格划分软件HARPOON中将设计的发动机零件自动划分为以结构化六面体网格为主的有限元网格,最后在大型非线性有限元软件ABAQUS中,分析了发动机在静力和动力作用下的应力分布.计算结果表明,采用结构化六面体网格,单元数量少,计算速度快,结果可靠;而采用四面体网格,单元数量大,对于同样配置的计算机,无法进行四面体网格的模型的计算.网格尺寸增加后,单元数量减少,计算机可以计算四面体网格模型,但计算结果与六面体网格偏差比较大.     

栅格法三维六面体网格局部加密算法

有限元数值分析的精度和效率与网格单元的划分质量以及疏密程度密切相关,针对三维六面体网格单元之间疏密过渡必须平缓和协调的要求,提出了一套基于8分法的六面体网格加密模板,并给出了相应的数据结构和模板应用方式.为使所有加密单元都有相对应的加密模板,建立了加密信息场调整规则;对需要进行加密的区域首先补充加密单元,按照节点加密属性调整加密信息场,然后根据单元加密属性对加密单元进行分类,按照全加密单元、面加密单元、边加密单元以及过渡加密单元的顺序依次采用相应的模板进行加密,从而实现三维六面体网格的局部协调加密.实例结果表明,采用该套加密模板的六面体网格局部加密算法能够保障密集网格向稀疏网格的平缓和协调过渡,所生成的网格可满足有限元数值计算的要求.     

用局部阻尼波形法的自连贯网格生成法

介绍将生成或已有的有限元规则六面体单元改变成形状复杂且光滑的六面体单元的一种新技术——波形法．简单建立了波形法的数学模型并编程进行了网格生成．实验结果表明,只要把复杂外部形状按波的形式传输给指定的规则六面体单元模型,就可以得到具有复杂外部形状的六面体单元网格模型,且网格生成速度快、不出现单元或节点漏洞、欠缺等问题,同时不受单元类型的限制。     

超单元应用中的关键问题研究

航天相机结构复杂,相应的有限元模型大,计算机分析效率低,甚至无法求解.为缩减模型自由度,提高计算机求解效率和能力.采用超单元技术划分相机有限元模型,利用部件模态综合法降低系统阶数;着重研究超单元在MSC.Patran中创建时和在MSC.Natran中分析时所遇到的各种关键问题,分析错误产生的原因,提出相应的解决措施;并通过一大型算例验证了超单元模理的准确性.分析结果表明:超单元法与整体有限元分析法比较,求解的前10阶固有频率误差小于4%,而计算时间仅为原来的1/2.超单元法很大程度上缩减模型自由度,提高计算机解算能力,节省计算时间.     

面向组织工程的松质骨微观结构TPMS建模方法

骨支架作为种子细胞和生长因子的载体,在骨组织工程中处于核心地位.从骨支架结构设计的角度出发,提出一种松质骨微观结构的建模方法.该方法结合三周期极小化曲面(TPMS)和分形几何理论,在对骨骼微孔表面分析的基础上建立具有分形特征的造孔单元;然后采用双重轮廓线方法对解剖骨骼外表面模型进行六面体网格划分,并依据孔径分布规律调整网格顶点的位置;最后利用等参变换将分形造孔单元映射到每一个六面体中,得到骨支架孔隙微观结构的整体模型.实例分析结果表明,文中方法是可行和有效的.该方法有望提供与增材制造技术相适应的骨支架数字化模型.     

复杂薄壁结构模态仿真方法

为节省复杂薄壁结构模型分析的前处理时间，探究体单元在其模态分析中的可行性，以典型的四边固支矩形薄板为对象，详细讨论Abaqus中单元类型、积分算法和壁厚方向的网格层数对模态仿真结果的影响。分析结果表明：采用体单元进行薄壁结构模态分析时，为保证计算精度和计算效率，应选用二次体单元C3D10或C3D20R划分网格，且模型可以采用相对较粗的网格进行划分，壁厚方向仅需1层网格。冰箱底板体单元模态仿真试验对标良好也充分验证这一结论。     

共形PML下三维电磁散射矢量有限元计算

共形完全匹配层吸收边界能满足复杂构型散射体的几何外形要求,又具有良好的电磁波吸收特性,大幅度减少了散射区网格的数量,达到节省计算机存储量的目的。在ANSYS采用的六面体矢量单元的基础上,对矢量基函数作了一些增强正交性的修改,使其同时具备采样点正交性和积分正交性,得到了一种新的正交增强六面体矢量单元;这种新单元能增强系统矩阵的对角占优特性,加快系统方程组的求解速度。数值算例表明,在共形完全匹配层条件下,采用新的正交增强矢量单元进行三维电磁散射计算既能减少计算存储量,又能提高计算速度和精度,具有工程应用价值。     

基于混合概率分布的演化算法在电网负荷恢复中的应用

在电网恢复过程中最后的负荷恢复阶段,寻求全局优化的恢复方案通常都是NP完全问题.在综合考虑负荷恢复阶段中各种不同因素的基础上,建立了基于多目标多约束组合优化的数学仿真模型,并将参数可变的混合概率分布演化算法(EABHPD)引入到模型的求解.该算法通过改变分布函数的参数实现了负荷恢复问题求解精度与计算复杂度的折衷,并且避免了演化算法在搜索遍历过程中陷入局部最优解而过早收敛的问题.仿真实验结果表明算法具有良好性能.     

基于遗传算法的划分序乘积空间问题求解层选择

划分序乘积空间作为一种新的粒计算模型,可以从多个视角和多个层次对问题进行描述和求解.其解空间是由多个问题求解层组成的格结构,其中每个问题求解层由多个单层次视角构成.如何在划分序乘积空间中选择问题求解层是一个NP难问题.为此,提出一种两阶段自适应遗传算法TSAGA (two stage adaptive genetic algorithm)来寻找问题求解层.首先,采用实数编码对问题求解层进行编码,然后根据问题求解层的分类精度和粒度定义适应度函数.算法第1阶段基于经典遗传算法,预选出一些优秀问题求解层作为第2阶段初始种群的一部分,从而优化解空间.算法第2阶段,提出随当前种群进化迭代次数动态变化的自适应选择算子、自适应交叉算子以及自适应大变异算子,从而在优化的解空间中进一步选择问题求解层.实验结果证明了所提方法的有效性.     

基于降精度求解准则的快速最优控制问题求解算法

动态优化策略广泛应用于很多领域,包括基于微分方程模型的最优控制问题求解等等. 这类问题在离散后,得到大规模、复杂的非线性优化问题.现在的优化方法采用传统收敛准则,往往收敛速度缓慢甚至最终收敛失败,无法及时得到可靠的数值解.本文针对联立法离散后的问题,采用一种基于降精度求解准则(reduced precision solution criterion,RPSC)的序列2次规划方法(sequcntial quadratic programming,SQP)进行求解.RPSC定义了一系列指标,用于判断继续迭代是否能够有效改善解值,是否可以终止求解进程.仿真实验结果表明,该收敛准则与传统收敛准则相比,能够及时终止求解过程,同时返回较好的数值解.此外,收敛阈值可以根据用户的实际需要设定,在得到满足要求的估计值时及时终止求解进程.     

基于MEMS传感器的车载微惯性测量单元设计

为了感知汽车姿态,利用MEMS传感器自主设计了一种车载微惯性测量单元(MIMU),详细介绍了三轴MEMS加速度计、三轴MEMS陀螺和正六面体的设计。该单元具有成本低、精度高、体积小,且便于标定等优点,可以方便地运用到汽车姿态实时监测系统中。给出了单元的标定方法,分析了其误差来源,建立误差模型以及自主设计了标定系统。实验结果表明:该单元能有效地消除信号干扰,具有满意的精度要求,可对运用该单元进行汽车姿态监测等提供理论研究与工程应用参考。     

集装箱装卸摆动最优控制快速数值求解算法

为了实现起重机集装箱摆动最优控制,提出一种基于控制向量参数化(CVP)方法的最优控制问题快速求解算法.首先,建立了以摆动能量最小为目标的集装箱装卸最优控制数学模型.其次,采用光滑化惩罚函数路径约束处理方法降低了模型求解难度.进一步,针对控制向量参数化方法微分方程组求解耗时长难题,结合网格划分提出改进四阶Runge--Kutta方法的快速CVP算法加快了最优控制问题求解速度.仿真测试针对不同位置的集装箱装卸任务进行.数值测试结果显示,相较于其他变步长求解方法,改进方法在得到相近求解精度解的同时,求解耗时明显减少,表明本文方法在集装箱装卸最优控制方面的应用价值.     

ANSYS模态综合法技术

结构系统动力分析通常采用总体结构有限元法,但该方法对于复杂大型结构(如飞机、车辆、船舶、高层建筑等整体结构)进行分析存在计算规模大、计算时间长、所用的磁盘空间、计算机系统太庞大等问题,特别是用有限元法进行较高频率振动分析时,要求结构被划分成非常多的单元数,以便获得详细的位移和应力特性.这时结构模型的节点自由度可能达到几十万甚至上百万,直接求解如此庞大的模型是很困难的.即使能够分析,也要耗费大量机时,效率极低.     

结构有限元分析中的网格划分技术及其应用实例

一、前言 有限元网格划分是进行有限元数值模拟分析至关重要的一步,它直接影响着后续数值计算分析结果的精确性.网格划分涉及单元的形状及其拓扑类型、单元类型、网格生成器的选择、网格的密度、单元的编号以及几何体素.从几何表达上讲,梁和杆是相同的,从物理和数值求解上讲则是有区别的.     

基于单元划分的复杂岩层面三维建模方法研究

针对现有岩层面三维建模方法未系统考虑含断层、陷落柱等地质条件的复杂岩层面三维模型构建的问题,通过定义投影度和投影单元,给出了不同地质条件下岩层面水平投影单元特征,同时提出一种基于单元划分的复杂岩层面三维建模方法。先划分岩层面水平投影单元和空间插值单元,将水平投影单元边界、空间插值单元边界、岩层面控制点和控制线作为约束条件,对实投影单元进行约束Delaunay三角剖分;然后分别求解各个空间插值单元内三角网顶点对应的岩层面空间插值点,并应用计算机三维图形技术绘制岩层面三维图形。实例分析结果表明,通过划分水平投影单元和空间插值单元,可将复杂岩层面分解为多个一般岩层面,从而降低其三维建模难度;合理进行约束Delaunay三角剖分和空间插值,可有效构建复杂岩层面的三维模型。     

基于多精度感知的MLC闪存比特翻转译码算法

随着多级单元(Multi-Level Cell,MLC)闪存存储密度的增加,单元间干扰(Cell-to-Cell Interference, CCI)成为影响NAND闪存可靠性的主要噪声。在深入研究MLC闪存模型和CCI噪声模型基础上,提出了一种多精度感知的MLC闪存的比特翻转译码方法,该方法通过提高MLC闪存单元感知精度进而得到MLC单元中存储比特的准确对数似然比信息,利用此信息可降低原始错误比特率并且提高比特翻转译码算法的译码性能。仿真结果表明,在MLC闪存信道条件下,高感知精度下的比特翻转译码算法性能明显优于低感知精度下的性能。     

CMS环境下基于智能优化算法的单元间布局问题研究*

研究了单元制造系统(CMS)设计中单元间布局设计问题,从单元制造系统的实际出发,提出了一种基于割树(Slicing-tree)的单元间布局设计模型.该模型考虑了单元形状约束、单元I/O点位置优化等诸因素对布局结果的影响.针对基于割树的描述形式,采用遗传算法求解,提出了一种新的割树编码方案,克服了以往编码方案易产生非法子串、不能覆盖整个解空间以及实现困难等缺点.计算结果表明,该算法是有效的、可行的.     

一种适用于任意复杂结构的曲六面体网格生成算法

曲六面体网格自动生成是时域谱元法发展的瓶颈问题。本文采用基于体基函数的协变投影算法,将一个10节点曲四面体单元分解为四个20节点曲六面体单元,从而形成一种适用于任意复杂结构的曲六面体网格生成算法。使用该算法能够将曲四面体单元均匀分割,且确保新形成的曲六面体单元的翘曲最小。典型算例表明,使用该算法建立的曲六面体离散模型,完全满足时域谱元法的计算精度要求。     

大学生方程式赛车车架侧翼碰撞分析与优化

中国大学生方程式汽车大赛(简称"FSC")。本文据《中国大学生方程式汽车大赛规则》要求,在考虑到车架前部结构相对侧面更稳定、安全,且具备缓冲吸能模块而车手不易因车辆正面碰撞受伤,而侧面防护仅存单壳体车架,其在高速侧翼碰撞时易发生形变而致使车手受伤。因而本文通过使用非线性计算功能强大的工程模拟的有限元软件ABAQUS,针对车架侧翼碰撞进行分析,并优化车架侧翼结构;考虑到车架交叉焊接连接位置,网格划分难度大且需采用四面体网格划分,无法保证结果准确度(四面体单元易产生应力集中)。因而本文将通过使用六面体网格和参考点自由度进行耦合的方法,避免了在车架管材交叉焊接处必须使用易产生应力集中的四面体网格的缺陷,同时也降低了网格的划分难度和网格数量,提高了前处理速度和求解速度,对单管部分使用六面体网格划分,而对交叉焊接点以刚性连接参考点的方式简化,以连接部分的单元应力数值作为判断焊点断开的依据,对车架侧翼结构进行快速优化。     

考虑边位置信息的求解ETSP问题改进贪婪算法

分析了贪婪算法(Greedy algorithm,GRA)求解欧几里德旅行商问题(Euclidean Traveling SalesmanProblem,ETSP)的求解质量和求解耗时的特点,发现边位置信息是影响GRA的求解质量和求解耗时的主要因素,在Michael模型基础上提出了一种考虑添加边所在位置信息的改进贪婪算法(Improved Greedy algorithm,IMGRA),并阐述了IMGRA的设计思想和相应的构造方法.分别采用IMGRA和GRA求解了90个算例,结果表明:固定参数下的IMGRA平均求解质量较GRA提高55%,求解耗时降低20%.为此,对IMGRA比GRA求解质量更高和求解耗时更短的原因进行了分析.