基于GPU的冲压成形快速计算方法

为了解决计算时间过长这一制约有限元计算在实际工程中应用的瓶颈问题,提出了一种利用现有的图形处理器(GPU)和可编程序的着色渲染语言(CG)加速有限元计算的方法。该方法按照GPU的特点设计出了单元信息表示方法,实现了单元内力计算的同步,克服了以往利用CPU进行有限元计算时程序并行程度不高的缺点。研究结果表明,针对板料成形问题的仿真计算效率提高了近10倍,大大缩短了计算所需的时间,对解决实际工程问题具有应用价值。     

基于CUDA的图像预处理并行化研究

为加快图像预处理算法的执行速度,提出了基于计算统一设备架构(CUDA)的预处理算法来实现高速并行处理。分析了图像灰度化、高斯滤波以及直方图均衡化等预处理方法的原理,并对它们进行并行化分析,从而将CUDA并行计算技术引入到图像预处理算法。实验结果表明,此算法充分利用GPU的并行处理能力,与CPU串行处理方法相比,速度提高明显,有效提高数据处理能力。     

一种基于图形处理器的频繁模式挖掘算法

频繁模式挖掘是数据挖掘的核心问题.传统上,频繁模式并行挖掘主要是在集群上进行的,较少涉及共享内存多处理系统上的并行挖掘.基于广度优先搜索和直接计数策略研究了一种并行挖掘方法,并在图形处理器(graphics processing unit, GPU)最新统一计算设备架构CUDA(compute unified device architecture)下进行了实现.GPU-based FPMA用CPU控制搜索进程;在GPU的多处理器上,采用数据划分的计算策略,以适合GPU的顺序数据流方式计数,并根据候选项的长度动态剪枝事务数据集.实验结果表明,GPU-based FPMA比CPU版本平均加速了10倍以上.     

三维体积成形过程的并行无网格法仿真分析

将显示无网格法引入三维体积成形仿真过程,设计了基于再生核质点法(Reproducing kernel particle method, RKPM)无网格法理论的并行算法。在前处理过程中,采用了多层次二分法对几何模型进行分区;在仿真计算过程中,设计基于消息传递机制的粗粒度并行程序,针对接触搜寻算法的特点,提出了接触问题并行化的新策略。并编制了相应的程序,成功地对三维体积成形问题进行了求解,准确地处理了网格严重畸变的问题,并验证了该算法的准确性和有效性。     

基于近似板料构形的全工序工具定位方法

进行板料成形的全工序仿真时,常因为工具的错误定位引起板料与工具间的初始穿透,导致求解失败。先将初始板料网格向凹模网格投影,然后采用建立滑动约束面的方法进行网格光顺,能够快速计算后续工序的近似板料构形,基于近似板料构形能够获得理想的工具初始定位。结合求解器的定位功能进行工具定位调整,实现了工具的准确定位,解决了全工序仿真中的初始穿透难题。通过对现代汽车前翼子板的成形进行全工序仿真,验证了本文方法的可行性。     

基于 GPU-CA 异构并行的连铸坯凝固组织软测量模型

铸坯凝固组织结构软测量模型算法复杂,计算量大,求解耗时长,基于中央处理器(CPU)的串行求解方法难以适应大尺 寸铸件的预测需求。 为了提高模型的计算效率,提出一种基于图形处理器(GPU)异构并行的元胞自动机(CA)软测量模型。 首 先设计 GPU-CA 异构并行算法,消除元胞之间的数据依赖和数据竞争问题,优化数据并行度;其次设计多流任务调度方案,解决 单流中独立任务互相等待的问题,提高任务并行度;最后,使用某钢厂大型连铸机生产的两个钢种进行模型测试,预测结果与钢 厂实验数据有较高的吻合度,等轴晶率误差约分别为 1% 和 1. 5% ,温度与实测温度的最大相对误差为 1. 37% 。 与 CPU 计算精 度相同的情况下,GPU 的计算加速比高达数百倍,极大地提高了模型的计算速度。     

球头铣刀多轴铣削的刀具与工件切触区域实时计算方法

球头铣刀多轴铣削自由曲面的切触区域计算是研究铣削过程需要解决的首要问题.提出了一种基于图形处理器(GPU)并行计算的切触区域实时计算方法.首先,给出了刀具与工件切触区域实时计算的基本流程.其次,论述了数控程序译码和插补的模拟算法,推导了插值计算刀具位置和位姿的表达式,设计了面向确定切触区域的基于GPU并行计算的布尔运算算法.然后,建立了筛选切触区域点集的数学模型,给出了重建切触区域表面的并行计算方法.最后,开发实现了切触区域计算的相关算法/方法.以叶轮开粗铣削为例进行了切触区域仿真计算,并与实体仿真方法的计算结果进行了对比分析.结果表明:文中方法具有较好的可行性、准确性、实时性,以及较高的精度.     

基于离散元理论的振动筛分数值模拟程序开发

依据离散元法理论对直线振动筛分过程进行了数值仿真,给出了程序运行的逻辑结构,并通过讨论确定了碰撞模型所选取的碰撞参数。通过引入CPU与GPU混合并行运算方法提高了数值仿真的运算效率,并依据运算结果讨论了并行运算对离散元三维数值仿真的影响。     

基于离散元理论的振动筛分数值模拟程序开发

依据离散元法理论对直线振动筛分过程进行了数值仿真,给出了程序运行的逻辑结构,并通过讨论确定了碰撞模型所选取的碰撞参数。通过引入CPU与GPU混合并行运算方法提高了数值仿真的运算效率,并依据运算结果讨论了并行运算对离散元三维数值仿真的影响。     

基于GPU的混合精度平方根共轭梯度算法

针对当前基于GPU的数值算法具有双精度数据性能低下的缺陷.提出了一种适于GPU统一计算架构Fermi-CUDA的混合精度平方根共轭梯度算法用以求解稀疏线性方程组.该算法采用单精度内迭代与双精度外迭代结合的方法,以充分利用GPU体系结构下单精度高性能和双精度高精度的优点.整个算法的计算部分完全在GPU端进行,减少了CPU和GPU之间的数据通信.实现了基于GPU的平方根共轭梯度法、Jacobi迭代法和Gauss-Seidel迭代法,分析它们作为内迭代算子对算法收敛性的影响.实验表明,该算法获得了与全双精度数据处理等同的计算精度,比GPU全双精度在浮点性能上提升近一倍,相对于CPU全双精度串行算法,最大加速比达到70以上.     

GPU-based collision analysis between a multi-body system and numerous particles

The use of a graphics processing unit (GPU) is an ideal solution for problems on data-parallel computations. The serial CPU-based program for collision analysis between a multi-body system and numerous particles is rebuilt as a parallel program that uses the advantages of a GPU. In this study, a GPU is used to effectively perform multi-body dynamic simulation with particle dynamics. The multibody system has 20 circular objects, 19 spring-damper force elements, and 2 revolute joints. The motion equations are formulated using the Cartesian coordinate system, and the implicit Hilber-Hughes-Taylor integration algorithm is used for the integral equation. To detect collisions between a multi-body system and particles or between particles, a spatial subdivision algorithm and a discrete element modeling are used. The developed program is verified by comparing the results with ADAMS. The numerical efficiencies of the serial program using CPU and the parallel program using GPU are compared according to the number of particles. The results show that the greater the number of particles, the more computing time can be saved. For example, when the number of particles is 900, the computing speed of the parallel analysis program is about five times faster than that of the serial analysis program.     

薄板冲压成形过程的并行有限元仿真技术

根据显式有限元的计算特点和神威超级计算机的体系结构,设计了基于消息传递和区域分解的动态显式有限元的并行算法,给出了基于薄板冲压有限元仿真特点的并行化分区算法,开发了薄板冲压成形并行有限元仿真软件。算例计算结果表明：采用并行有限元计算,可以大大提高薄板冲压成形的仿真计算效率。     

薄板起皱失稳数值模拟计算方法

汽车、航天、航空等领域的零件制造轻量化趋势致使管板材成形起皱失稳缺陷的预测成为行业的重点关注问题。基于目前常规数值模拟算法未包含起皱失稳判据从而无法解决起皱数值预测的现状,利用平板对角拉伸试验作为对比验证对象,利用大型平台软件ABAQUS证实了用于模拟薄板变形的常规壳单元动态显式算法（^*DYNAMIC）以及用于结构件屈曲计算的弧长法（^*RIKS）无法用于计算薄板成形起皱问题,尝试并比较了“用于微缺陷引入的特征值分析（^*BUCKLE）+^*DYNAMIC分析”相结合分析方法、“^*BUCKLE分析+^*RIKS分析”相结合的分析方法以及“三维实体单元动态显式算法”三种方式对薄板起皱失稳问题的运算结果,围绕计算精度、适用范围、算法特征等方面对这三种算法进行研究,确立了从多方面考察综合性能最佳的薄板成形起皱失稳数值模拟方法。     

盒形件固体颗粒介质板材成形工艺研究

固体颗粒介质板材成形工艺是采用固体颗粒微珠代替刚性凸(凹)模(或弹性体、液体)的作用对板材拉深成形的新工艺。选用非金属固体颗粒介质——GM颗粒作为研究对象,以固体颗粒介质在高应力水平下的体积压缩试验和摩擦强度试验为基础,应用散体力学理论中扩展的Drucker-Prager线性模型构建固体颗粒介质有限元材料模型。以具有非轴对称性的方盒形件为代表,进行固体颗粒介质成形工艺的有限元模拟,研究成形过程中板材的流动特征和壁厚分布规律。工艺试验成功得到方盒形零件,将加载曲线、成形过程变形特征和壁厚分布曲线与数值模拟结果比对较为吻合。分析表明,采用以散体力学为基础建立的固体颗粒介质材料模型进行工艺模拟,能够得到与试验较为接近的变形特征和力能参数,可以应用于制定工艺方案的依据,为该技术在板材成形中的应用起到指导和借鉴作用。     

汽车覆盖件冲压成形仿真的研究及其工程应用

拉延是板料冲压成NAFORM建立有限元冲压仿真系统,对板料拉延成形过程进行了研究.结果表明,坯料形状、压边力大小和拉延筋布置是影响板料拉延成形的关键因素;典型仿真范例验证了研究结果的可靠性,并从成形极限图(FLD)上进行了工艺方案的改进.     

拉深孔成形的工艺参数优化与实验研究

为了探讨拉深孔成形技术对提高板料成形性能的有效性，以圆筒形件为研究对象，研究了拉深孔成形条件下的成形性能。采用数值模拟、人工神经网络和遗传算法进行板材成形工艺参数优化，得到了最优化的压边力和拉深孔相对密度等拉深工艺参数。根据优化后的结果设计并完成了相关的工艺实验，取得了与有限元模拟相一致的结果，证明了拉深孔成形技术是一种提高板材成形性能的行之有效的方法。     

复杂形状的中厚板件拉深成形动力显示有限元分析

将厚向异性屈服函数、单元级双面接触算法的能够反映强烈弯曲效应的M ind lin曲壳单元模型引入动力显式中心差分格式的有限元算法,并组入自主开发的板成形CAE商品化软件KMAS系统中,建立对复杂形状的中厚板件拉深成形有限元模拟分析算法;在此基础上,以轿车摇臂厚板金件为例分析了材料厚向异性参数r值、凹模圆角以及压边力大小对此类成形件成形性的影响。通过数值模拟与实际拉深成形实验的对比,验证了本文方法的有效性;同时,结合实验研究了此类单元对工具弯曲圆角大小的适应性。     

基于数值模拟技术的板料冲压成形模具开发

在比较传统模式和基于数值模拟技术的冲模开发模式特点的基础上，阐述了数值模拟技术在板料冲压成形中的应用方法和具体步骤，讨论了应用中的关键问题和发展趋势，指出在板料冲压成形模具开发中运用数值模拟技术的有效性与科学性。