基于曲率的GPU光线投射

基于曲率的体绘制十分有用,它可以帮助科学家分析数据特征,设计新的数学模型.论文在GPU上实现了基于B样条滤波和基于线性滤波的按需计算导数、曲率和光照效果的GPU光线投射方法.实验结果表明,按需计算方法大大加速了基于B样条滤波的GPU光线投射方法的绘制速度;线性滤波方法绘制速度快于B样条滤波的方法;基于B样条滤波的方法绘制质量更高;可以利用线性滤波的方法交互选择相机设置、转换函数和曲率函数,突出感兴趣的特征,然后用基于B样条滤波的方法绘制高质量的图像.     

非高斯风压极值估计:基于矩的转换过程法的抽样误差对比研究

非高斯风压极值的准确估计对于建筑结构抗风设计非常重要。由于使用方便,转换过程法被广泛用于非高斯风压极值估计。转换过程法中典型的转换函数模型有Hermite多项式模型(HPM)、Johnson转换模型(JTM)及平移广义对数正态分布(SGLD)模型。通常,这三个转换函数模型的参数估计仅需数据的前四阶矩,因而这些模型被称为基于矩的转换函数模型。实际工程设计中用于计算风压极值的数据通常是有限长度的,而基于有限长度数据计算的前四阶矩具有抽样误差,致使基于矩的转换函数模型估计的风压极值亦具有抽样误差。现阶段对于以上三种模型估计非高斯风压极值所引起的极值抽样误差的区别尚不清楚。为了对三种模型估计极值时的抽样误差进行对比研究,该研究介绍了HPM、JTM和SGLD三个模型;给出了三个模型估计非高斯极值的抽样误差的理论方法;随后基于理论方法的计算结果对比了三个模型估计的极值的抽样误差;基于超长风压风洞试验数据对三种模型极值估计时的抽样误差进行了系统的评估和验证。结果表明:HPM对非高斯风压极值抽样误差的估计效果通常比SGLD模型和JTM估计的效果更好。该研究结果可为合理选择非高斯风压极值估计模型提供一定的指导。     

关于颜色空间转换的RBF网络动态子空间自动划分辨识方法研究

以RGB与CIEL*a*b*颜色空间转换为例,采用径向基函数(RBF)神经网络,研究了颜色值在不同颜色空间之间的转换。利用基本采样数据集建立了颜色空间转换RBF网络模型,并通过增加样本数据,采用动态规划颜色子空间的方法,提高了模型转换精度。研究结果显示,该方法的转换速度和精度都优于基于动态子空间自动划分的BP神经网络颜色空间转换方法。     

非线性结构系统识别的自组织蒙特卡洛滤波方法

摘 要：提出一种对扩展的非线性状态空间模型进行识别的自组织序贯蒙特卡洛滤波方法. 通过在原始状态空间模型中增加未知待识别参数来定义扩展的状态空间模型,该模型为自组织非线性状态空间模型,适用于解决噪声分布的自校正问题;同时该系统识别方法通过引入局部似然函数,可以从有限的有效数据中进行最优参数选取.给出了Bouc-Wen滞回系统识别的数值算例,证明了该方法的有效性.     

基于区间B样条小波有限元的移动荷载识别

小波有限元以区间B样条小波尺度函数为插值函数构造小波有限元单元,并通过单元转换矩阵建立小波空间与物理空间各参数之间的关系.采用动态规划法与Tikhonov正则化法识别移动荷载,避免了直接处理反问题时的振荡与数值计算病态解等问题.算例采用所测得的部分离散点的动态响应数据为已知信息,验证了小波有限元的优越性及小波的多尺度特...     

基于小波有限元的移动荷载识别

小波有限元桥梁模型以区间B样条小波尺度函数为插值函数,构造了小波有限元梁单元,并通过单元转换矩阵建立了小波空间与物理空间各参数之间的关系;代表车载的移动力则投影到小波空间,从而建立基于小波的车桥系统相互作用模型。采用动态规划技术与T ikhonov正则化方法识别移动力,避免了直接处理反问题时的两端振荡与数值计算病态解等问题。仿真算例表明,与传统有限元模型相比,在相同条件下,小波有限元模型以较少的单元,在相似的识别时间内可获得相似的移动力识别精度。     

二阶混合有限体积法求解Navier-Stokes方程的稳定性及误差估计

在流体力学许多实际问题的数值模拟中,有限体积法由于具有局部守恒性和处理复杂几何区域的离散化能力,因此成为一类非常重要和流行的数值方法.本文提出了二阶混合有限体积法求解Navier-Stokes方程.具体地,在三角网格上,取速度场的试验函数空间为分层二次多项式有限元空间,相应的检验函数空间由分片常数函数与分片二次多项式函...     

基于空间位形的在役索膜结构有限元模型修正与安全评估

索膜结构的内力分布与空间位形相互关联,受施工阶段的几何找形与服役阶段的结构损伤、性能退化等影响,在役索膜结构的实际位形与设计状态有所差异,结构的服役性态未知,工程上的安全评估难以操作且并无可靠方法借鉴。该文提出了一种基于空间位形指标的在役索膜结构有限元模型修正方法,以模型中拉索的初始预应力作为优化参数、以结构关键节点坐标的匹配作为模型修正目标函数,通过构建基于结构特征点空间位置信息的目标函数来反映有限元模型与实际结构的吻合度,设计ABAQUS与MATLAB联合仿真优化程序,利用全局搜索和局部优化实现模型修正。现场试验采用三维激光扫描获取在役索膜结构空间位形信息,基于实测数据对有限元模型进行修正。修正后模型与实际结构受力状况更为接近,与索力的实测结果对比表明,有限元模型的索力由修正前最大偏差10%~30%降低至10%以下,验证了方法的有效性与准确度。利用修正后的有限元模型实现了在役索膜结构的安全评估。     

利用径向基函数网络修正机枪有限元模型

在对机枪进行结构设计时,建立有限元模型并在此基础上进行动力学仿真,对了解其结构动态特性如何影响整个武器射击精度十分重要.提出了一种利用径向基函数网络进行机枪有限元模型修正的方法,将模型修正转化为正问题进行研究.根据实测模态数据对所建立的有限元模型进行修正,以径向基函数网络反映机枪结构参数与其动态特性之间的非线性映射关系,利用神经网络的泛化特性求解设计参数的目标值,不需迭代求解,并且避开了反问题面临的非线性优化计算.反演仿真数据代入的有限元模型计算结果与实测结果较为吻合,证明了该方法的有效性.     

基于图形硬件加速的非真实感图形实时绘制技术

非真实感图形绘制(Non-PhotorealisticRendering,简称NPR)能够反映三维形体的几何要素和设计风格,适合于CAD系统和卡通等艺术效果的显示绘制。利用现代可编程图形显示硬件技术,提出了一种在图像空间实现轮廓线提取和绘制的算法,并通过对Blinn-Phong光照模型的改进设计了一种适合于NPR绘制的改进光照模型。实验表明运算速度能够满足交互系统的实时性需求。     

3 t 叉车驾驶室声场特性分析

建立3 t叉车驾驶室的三维有限元模型,进行结构模态分析;再建立驾驶室声学有限元模型,进行声学模态分析,初步了解驾驶室的声场。对驾驶室进行谐响应分析,得到位移响应,为后续声场提供边界条件。用有限元法进行驾驶室内部声学特性研究,对驾驶员耳旁声压进行分析,得出驾驶室内声场的声学特性。在计算出场点声压频率响应的基础上,在峰值频率处进行面板贡献量分析,找出产生峰值声压的主要来源,为降低驾驶室内噪声提供依据。     

复合材料夹芯结构非线性热传导分析

针对复合材料夹芯结构温度场分布的特点, 提出一种用于复合材料夹芯结构热传导精细分析的有限单元模型。这种单元模型为三维六面体模型, 单元模型厚度方向的插值函数在芯层和面板交界节点处温度值是连续的, 但温度变化率是不连续的, 而芯层内部节点处沿厚度方向温度值和温度变化率都是连续的。在考虑材料热传导参数随温度变化的情况下, 基于这种有限单元模型建立的复合材料夹芯结构瞬态温度场分析有限元方程为非线性方程。在求解此瞬态热传导非线性有限元方程时, 改进了常用的动力学平衡方程的解法, 改进后的动力学平衡方程解法避免了迭代运算, 提高了求解非线性动态平衡方程的效率。数值算例结果显示了该分析模型的有效性和可靠性。      

基于载荷识别的辅助变流器柜体振动模型修正

为提高某地铁车辆辅助变流器柜体振动响应模拟结果的精度,提出一种结合动载荷识别与优化算法的振动模型修正方法。首先在辅助变流器柜体有限元模型的基础上,计算出载荷与响应之间的传递函数,并利用振动响应测试数据和传递函数计算出施加在各测点的载荷谱。然后采用序列二次规划算法对有限元模型进行模型修正,通过构造目标函数将多输出模型修正问题转化为单输出模型修正问题。最后,对修正后的有限元模型进行振动响应求解,分析结果与振动测试数据比较验证了模型修正方法的正确性。该方法可为进一步实现辅助变流器柜体的减振降噪创造必要条件。     

Variability response functions for apparent material properties

The computation of apparent material properties for a random heterogeneous material requires the assumption of a solution field on a finite domain over which the apparent properties are to be computed. In this paper the assumed solution field is taken to be that defined by the shape functions that underpin the finite element method and it is shown that the variance of the apparent properties calculated using the shape functions to define the solution field can be expressed in terms of a variability response function (VRF) that is independent of the marginal distribution and spectral density function of the underlying random heterogeneous material property field. The variance of apparent material properties can be an important consideration in problems where the domain over which the apparent properties are computed is smaller than the representative volume element and the approach introduced here provides an efficient means of calculating that variance and performing sensitivity studies with respect to the characteristics of the material property field. The approach is illustrated using examples involving heat transfer problems and finite elements with linear and nonlinear shape functions and in one and two dimensions. Features of the VRF are described, including dependency on shape and scale of the finite element and the order of the shape functions.     

Contrast Enhancement of MicroCT Scans to Aid 3D Modelling of Carbon Fibre Fabric Composites

This paper presents a methodology for volume capture and rendering of plain weave and multi-layer fabric meso-architectures within a consolidated, cured laminate. Micro X-ray Computed Tomography (MicroCT) is an excellent tool for the non-destructive visualisation of material microstructures however the contrast between tows and resin is poor for carbon fibre composites. Firstly, this paper demonstrates techniques to improve the contrast of the microCT images by introducing higher density materials such as gold, iodine and glass into the fabric. Two approaches were demonstrated to be effective for enhancing the differentiation between the tows in the reconstructed microCT visualisations. Secondly, a method of generating three-dimensional volume models of woven composites using microCT scan data is discussed. The process of generating a model is explained from initial manufacture with the aid of an example plain weave fabric. These methods are to be used in the finite element modelling of three-dimensional fabric preforms in future work.     

基于有限元分析的复杂结构弹性振动传递函数建模

为了解决复杂结构的弹性振动建模问题,提出了一种基于有限元分析的弹性振动传递函数建模方法。首先建立能够准确反映结构动力学特性的有限元模型;然后根据输入参数和辨识算法类型的不同,分别从时域和频域两方面进行传递函数建模,其中时域辨识建模以PRBS信号的瞬态响应结果为辨识数据进行时域参数辨识,频域辨识建模以结构的频率响应函数为辨识数据进行频域参数辨识;最后以“时域建模频域验证,频域建模时域验证”的方法检验传递函数的精度。通过建立悬臂梁、某运载火箭和某弹体局部结构的传递函数模型,证明了该方法的可行性和有效性,为该方法在工程实践中的应用提供参考。     

基于Hooke-Jeeves算法的渤海现今应力场优化反演

在分析渤海构造演化背景和地质构造特征的基础上,根据区域内已有测点的地应力资料,建立渤海三维应力场优化反演分析模型。通过由有限元法得到的测点处应力值大小及方向与现场实际数据的比较,构建误差函数作为优化目标函数,采用Hooke-Jeeves优化算法与有限元计算相结合的方法进行优化反演分析,将ANSYS有限元程序作为一个计算模块并通过Matlab 实现其批处理模式下的循环调用,完成优化反演计算过程,得到了渤海浅部的现今应力场分布规律。优化结果分析表明,该文方法可以通过较少的测点数据优化反演得到较合理的构造应力分布,能够为进一步研究渤海海域现今构造活动提供一定参考。     

Transient behaviour of branched polymer melts through planar abrupt and rounded contractions using pom–pom models

In this paper, we study the transient flow of branched polymer melts with contrasting shear and elongational properties in planar 4:1 abrupt and rounded-corner contractions. This includes Single and Double Extended forms of the Pom–Pom model (SXPP and DXPP), comparing the transient behaviour for these two different models. With the DXPP version, the evolution of the molecular-chain backbone stretch (λ) is described by a dynamic equation, whilst in the SXPP form, stretch is an instantaneous algebraic function of the stress tensor (τ). Simulations are performed with a hybrid finite volume/element algorithm. The momentum and continuity equations are solved by a Taylor–Galerkin/pressure-correction finite element method, whilst the constitutive equation is dealt with by a cell-vertex finite volume algorithm. We demonstrate some novel features due to the influence and imposition of realistic transient boundary conditions on evolutionary flow-structure. The different effects of various model parameter choices are also exposed through transient field response in principle stress difference fringe patterns, rates of deformation, first and second normal stress difference, stress and stretch.     

单向短纤维增强泡沫塑料力学性能分析

将Mori-Tanaka方法和修正剪滞模型相结合,给出了单向短纤维增强高密度泡沫塑料的模量预测和应力计算公式,并用建立的考虑不同情况的有限元模型分析了纤维和基体中的应力分布。研究结果表明：理论预测与有限元分析结果符合得较好。采用修正的剪滞理论能够解释单向短纤维增强泡沫塑料的应力传递机制。当泡孔体积分数增加时,纤维轴向应力和界面剪应力会增大,更容易发生脱粘和拉断破坏。纤维端部脱粘或穿过泡孔虽然容易引起局部应力集中,但对整体应力分布影响不大。     

结构-声场耦合系统声压响应优化设计研究

为了减小结构振动产生的噪声,基于结构-声场耦合有限元模型,对其在简谐力激励下的声响应进行了计算。在此基础上,以结构厚度为设计变量,保持结构重量相对不变并以设计变量的上、下限为约束,以设计域点在各频率响应声压平方和的平方根为目标函数,对其进行了优化设计研究。用软件N astran计算声响应及声敏度,基于iS IGHT对N astran的集成用可行方向法实施了优化。以一矩形板结构-立方体声场耦合系统为实例,得到了优化的结构厚度分布。优化后,设计域点的峰值声压级均有不同程度的降低,声压级降低最大值达32.8dB。结果表明声压响应优化设计,在保持结构重量相对不变的情况下,通过对结构重量的重新分布能达到较明显的降噪效果。