高速犁犁体曲面结构规范化设计及模态分析

南疆地区是我国重要的农产品生产基地,由于独特的地理位置,农田土壤存在土壤板结及盐碱度高的现象,严重阻碍了农作物的正常生长.为保障农业可持续发展,耕深作业成为改善土壤环境的必备环节,而高速犁是实现高效耕深作业的重要耕地机械,但是国内高速犁基础设计理论缺乏完整性、系统性以及规范性,这是导致国产高速犁的高速适应性与进口高速犁存在一定差距的关键因素之一.高速犁是作业速度在7km/h以上的耕地农机具,本文以高速犁犁体曲面为研究对象,主要研究高速犁犁体曲面设计方法及结构参数对其固有特性的影响.首先基于水平直元线法,提出了高速犁犁体曲面的设计方法,并对高速犁犁体曲面进行规范化设计,形成了一种相对完整和规范的高速犁体曲面设计方法.其次利用有限元软件对特定高速犁犁体曲面进行模态分析,得到高速犁犁体曲面的固有频率及振型.最后研究了高度偏差量、导曲线开度、导曲线安装角和铧刃角的变化对高速犁犁体曲面固有频率的影响.本文研究结果为高速犁结构设计和优化提供参考依据,并对高速犁基础设计理论进行适当补充.     

海底埋设犁水刀破土能力分析

为了完成对风电项目的电缆进行较高深度要求的埋设作业,需要设计一套全新的海底埋设犁。该埋设犁采用水力冲刷的方式破土。文章采用数值模拟的方式计算指定冲刷沟型内的流场,并通过分析壁面的剪切力分布来判断水刀的破土能力。首先,采用单相流模型计算水刀与冲刷坑前壁面4组不同间距的定常流工况,发现随着距离增大,前壁面被剪切破坏的区域明显减小,前壁面上部区域更难被破坏,但冲刷坑底部土壤仍能被汇聚水流在后方剪切破坏;其次,计算2种不同喷嘴安装角的4组不同间距的定常流工况,发现随着安装角的增大,射流对前壁面的剪切破坏效率越来越高;最后,计算了2组非定常流工况,观察了冲刷坑内流线的变化,得到流场达到动平衡的时间,以此预估埋设犁的作业速度。仿真计算结果表明,该埋设犁能够以900 m/h的设计作业速度开挖出指定深度的冲刷沟。     

实体造型技术在新型高速低阻犁犁体曲面优化设计中的应用

将实体造型技术应用于农业机械CAD中是一次探索性尝试，本文研究分析了实体造型在犁体优化设计中所发挥的重要作用。结合实体造型技术开发的，面向新型高速低阻犁的CAD软件系统，通过几何建模和实体造型处理，能够生成犁体的静、动态真实感图象，并可模拟土壤在犁体曲面上的运动轨迹，使设计人员可直接在屏幕上进行交互式修改，避免实物模型的制作和实际不可能实现的错误设计，缩短了研究、优化与开发过程，提高了设计质量。     

Bézier曲线曲面正则性的判别条件

正则性是参数曲线曲面的重要代数性质,是由参数曲线曲面的参数化决定的.在计算机辅助制造过程中,要求所处理的参数曲线曲面是正则的,前提是计算机辅助设计得到的参数曲线曲面是正则曲线曲面.然而,直接按照正则参数曲线曲面的定义,采用解方程或方程组的方法来判断曲线曲面是否正则,其计算相当复杂,实际上也是行不通的.通过将Bézier曲线曲面的导矢曲线(法矢曲面)的参数表示转换为隐式表示,得到了一个判断Bézier曲线曲面正则性的简单而实用的充分条件.     

具有多种优点的三角多项式曲线曲面

为了将形状可调性、高阶连续性、自动插值性,以及可以精确表示圆锥曲线曲面等性质融入到一种曲线曲面模型中,构造了一组带2个参数的5次三角多项式调配函数,分析了该调配函数的性质.基于该函数组,分别采用与3次B样条曲线、曲面相同的定义方式,定义了基于4点分段的曲线,并且基于16点分片的曲面,给出了曲线、曲面的性质.曲线、曲面的分段、分片组合结构决定了它们具有B样条方法的局部性.讨论了参数取值的改变对曲线形状的影响;证明了在取特殊参数时曲线可以达到G5或G7的高阶连续性,而且在具有G5连续性时仍然具有形状可调性;通过将2个参数中的一个取为特殊值,即可使曲线、曲面自动插值给定点列、网格点,这种方式不需要反求控制顶点,且插值曲线、曲面中依然存在调整形状的自由度;分别给出了曲线、曲面精确表示椭圆、椭球面的条件.数值实例结果显示了所给曲线曲面表示方法的正确性和有效性.     

均匀CB样条曲线曲面的扩展

运用积分定义的方式,构造了带多形状参数的均匀CB样条曲线曲面,随着基函数次数的升高,形状参数的范围可以扩展,具体讨论了3～9次时形状参数的取值范围.它们包含均匀CB样条曲线曲面为其特例且具有均匀CB样条曲线曲面的主要性质.改变形状参数的值,能整体或局部调控曲线曲面的形状,比均匀CB样条具有更强的造型能力,在CAD/CAM中具有很好的应用前景.     

低空高速分瓣式头罩分离仿真分析

针对低空高速分瓣式头罩分离运动过程,为获得不同工况下头罩分离运动参数和罩体结构变形特征,采用CFD方法求解N-S方程得到分离过程气动力,并通过编程加载至动力学仿真模型;基于多体动力学使用LMS Virtual．Lab建立头罩分离模型．通过仿真获得低空高速头罩在不同工况下分离角速度等运动参数和头罩罩体变形量,分析不同分离弹簧力和工况对头罩分离运动和变形的影响．结果发现：分离弹簧对低空高速头罩的分离运动起主要作用,工况中的头罩分离高度对头罩运动的影响大于攻角对其影响,头罩在低空的结构变形量最大为125．964mm,应在同类问题研究分析中予以考虑．     

曲面造型技术综述

曲面造型技术是计算机辅助设计（CAD）和计算机图形学（CG）中最为活跃、同时也是最为关键的学科分支之一，它随着CAD／CAM技术的发展而不断完善、渐趋成熟。1963年，美国Boeing飞机公司的Ferguson首先提出了将曲线曲面表示为参数的矢函数方法。他最早引入参数三次曲线，构造了组合曲线和由四角点的位置矢量及两个方向的切矢定义的Ferguson双三次曲面片。他所采用的曲线曲面的参数形式从此成为曲线曲面设计中进行形状数学描述的标准形式。1964到1967年，美国麻省理工学院的Coons提出了一个具有一般性的曲面描述方法，给走围成封闭曲线…     

带多形状参数的三角多项式均匀 B样条曲线曲面

由于在进行几何外形设计时对曲线曲面的局部调控能力要求越来越高,为了给设计者们提供更丰富的方法,利用分段积分的思想构造了一类带多个形状参数的三角多项式均匀B样条曲线曲面,并讨论了这类曲线曲面所具有的重要性质.通过改变形状参数的取值来整体或局部调控曲线曲面形状,随着曲线阶数的升高扩展形状参数的取值范围;通过公式推导给出了曲...     

裙板安装对高速列车气动性能影响的数值分析

为研究裙板安装对高速列车气动阻力及侧风安全稳定性的影响,用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）方法分析国外某高速列车转向架及其周边裙板结构对整车气动性能的影响.在无侧风且列车行驶速度为350km/h时,模拟分析不安装裙板及在不同位置安装裙板情况下列车的气动性能;在有强侧风情况下,模拟分析列车在50～350km/h之间不同行驶速度工况时的气动性能.结果表明,列车底部安装裙板可有效降低列车气动阻力,在头尾第1对转向架处安装裙板对列车气动阻力的降低最有效;在强侧风下,列车底部安装裙板会造成列车的侧向力和侧翻力矩加大,降低列车行驶安全性.     

Parallel 3D Mortar Element Method for Adaptive Nonconforming Meshes

We present a new two-step “intermediate mortar” approach that efficiently extends the Mortar Element Method (MEM) to 3D meshes with nonconforming discretizations. The technique utilizes projection matrices derived in 2D, thereby avoiding the need to explicitly form large matrices for the 3D cases. The method also allows more flexibility for both h- and p-type adaptation. Parallel implementations with OpenMP and multithreading compiler directives are used to solve a moving heat source problem on SGI Origin and Cray MTA machines. Numerical results demonstrate the advantages of adaptive nonconforming meshes with MEM over uniformly fine meshes.     

LDLT分块求解计算方法在有限元分析中的编程实现

针对有限元计算时遇到的大型线性方程组求解问题,提出一种解决方法,即对方程组的系数矩阵采用三角分解法,并用一维变带宽存贮,同时与分块法相结合,实现内存与外存数据的交换。这种方法节省内存,提高计算效率,且解决了内存资源不足的问题。实例表明这个算法是很有效的。     

Error analysis and adaptive refinement of boundary elements in elastic problem

The adaptive boundary element mesh generation based on an error analysis scheme called ‘sample point error analysis’ developed previously for the potential problem is extended and applied to the two-dimensional static elastic analysis. The errors on each element are determined as the required modification so aa to enforce the boundary integral equation to hold on the points other than the assumed initial nodes, which are referred to as the sample points. Boundary elements refinement, h-version in this study, is performed with the aid of the extended error indicator defined by the above-mentioned errors multiplied by the corresponding fundamental solutions. Two-dimensional simple problems are analysed to validate the utility of the proposed method.     

The Galerkin element method applied to the vibration of rectangular damped sandwich plates

The Galerkin element method (GEM), which combines Galerkin orthogonal functions with the traditional finite element formulation, has previously been applied successfully to the vibration analysis of damped sandwich beams, and an improved iteration method was developed for its eigen solution. In the current paper, this promising method is extended to the vibration of damped sandwich plates. A quite different model is formulated which has both nodal coordinates and edge coordinates, while in the case of beams, there are only nodal coordinates. Displacement compatibility over the interfaces between the damping layer and the elastic layers is taken account of in order to ensure a conforming element and thereby guarantee good accuracy. The seed matrix method is proposed for simplifying the building of the element mass, stiffness and damping matrices. Numerical examples show that the application of the GEM to sandwich plate structures is computationally very efficient, while providing accurate estimates of natural frequencies and modal damping over a wide frequency range.     

基于空间组合式单元模型的表面求交算法

在空间埋置组合式单元模型中，钢筋单元可埋置于混凝土单元任何位置，混凝土单 元网格剖分不受钢筋位置的限制，方便实用，但需确定钢筋单元两端在混凝土单元表面的位置坐 标。因此，求解钢筋线与混凝土单元表面的交点坐标是应用该单元模型的前提，现有的求解方法 只适用于混凝土单元表面是平面的情况。为此，提出了牛顿迭代法和分块解析法两种处理方法， 能求解钢筋线与混凝土单元表面为任何形状时的交点坐标，增强了该模型的适用性。通过算例验 证了这两种方法的正确性。从适用性而言，分块解析法要优于牛顿迭代法。     

Numerical Simulation of Oldroyd-B Fluid in a Contraction Channel

A spectral element method coupled with the elastic viscous split stress technique for computing viscoelastic flows is presented. The rate of deformation tensor is introduced as an additional variable in the momentum equation, but not in the constitutive equation. The nonlinear rheological model, Oldroyd-B, is chosen to simulate the flow of a viscoelastic fluid. Numerical solutions are investigated based on a planar 4:1 abrupt contraction channel flow benchmark problem with different Weissenberg numbers. The results show a good agreement with other numerical predictions.     

Galerkin's finite element formulation of the second-order boundary-value problems

A Galerkin's finite element approach based on weighted-residual formulation is presented to find approximate solutions to obstacle, unilateral and contact second-order boundary-value problems. The approach utilizes a piece-wise linear approximations utilizing linear Langrange polynomials. Numerical studies have shown the superior accuracy and lesser computational cost of this scheme in comparison to collocation, finite-difference and spline methods.     

多起迄点配送问题的优化调度算法研究与实现

对多起讫点配送问题进行描述,针对不同情况建立了数学模型。通过分析,将供需不平衡模型转化为供需平衡模型,指出用西北角法求解模型的缺点,用最小元素法进行了优化调度。实验结果证明:最小元素法比西北角法优越,是一种有效的优化调度算法,值得推广。     

Strong and auxiliary forms of the semi-Lagrangian method for incompressible flows

We present a review of the semi-Lagrangian method for advection-diffusion and incompressible Navier-Stokes equations discretized with high-order methods. In particular, we compare the strong form where the departure points are computed directly via backwards integration with the auxiliary form where an auxiliary advection equation is solved instead; the latter is also referred to as Operator Integration Factor Splitting (OIFS) scheme. For intermediate size of time steps the auxiliary form is preferrable but for large time steps only the strong form is stable.