三维有限差分前处理系统的研究和实现

从实体造型、网格划分和网格显示三大主要功能模块介绍三维有限差分前处理系统的研制.采用CSG_BRep模型进行实体造型,引入快速成形中的切片分层技术,完成复杂实体模型的三维有限差分网格的自动划分,提出了一种快速剔除实体内部完全不可见网格面(线)的消隐算法,极大的提高了网格图的绘制速度.针对网格划分产生的零星空网格的问题,采用降维思想,提出了将同一条扫描线上,交点距离小于一倍网格步长的两个交点合并为一个交点,从根本上消除了零星空网格.     

STL实体的有限差分网格高效剖分算法

为实现对形状复杂薄壁铸件进行精确、合理的网格剖分,建立一种高效的STL实体有限差分网格剖 分算法,基于切片线扫描原理,阐述了对多STL文件格式实体进行网格剖分的处理过程,并编制了有限差分 网格剖分程序．程序采用动态数据结构、优化的奇异点处理技术以及先剖分后容错的方法进行三维有限差分 网格剖分．通过应用实例证明了该程序能够快速地对复杂形状STL实体装配体进行三维非均匀有限差分网 格剖分．该网格剖分算法具有计算速度快、变步长、奇异点优化处理和STL文件容错处理的特点,剖分过程简 捷迅速,节省计算机资源,剖分结果精确,实用性强     

全叉树直角网格民机低速气动特性数值分析

由于几何外形的复杂性,民机低速气动特性的数值分析成为CFD技术中的难点之一.文章基于直角网格,采用分区面搭接技术,对存在剪刀叉不连续面的民机低速构型进行了绕流流场数值模拟.利用全叉树数据结构,根据当地物面曲率的变化,有选择地完成网格自适应加密,可减少网格数量,提高计算效率.基于中心有限体积方法和双时间推进算法,对民机起飞和着陆构型的绕流流场进行了Euler方程数值模拟,分析了应用八叉树和全叉树数据结构时的区别,计算结果与实验数据的对比,说明所述方法的正确性.     

基于 Open G L 的 S T L 格式实体真实感图形显示工具的实现

真实感图形显示是计算机图形学的重要研究方向之一,在实际的工程应用中,提高几何形体显示质量,以增强人机交互性,同样也是 Ｃ Ａ Ｄ／ Ｃ Ａ Ｍ 软件追求的重要目标之一。 Ｏｐｅｎ Ｇ Ｌ 图形库是由 Ｓ Ｇ Ｉ公司开发的高质量的三维真实感图形开发工具,而工程中广为应用的 Ｓ Ｔ Ｌ 格式文件使用三角形面片来表示三维实体模型;基于对 Ｏｐｅｎ Ｇ Ｌ 以及 Ｓ Ｔ Ｌ 的研究,提出了使用几 何形体模型数据实现真实 感图形显示的总体思路,并给出了基于 Ｏｐｅｎ Ｇ Ｌ 的 Ｓ Ｔ Ｌ 格式实体的真实 感显示的具体方法及实现 步骤, 依此设计生成了一个相应的显示工具,其显示效果甚佳、渲染速度很快且操作 简单灵活。鉴 于 Ｏｐｅｎ Ｇ Ｌ 和 Ｓ Ｔ Ｌ 均为所在领域的工业标准之一,该图形显示工具具有一定的实用价值和应用前景     

非结构网格多段翼型绕流Euler及N—S方程数值模拟

描述二维非结构无粘网格和粘性网格的生成方法,对二维翼型绕流进行了Euler及N－S方程数值模拟,运用推进面方法,生成无粘网格,进一步结合推进层方法,生成粘性网格,应用中心有限体积法,采用B－L代数湍流模型,完成了对多段翼型流场的Euler方程和N－S方程的数值模拟计算,计算与实验结果对比表明,所采用的网格生成技术及流场计算方法是正确、有效的。     

基于直角叉树切割网格的复杂外形N-S方程数值模拟

对于粘性绕流的数值模拟，在直角叉树切割网格的基础上，结合三角形非结构网格和矩形结构化网格，利用其各自的优势和特点，提出了一种生成混合染交网格的思路和方法，在物面附近生成了适合粘性流计算的大长宽比矩形网格，地远场分布直角叉树切割网格，快速离散计算空间。对于复杂的多体问题，采用三角形网格来连接 各体网格，并运用网格合并的方法，保证了各网格之间的光滑过渡过连接，提高了网格的质量，针对复杂多段翼型绕流问题，在上述网格基础上，采用B－L代数湍流模型和中心有限体积法，完成了Navier-Stokes方程（N－S方程）的数值模拟，计算结果表明，网格生成和流场计算都是正确的。     

不同网格加密方法在河流回补地下水模拟中的对比

河流回补地下水是线状回补过程,河道附近地下水位高精度模拟是回补效果准确评估的关键。基于非结构化网格加密方法,设定4种不同的网格剖分方案(两种结构化网格和两种局部加密的非结构化网格),在不同边界条件下对河流回补地下水过程进行模拟。通过对末流场、距离河道不同范围回补前后水位变差、地下水均衡和模型运行效率的对比分析,阐明线状回补模拟中不同网格加密方法的优劣。结果表明:与粗结构网格模型相比,两种局部加密的非结构化网格模型以及细结构网格模型的模拟精度高,能更准确刻画因河道回补导致的地下水位变化; 两种局部加密的非结构化网格模型比细结构网格模型运行时间短,在没有大幅降低模拟精度的条件下,运行效率更高; 四叉树网格模型相对于嵌套网格模型具有长期模拟的优势,在河流回补期末,模拟精度要稍高于嵌套网格模型; 同时,四叉树网格模型具有多级加密的优势,加密级次越多,剖分的网格数量相对越少,运行时间相对更短。综上所述,四叉树网格加密方法既保证了模拟精度,又一定程度上提高了模型运行效率,是值得推广的一种局部网格加密方法。     

网格计算环境中的球面并联机器人动力学仿真

基于以子结构为基本单元的建模思想,建立了3-DOF球面并联机器人的动力学解析模型,并基于网格计算技术构建了球面并联机器人动力学仿真的分布式并行计算环境。在网格计算环境中,由网格计算节点利用离线生成的动力学解析模型完成球面并联机器人动力学模型的并行仿真计算,减少了机器人动力学模型在线计算量和计算时间,为机器人的实时控制和仿真提供了有利条件。给出了球面并联机器人动力学模型矩阵的解析代码生成和仿真计算实例,研究了可调尺寸参数和惯性参数对机器人驱动力矩的影响。     

基于变形网格技术的翼型结冰数值模拟研究

翼型结冰的过程实质上是其外形随时间改变的过程。对于结冰的数值模拟,计算网格必须随着翼型外形的改变而相应的变化。文章利用非定常N-S方程模拟翼型结冰增长的过程,使用基于无限插值法(TFI)的变形网格技术生成非定常计算的网格。变形网格技术是在初始网格的基础上将物面的变化通过插值均匀分布到场内网格点,该方法能够最大限度地保留初始网格特征,而且生成过程与初始网格不相关。非定常计算利用上一次结冰的流场为初值,而不用从初场重新开始,而且变形网格技术生成网格也远远比求解椭圆型方程快,总的计算时间大幅减少。为了验证方法的有效性,文章对NACA0012进行了结冰数值模拟,计算结果与参考文献的实验和计算结果吻合。     

一种新的NURBS曲面的显示技术

提出了一种ＮＵＲＢＳ曲面的显示算法,该算法在通常参数曲面以网格形式显示的基础上,用小曲面片代替小平面片,利用曲线上部分点的切矢来决定显示曲线的点密度,同时增加了精度和速度控制的参数,使得显示的曲面更加光滑、流畅且易于控制。     

声波方程有限差分数值模拟的变网格步长算法

地震波场正演模拟是研究地震波在介质中传播特点的重要手段。常规的傅立叶变换法和有限差分方法在对含低速/高速介质、薄层/厚层介质的模型进行波场模拟时通常采用均匀网格,因此,这两种方法往往缺乏稳定性。本文对解决上述问题有较高优越性的变网格算法进行了介绍,对传统的有限差分法与变网格差分算法在内存需求、计算速率等方面的差别进行了比较,并对变网格算法中的边界条件、时间积分的快速展开算法进行了阐述,总结了变网格算法的优点。     

用改进的Delaunay三角化方法生成二维非结构网格

网格生成是计算流体力学的一项重要内容.针对Bowyer算法生成Delaunay三角形过程中存在的问题,提出了一种改进算法.改进算法在确定新三角形时用一个排序过程替代了传统算法中一些复杂的搜索过程,避免了传统算法中容易出现的错误.利用改进的算法,很容易实现对边界复杂计算区域的网格剖分.     

基于典型故障类型的分布式光伏并网对电压稳定性的影响

为了准确分析分布式光伏并网对电压稳定的影响,针对光伏阵列,给出了一种基于实时数字仿真仪(RealTime Digital Simulator,RTDS)软件平台的光伏并网建模方法.介绍了光伏发电的原理,对分布式光伏并网系统接入电网的方法进行了详细分析和研究.然后,基于光照强度和环境温度在RTDS软件平台上搭建了一个光伏发电并网模型,对光伏并网系统进行了仿真研究.仿真结果表明,不同的系统故障状态下,光伏并网对公网侧和并网侧电压稳定性的影响不同.     

从医学图像到有限元网格

基于可视化工具VTK,开发了一套集成医学图像处理、三维重建与有限元网格生成的软件系统——“从医学图像到有限元网格”.系统由3个主要的功能模块组成:图像分割、表面重建和有限元网格生成.它可以方便、快速、准确地将三维医学图像(切片形式)转换为有限元网格模型、计算机辅助设计(CAD)实体模型和快速原型(RP)表面模型.     

正交曲线网格生成技术的一点改进

采用Poisson方程进行曲线网格生成时 ,如何确定合适的调节因子P、Q函数是一个重要研究内容 .提出一种新的构成P、Q函数的方法 ,该方法直接利用边界网格节点的分布信息来控制区域内部网格节点的分布 ,生成的正交曲线网格令人满意 .该方法在数值模拟河道、湖泊等一类复杂边界的二维流速场中有很大的实用价值     

数据挖掘网格中决策树并行算法设计及性能分析

提出了C4.5决策树算法的一种并行算法,使传统的串行分类算法能在多台PC机和服务器组成的数据挖掘网格上并行数据挖掘. 采用数据纵横剖分,结合递归过程的并行化,实现了可扩展的高性能并行计算,解决了处理海量数据时没有较好并行分类算法的问题. 并给出了指导该并行算法高效计算的方法. 数据运行试验和算法分析表明,该并行算法的性能受多个因素影响,并具有高效的并行效率计算加速比.     

异步电网并行协调恢复策略的优化制定方法

针对异步电网发生全网大停电后的恢复问题,提出一种并行协调恢复策略的优化制定方法。采用串并行思想,通过高压直流协调送、受端电网,并最终实现全网恢复。基于各交流子网的送、受端角色定位,分析各换流站的电源、负荷特性。建立异步电网并行协调恢复的优化模型,重点研究直流与送、受端电网的协调恢复过程。采用多种群遗传算法求解,得到最优恢复方案并确定直流的最佳启动时机。基于IEEE 39节点系统构建异步电网算例,对所提方法进行验证。结果表明,该优化方法具有可行性,适用于异步电网恢复方案的制定。     

基于GEL的机场噪声等值线并行生成算法

针对机场噪声等值线实时动态展现过程中存在的计算量大、绘制效率低等问题,提出一种基于网格边标记(grid edge labeling, GEL)的等值线并行生成算法。该并行生成算法采用局部到全局的等值线生成策略,以行为单位将网格任务划分,利用GEL算法确定单个网格内等值线的走向,对网格遍历一次即可生成全部噪声等值线。试验结果表明:当网格为400×400个,噪声为15层时,达到17帧/s的绘制效果,本研究算法较其他算法可更好的满足噪声动态可视化的需求。     

基于双层模型网格的变结构多模型估计

提出了一种双层网格变结构多模型（DLG VSMM）算法用于复杂系统的状态估计. DLG VSMM算法中的全体模型集由一个拓扑结构自适应调整的基础模型网格M和一个能在系统模式空间自由滑动的修正模型网格C组成. 首先利用可能模型集技术实时对基础模型网格结构进行调整;然后利用自适应网格技术产生修正模型网格的区域中心并生成自适应修正模型网格;最后利用最优融合原理得到系统的整体估计. 仿真结果表明,DLG VSMM算法在计算量增加不大的情况下提高了算法的跟踪精度.     

基于细胞元的语义特征造型研究

在语义特征造型领域中的特征定义及特征描述基础上，利用B-rep、CSG和FDT的混合模型表示实体模型，并引入参数化的设计方法，提出了基于细胞元的语义特征造型的思想，从而使形状特征可以根据需求进行调整．针对当前特征造型系统中存在的缺陷，为建立新一代的特征造型理论和方法，进一步研究了基于细胞元模型形状特征的修改操作，并实际应用到自主开发的计算机辅助工业造型系统(HUSTCAIDS)中．