CAE仿真技术在冶金设备设计计算中的应用

基于CAE仿真技术在冶金设备设计计算中的工程应用,梳理总结了结构与流体仿真计算中常用的模型简化与计算方法,包括结构计算中的螺栓联接处理、子模型、轴对称单元、MPC、响应谱技术,以及流体计算中的流固共轭传热、动网格、MRF与滑移网格、无厚度面技术的应用,研究可以对类似应用场景的工程问题提供有益的参考与借鉴.     

基于贴体网格的高分辨率三维结构拓扑优化研究

针对高分辨率三维结构拓扑优化中计算成本高的问题,提出一种基于水平集方法融合自适应贴体网格的拓扑优化并行计算新框架。通过水平集函数零等值面,清晰描述优化结果边界,实现了“所见即所得”的拓扑优化设计结果;并在每一迭代步中基于该等值面进行网格重构,加密边界周围网格,稀疏其余区域内网格,从而大幅减少了网格数量,有效降低计算成本;在计算过程中通过对网格进行分割,并指派给不同的CPU进行计算,实现并行计算,可以有效处理大规模计算问题。该框架基于开源软件FreeFEM,Mmg和PETSc进行开发,以经典的刚度问题为例,在工作站平台上,求解网格规模达380万的数值算例,验证该方法的高效性。     

改进的动弹网格方法在航空气弹计算中的应用

气动弹性是现代航空气动力计算中一个突出的问题。主要研究基于Delaunay图映射方法的动弹网格的欧拉方程CFD计算及其在航空标模M6机翼上的静气动弹性应用。以Delaunay图映射方法为基础,针对三维非结构运动网格技术进行了研究、开发和改进,同时利用计算流体力学的方法,开发了一套适用性较好的非结构网格欧拉方程流场求解器,进一步通过流固耦合的力学方法,对航空标模M6机翼的静气动弹性问题进行了研究和分析,给出了CFD并行计算的设计方法及算例。     

非结构网格自适应细化的实现与应用

基于非结构网格的有限元法在CAE中有着广泛的应用。网格自适应细化方法利用后验误差估计自动决定局部细化,用较低的计算代价获得较好的计算精度。非结构网格的自适应细化实现相对复杂,同时还要保证网格的质量。基于Z-Z后验误差估计对三角形和四面体网格进行网格自适应细化,给出了具体的实现算法,开发了自适应计算模块,达到了提高计算效率的目的,通过算例表明自适应实现的正确性和可靠性。     

跨音风扇内部流场数值模拟及湍流模型研究

应用多重网格技术,对轴流压气机跨音风扇转子叶片内部流场进行了数值模拟。利用网格自适应技术研究了计算网格和湍流模型对实际轴流压气机内部复杂流动计算结果的影响。对跨音风扇内部流场特性进行了详细分析,给出了粗细网格下风扇性能曲线并与试验值进行了对比。     

接触问题的自适应无网格伽辽金方法

针对接触问题提出了基于应变能梯度的自适应无网格伽辽金方法。通过对自适应无网格伽辽金方法的原理讨论,给出了基于背景网格的误差估计方法,并对自适应求解流程进行了阐述。研究了无网格节点加密技术和自适应搜索半径等关键技术。编程求解了圆柱体接触问题,并与理论解和均匀密化数值解进行比较,给出了接触计算中合理的参数范围,对真实粗糙表面接触问题进行了计算,计算结果表明,在相当计算精度下,自适应加密计算耗时仅为同等整体加密计算的18.6%。     

焊接结构CAE中数值模拟技术的实现

在焊接结构的ＣＡＥ中，复杂焊接结构数值模拟的高效运算和精确建模是实现三维分析的主要困难，针对实际结构应力和变形的数值模拟，论述焊接移动热源、动态可逆的自适应加密网格技术、焊缝熔敷金属填充的处理，并行计算和网络技术、材料性能在高温时的处理、降价积分等几个关键性的技术问题和解决方法。     

二维结构拓扑优化的GPU并行计算方法研究

针对结构拓扑优化中存在的计算量大,计算效率低的问题,以二维结构拓扑优化问题为研究对象,提出了一种GPU并行计算方法。通过对已有串行算法进行研究,结合GPU并行计算的基本特点,采用节点刚度方法计算结构刚度矩阵,相对于MATLAB向量化计算,该算法加速效果显著。以固体各向同性材料惩罚法进行结构拓扑优化为例,在CUDA平台下实现了对结构化网格二维拓扑优化问题的GPU并行计算,得到了清晰的拓扑构型,将该方法与现有计算方法进行对比,GPU并行计算速度有较大提升。     

流体机械CFD中的网格生成方法进展

网格生成技术是流体机械内部流动数值模拟中的关键技术之一,直接影响数值计算的收敛性,决定着数值计算结果最终的精度及计算过程的效率;本文在分析大量文献的基础上,首先,对流体机械CFD中的网格生成方法即结构化网格、非结构化网格、混合网格进行了比较全面的总结,系统地分析这些网格划分方法的机理、特点及其适用范围;其次,对特殊的网格生成技术,如曲面网格生成技术、动网格技术、重叠网格生成技术、自适应网格技术进行了阐述;再次,指出了良好的网格生成方法应具备的特点;最后提出了网格生成技术的发展趋势。     

金属切削过程有限元仿真关键技术及应考虑的若干问题

华侨大学摘要:有限元仿真是研究金属切削的一门有效而重要的技术。本文介绍在金属切削过程模拟中有限元仿真技术的应用和发展,深入分析和研究工件材料模型、自适应网格划分、切屑分离判别、刀—屑接触面摩擦模型以及刀—屑接触长度确定等五项关键技术;讨论了在实际金属切削过程有限元仿真中的真实性、可操作性、效率等方面应考虑的若干问题。