跃移层内沙颗粒空中碰撞的模型仿真

研究风沙运动的碰撞性建模问题,对控制雾霾污染有着重要的意义.风沙运动时,风沙呈现空间的非均匀分布,存在动态波动,受到外界影响,呈现较强不稳定状态.针对风沙运动碰撞分析的模型,通常假设风沙可以均匀分布且稳定状态,模型中的参数无法随着风沙流结构等因素不断变化,无法对跃移层内沙颗粒的碰撞进行有效分析,存在一定的缺陷.提出了一种颗粒流体动力学的跃移层中沙颗粒空中碰撞仿真模型,通过颗粒流体动力学方法,分析沙粒与床面碰撞、沙颗粒的空中碰撞及沙粒与气流的耦合作用,获取跃移沙粒在空中发生碰撞的概率,按照跃移层内沙颗粒空中碰撞运动的特征,塑造基于单颗沙粒动力学的沙颗粒空中碰撞仿真模型,对沙颗粒在风力作用下发生空中碰撞和达到动态稳定的过程进行仿真,为分析风沙运动提供可靠的依据.实验结果表明,所提模型获取跃移层沙颗粒运动轨迹同已知实测结果具有较高的匹配度,能够实现跃移层沙颗粒空中碰撞的有效仿真.     

返回舱着陆姿态和动力响应的DEM-FEM耦合分析

针对返回舱安全着陆问题,采用陆面颗粒离散元模型（discrete element model, DEM）与返回舱壳体有限元模型（finite element method, FEM）相耦合的方法,对返回舱回收着陆过程的动力特性进行数值分析,并与试验结果进行对比,验证计算结果的正确性。分析讨论垂直和倾斜2种着陆姿态的返回舱结构应力分布,从冲击能量的角度讨论陆面颗粒对其缓冲作用。对影响返回舱回弹响应的主要因素进行分析并提出相应的改进方法。结果认为：陆面颗粒是返回舱着陆冲击能量吸收的主体,且倾斜着陆时陆面颗粒吸能占比更加显著;当陆面颗粒之间的摩擦因数较小或返回舱质量较大时,返回舱着陆的回弹速度相对较小。     

月球探测器着陆冲击动力学相似性的虚拟仿真研究

以某型月球探测器为对象,推导了月球探测器动力学相似性和相关物理量的相似常数.通过改变月球探测器着陆初始条件,采用对试验数据进行后续处理来模拟月球重力场的方法,开展全机全柔性软着陆非线性动力学相似性仿真分析.通过机体顶板中心点加速度响应的仿真与试验,结合重力场对计算结果影响的分析,证明了探测器组合缓冲性能分析方法的准确性和有效性.     

考虑刚-柔-热耦合的板结构多体系统的动力学建模

对热载荷作用下中心刚体与大变形薄板多体系统的动力学建模问题进行研究.基于Kirchhoff假设,从格林应变和曲率与绝对位移的非线性关系式出发,推导了非线性广义弹性力阵,用绝对节点坐标法建立了大变形矩形薄板的有限元离散的动力学变分方程.为了考虑刚体姿态运动、弹性变形和温度变化的相互耦合作用,推导了热流密度与绝对节点坐标之间的关系式.引入系统的运动学约束方程,建立了中心刚体-矩形板多体系统的考虑刚-柔-热耦合的热传导方程和带拉格朗日乘子的第一类拉格朗日动力学方程.为了有效地提高计算效率,将改进的中心差分法和广义-α法相结合,求解热传导方程和动力学方程,差分后的方程通过牛顿迭代法耦合求解.对刚-柔耦合和刚-柔-热三者耦合两种模型的仿真结果进行比较表明,刚体运动对温度梯度和热变形的影响显著.此外,本文建模方法考虑了几何非线性项,因此也考虑了热膨胀引起的轴向变形对横向变形的影响.     

磁力耦合机电产品电磁-结构多场联合仿真方法研究

针对磁力耦合机电产品分析和计算仅局限于单一场,无法充分反映产品电磁-结构耦合工作特性的问题,提出了一种电磁-结构多场联合仿真方法。基于结构动力学方程和麦克斯韦电磁场方程分析了激活装置输出电压,通过电磁仿真获取磁力参数,结合Adams动力学模型开展电磁-结构多场联合仿真。通过激活装置磁力矩和输出电压测试,结果表明,电磁-结构联合仿真方法计算误差可控制在5%以内。本文提出的电磁-结构联合仿真方法可提高磁力耦合机电产品计算精度,对磁力耦合机电产品性能研究具有参考价值。     

Rocking Block线碰撞离散化研究

针对Rocking Block中的线碰撞问题,首先采用离散化思想将线碰撞问题离散为多点碰撞系统,而后基于LZB方法对所建多点碰撞系统进行动力学建模.仿真结果表明随着离散点数的增加,基于LZB方法的多点碰撞模型能够很好地刻画Rocking Block中的相关线碰撞问题,且精度与离散程度紧密相关.     

基于一阶剪切板理论的FGM板刚柔耦合动力学建模与仿真

对作大范围运动功能梯度材料(functionally graded materials,FGM)厚板的刚柔耦合动力学问题进行了研究,基于一阶剪切变形理论,从连续介质理论出发,计及了变形位移场中的二次耦合变形量,利用Lagrange方法推导了FGM厚板的刚柔耦合动力学方程,该方程适用于普通均质板和FGM板的动力学分析.采用20自由度矩形单元对变形场进行离散,对不同转速下的悬臂板进行动力学仿真,比较了本文建立的基于一阶剪切理论的模型和基于经典薄板理论的模型,验证了本文模型的正确性以及经典薄板理论的一些不足.研究了不同功能梯度指数下,FGM厚板的横向变形、速度响应频率和固有频率.结果表明,随着转速增大,剪切项对结构动力学行为影响变大;考虑横向剪切项的情况下,计算结果更偏柔性.     

基于SPH的充液刚体刚-液耦合动力学建模

本文考虑刚-液耦合效应,基于SPH方法建立充液刚体动力学模型,该动力学模型不仅适用于微幅晃动问题,还适用于大幅晃动问题.首先建立了非惯性系下液体晃动的方程,其中,边界条件采用镜像虚粒子法.通过计算各流体粒子的绝对加速度,得到粒子惯性力对刚体质心的主矢和主矩,用达朗贝尔原理计算得到向质心简化的晃动力和晃动力偶矩,并引入刚体的约束方程,建立了考虑刚-液耦合的充液刚体的动力学方程.首先对给定周期性运动的充液刚体的液面振荡进行数值仿真,验证了建模方法的有效性;然后通过对受周期性激励力作用的充液刚体的运动和液面振荡进行数值仿真,分析了不同参数下系统的刚-液耦合特性.     

车辆-轨道耦合系统中基于变参数的三维图形仿真研究

建立一个随参数改变而改变的三维可视模型。是机车车辆-轨道耦合系统动力学可视化的一个急待解决的重要问题，文中将可视化，三维建模技术引入机车车辆-轨道耦合动力学仿真中，系统地研究了机车车辆轨道耦合系统的基于变参数的三维图形仿真的方法，综合建立了车辆模型的动态装配三维图形系统，直、曲线轨道的三维离散结构等，为机车车辆-轨道耦合动力学仿真建立了一个有效的可视化综合仿真平台。     

基于离散元的岩土基坑边坡渗流耦合计算仿真

传统方法在计算岩土基坑边坡渗流时,计算量过大,存在计算效率过低等问题.为此,提出离散元的岩土基坑边坡渗流耦合计算方法.分析岩土基坑边坡的渗流特性和机理,分别从裂缝渗流和孔隙渗流两个方面建立渗流场,分析渗流场与边坡应力场之间的影响和作用关系.结合渗流场和应力场的关系分析结果,利用离散元法建立岩土基坑边坡渗流-应力耦合模型,并在该模型下得出具体参数的耦合计算结果.为验证设计方法的有效性,设计对比实验.结果 表明,与传统的渗流计算方法相比,设计的计算方法的耗时更短,有效提升了岩土基坑边坡渗流耦合的计算效率.     

基于Hermite 插值的多体系统动力学离散变分方法

针对多体系统动力学数值仿真问题,研究基于Hermite插值的离散变分方法.首先对广义坐标和广义速度进行Hermite插值,结合Gauss数值积分方法,利用Hamilton原理和离散力学变分原理,建立了含已知导数信息和含未知导数信息的Hermite插值离散变分数学模型,求解得到精确度较高的动力学仿真结果.该方法可以在步长较大时精确保持约束方程,并保持系统总能量在一定范围内有界变化,适用于长时间仿真情况.     

基于滚动时域优化的机场起降动态调度

为了减少作战时军用飞机实际起降时刻与计划起降时刻产生的偏差,提出一种基于滚动时域优化原理的动态机场起降调度策略,分析军用飞机起降过程中的时间窗口约束和尾流间隔约束。对进入每个预测窗口内的飞机队列,以加权提前/延误时间和最小作为目标函数,将军用飞机起降调度模型转换为带到达时间的单机加权E/T调度模型。设计一种针对自然数域的离散粒子群算法,并应用该算法进行模型求解。通过仿真实验确定了算法的参数,仿真结果说明了模型和算法的有效性。     

基于粒子碰撞的粒子群算法求解带时间窗车辆调度问题*

带时间窗车辆调度问题属于离散NP-hard组合优化问题,传统的粒子群算法在离散域上表现了一定的劣性,对此提出了一种基于粒子碰撞的离散PSO算法来求解该问题。受物体相互碰撞之后物体的速度和位置会发生改变的现象启发,使当前粒子与个体最优和全局最优粒子发生碰撞来更新粒子的位置,以避免传统更新操作中的取整,保证种群的进化能力。采用Solomon’s VRP标准问题集的实例来对算法进行测试,实验结果数据表明了该算法的有效性。     

基于改进离散粒子群算法的炼钢连铸最优浇次计划

提出了浇次数未知的最优浇次计划模型. 在分析该模型求解困难的基础上, 提出了用伪旅行商表示该模型的方法. 针对离散粒子群优化具有收敛速度、精度低, 但能充分利用各粒子的局部最优值和全局最优值信息的特点,而序列倒置算子具有收敛速度和精度较高, 但学习具有盲目性的特点, 结合二者优点, 提出了一种基于序列倒置的改进离散粒子群优化算法. 实验研究表明, 该算法与普通离散粒子群优化算法相比, 不论是收敛速度和还是求解精度都有了较大提高. 基于该改进算法求解最优浇次计划模型的研究表明: 所提伪旅行商问题模型非常适合用于组浇模型描述. 应用实际生产数据的计算表明该模型及其求解方法均非常有效.     

离散元-有限差分跨尺度耦合下桩与土体稳定性细观数值分析

为准确分析桩体宏观变形与周围土颗粒细观力学行为,采用离散元-有限差分的跨尺度耦合进行桩和土体接触过程中的稳定性分析,研究桩下沉过程中周围土体的细观变形、应力分布和桩体自身变化情况,通过FLAC3D建立桩和外部土体有限差分网格单元,对桩周围侧土体应用PFC3D离散元建立土颗粒微观结构模型.研究结果表明:离散元与有限差分耦...     

边界条件下的Fizhugh Nagumo模型斑图动力学研究

本文主要研究边界条件下FN(FiZhUgh-Nagum)模型的神经定位动力学行为,首先针对带有扩散的FN模型进行了理论研究;然后通过离散拉普拉斯算子的方法,得到了FN模型带有边界的常微分方程;接着分析了边界条件对系统斑图形态的具体影响,对混合边界不同参数取值进行了研究,得到了混合边界值和矩阵谱倒数的关系;最后通过数值模拟的方法验证了已有实验结果,解释了上述系统的斑图机制,给出了斑图形态的调控方法。     

离散信号事件驱动的自动测试系统仿真验证方法与实现

为在设计早期对复杂自动测试系统进行充分验证从而加速其成熟并降低研发成本,对离散事件系统规范进行扩展和改进,在原子模型中引入了端口和故障模式,通过端口间的连接构成耦合模型,提出一种离散信号事件驱动的仿真调度算法,并给出一个C/S架构的支持远程交互的仿真验证实现方案;基于自研的SCATS自动测试系统软件平台,分别针对一个示例系统和真实系统开展了实验,结果表明所提模型和方法支持复杂系统多分辨率层次化建模,仿真具有较高的一致性和执行效率,满足自动测试系统仿真验证工程应用需求。     

海冰与海洋平台碰撞分析中的可视化方法

针对基于离散元方法的海冰与海洋平台结构碰撞分析系统,对运行于CPU GPU异构高性能计算平台上的大规模粒子模拟进行可视化方法的研究.使用OpenGL完成不同规模的平整冰、浮冰、冰脊和不规则形态海冰的呈现,不同形状海洋平台结构与受力网格的绘制,海冰粒子的运动轨迹与速度的表达,海浪效果的模拟以及碰撞过程的动画演示等.通过定义合理的交互模式与接口,在一定程度上融合GPU加速的离散元计算与后处理显示,基于多进程管道通信、多线程并行输出等实现在GPU加速计算的同时实时显示粒子模拟计算结果.该方法在帮助研究者随时掌握程序执行状况的同时,大幅减少后续传输、处理和存储的数据.     

滑跑无人机起降过程动力学特性分析及性能底数评估

在备战打仗大环境下,为了给装备试验考核提供技术参考,针对滑跑起降无人机起降阶段机身-起落架-地面之间复杂的动态特性,本文建立了飞机-起落架-跑道的系统动力学仿真模型及动力学方程,分别采用多尺度法和有限元分析法研究了其在不同气动载荷、重力以及作动筒载荷耦合作用下的系统动力学特性,并对可靠性和安全性进行了仿真分析.结果表明,不同降落速度对起落架-地面系统的动力学行为有较大的影响；起落架系统强度、刚度和安全特性满足相关指标.通过滑跑起降无人机动态安全特性以及在飞行作战中的极限疲劳寿命分析,为后续武器装备的考核以及性能底数评估提供了技术参考.