船舶在波浪中运动的强非线性时域模拟

为准确预报在非线性波浪中航行船舶的大幅运动,基于CIP方法建立了波浪中船舶强非线性运动响应的时域分析模型.该模型基于粘性流理论,对N-S方程进行求解,可以考虑船舶的运动响应和自由面变形过程中的粘性效应和强非线性效应.首先,通过模拟船舶的强制垂荡运动,对该数值模型的收敛性展开了研究;然后,基于该模型计算了不同入射波幅和不同入射波长对S175船模的垂荡和纵摇运动响应的影响;最后,模拟了S175船模在大幅波浪中的强非线性运动响应现象.模拟结果表明:基于自编程建立的船舶强非线性运动响应模型具有较好的收敛性和精确性,与其他数值计算结果吻合较好;尤其擅长模拟水花飞溅、甲板上浪、底部砰击等强非线性问题.     

一种大场景环境下实时降雨模拟的新方法

在分析已有的降雨模拟方法的基础上,提出了一种大场景环境下降雨模拟的新方法.该方法是使用一张纹理,以降低性能开销,采用与视点相关技术雾化场景,真实再现了雨的三维视觉效果.基于牛顿动力学控制雨点粒子的运动,以模拟风力作用的效果;同时简化了雨滴的泼溅效果.与传统的雨模拟算法相比,该算法既正确模拟了雨的运动行为,又降低了性能开销.在满足实时漫游的前提下表现出较强的真实感,实验结果表明了改进方法的实用性.     

基于物理概念的数值模拟在地学中的应用

运用基于物理概念的数值模型Integrated Hydrology Model(InHM)模拟了两种情况下的坡面泥沙运动：(1）只考虑雨滴溅击,(2）考虑雨滴溅击和水流侵蚀,并介绍了基于物理概念的数值模拟方法在地学中的应用前景.模拟结果表明,该数值模拟方法能有效模拟地表水文响应与泥沙运动的互动,并对坡面水文响应、泥沙运动的详细时空变化具有很强的捕捉能力.尽管受可用数据限制,基于物理概念的数值模拟还不够完善,但是已经能为泥沙运动、地表侵蚀等相关研究提供良好的基础.     

基于四元数插值的虚拟人运动建模及实现

针对关键帧动画中,欧拉角描述旋转运动时自由度的丢失,提出了四元数插值方法来模拟人体运动. 首先根据人体结构建立虚拟人骨架模型,其次模拟人体运动建立虚拟人运动模型,然后基于XML表示法建立关键帧数据模型来存储关键帧信息,最后采用四元数方法对给定的关键帧进行插值生成中间帧,并基于OpenGL实现可视化编程. 实验结果表明,该方法能对虚拟人的运动过程进行平滑地插值,该算法框架具有通用性,通过修改关键帧信息可以很好地模拟人体的不同运动.     

水滴撞击飞溅效应对过冷大水滴结冰影响研究

过冷大水滴(SLD)结冰的结冰量较大、位置靠后且容易形成复杂冰型,对飞机气动性能和飞行安全具有更大危害性。在结冰过程数值模拟的基础上,针对SLD条件下水滴撞击的飞溅效应及其对成冰过程影响进行研究。采用结构化网格和中心有限体积法求解N-S方程获得空气流场,运用拉格朗日法求解水滴流场,基于改进的Messinger热力学模型进行翼面结冰模拟。对SLD结冰,采用飞溅碰撞模型,分析了水滴飞溅现象及其对SLD结冰过程的影响,完成了典型翼型结冰算例的数值模拟和分析讨论,与参考文献和试验结果的对比,说明了文中计算模型及计算方法在模拟SLD结冰的撞击飞溅效应时是可行和正确的,获得的影响规律和结论对于深入研究SLD结冰具有重要的参考价值。     

离心模拟超重力场下的雨滴运动轨迹分析

为了探究离心模拟超重力场下的雨滴运动轨迹及降雨模拟过程,分别以旋转中心和喷嘴端部为原点建立惯性系和随动坐标系,综合运动学和动力学方程求解雨滴运动轨迹,修正现有研究中雨滴下落轨迹分析的不合理之处. 分析离心模拟超重力场下雨滴下落覆盖范围受超重力N值、下落高度、初始速度的影响程度以及不同方法计算结果相较于推荐方法的误差,以离心机内降雨冲击作用和降雨均匀性要求为判据提出试验建议. 结果表明,已有方法存在较大的偏差,下落覆盖范围中心位置的偏移量最大相对误差达到28.22%.     

风雨环境下汽车空气动力学性能分析

为了研究风雨环境对汽车空气动力学性能的影响，本文基于Euler-Lagrange方法建立风雨环境下汽车空气动力学模型，采用M-P(Marshall-Palmer)雨滴谱对雨滴降落进行数值模拟。基于风-雨双向耦合算法进行风场和雨滴迭代模拟，开展不同侧偏角，不同降雨强度条件下汽车空气动力学特性研究。计算结果表明，当侧偏角相同时，车身迎风侧所受正压、车身表面的雨滴浓度及单位时间内降落至车身的雨滴质量均随着降雨强度的增大而增大，且雨滴降落位置主要位于前车窗附近，汽车的气动阻力系数随降雨强度的增大而增大；当降雨强度相同时，汽车的气动阻力系数随侧偏角的增大先增大后减小，而侧偏角的增大或降雨强度的增大，均会导致汽车的气动性能恶化。该研究为车辆安全行驶提供了理论依据。     

降雨条件下飞机尾流雷达特性研究

鉴于飞机尾流具有独特的多普勒及空间分布特性和较强的雷达可探测性,对降雨条件下飞机尾流的雷达特性进行了研究．基于雨滴参数和尾流速度场模型,建立尾流中雨滴的运动方程,然后数值求解该方程得到了尾流中雨滴数密度分布特性．在此基础上,基于某典型W波段雷达参数,通过信号处理得到了降雨条件下飞机尾流的雷达回波,并发现了其独特的多普勒特性．这为航空安全和反隐身中尾流探测方法研究提供了重要的理论指导．     

质点弹簧水面与Metaball结合的雨场景渲染算法

为解决雨场景细节展现不真实和不完善问题,提出一种Metaball技术与质点弹簧水面结合的算法模拟雨滴撞击水面的效果。首先,以粒子系统结合基于图像的绘制方法建立雨滴模型,以质点弹簧建立任意形状的水面模型;其次,采用质点弹簧水面结合Metaball技术模拟雨滴撞击水面起泡的过程;再次,采用粒子系统和逐渐淡化融合的方法表现了水花的产生和消失;最后,使用Cg语言实现了水面和泡泡的反射和折射效果,完成场景渲染。实验结果表明,所提出的方法能够快速且比较真实表现雨滴撞击水面的效果。     

升力式再入飞行器无控飞行溅落区仿真研究

飞行器在无控飞行状态下可能的着陆区域称为溅落区。针对升力式再入飞行器在典型受损机体形态下的溅落区问题,本文采用面元法对不同机体形态进行了气动建模,基于气象观测数据建立了大气扰动模型,针对飞行器典型工况点建立飞行状态散布模型,建立了六自由度运动模型对升力式再入飞行器进行蒙特卡洛仿真。根据仿真结果,分析了大气扰动、气动模型偏差、初始状态散布等因素对无控升力式再入飞行器溅落区的影响。     

裂纹动态扩展的边界元模拟

采用时域边界元法对动态载荷作用下材料中裂纹的快速扩展过程进行数值模拟.计算中,裂纹动态扩展方向根据最大周向应力准则确定,扩展瞬时速度基于二分法迭代确定.在每个扩展时间步,通过在运动裂尖添加新的裂纹单元来模拟裂纹扩展.算例与实验及数值结果进行对比,验证了该方法的准确性.     

长江中游监利河段崩岸数值模拟

以监利河段为例,针对弯曲河段复杂的地形和河势,基于移动坐标的计算原理,建立移动坐标下的平面二维水沙数学模型.通过在泥沙运动方程中增加横向输沙项,对该模型进行扩展,使其能较好地模拟弯道环流的横向输沙效应.借助土力学中边坡稳定性理论,对河岸崩塌变形进行数值模拟.通过对该河段水流泥沙运动过程及河床演变过程的复演结果分析,表明该模型不仅能够模拟该河段水流运动规律,而且能模拟河道的崩岸.     

基于机器视觉的雨滴谱粒径统计方法

基于机器视觉理论,将复合联级变换和插值相结合,解决了图像变换产生的畸变问题。运用距离变换和粒径统计,将粘连的雨滴分离后对雨滴粒径统计。试验证明,该方法能高效准确提取雨滴谱特征。     

超空泡航行体转弯运动多相流场特性

为研究超空泡航行体转弯运动过程中多相流特性的变化规律,基于有限体积法和VOF多相流模型求解RANS方程,并结合动网格技术,对超空泡航行体转弯运动过程进行了非定常数值模拟研究.通过将数值模拟结果与基于Logvinovich独立膨胀原理的计算结果进行对比,验证了数值模拟方法的有效性.利用数值模拟方法分析了航行体模型的转动中心对航行体转弯运动过程中空泡形态演化过程的影响,并且研究了转弯运动的轨迹半径对航行体流体动力的影响.结果表明:采用动态网格的数值模拟方法可以更好地对超空泡航行体转弯运动的空泡形态进行仿真,航行体的转动中心对航行体的转弯半径内侧还是外侧表面先出现沾湿区域有重要影响;航行体的流域环境在重力和惯性力的共同作用下使得超空泡尾部形态呈倾斜的双涡管分布;转弯运动过程中,航行体表面刚出现沾湿区域的时候,航行体流体动力会出现一个小幅度波动,随着沾湿区面积的增加,流体动力逐渐趋于平稳,转弯运动的轨迹半径对航行体流体动力有重要影响,转弯半径越小,影响越大.     

两足机器人的SimMechanics建模

建立机器人的电脑模型,对机器人的整体运动进行模拟仿真.针对机器人数学描述复杂、机器人运动学、动力学分析较为困难的问题,大部分两足机器人采用基于模型的控制方法.该方法需要对机器人自身及周围环境建模.在复杂模型下控制器计算的实时性难以保证,控制难度较大,从而限制了机器人的性能.使用Matlab中的SimMechanics 工具箱建立两足机器人的电脑模型,对机器人的整体运动进行模拟仿真.通过仿真验证了模型的合理性, 得到了机器人运动的模拟图.     

基于DSP的CO2气体保护焊控制系统研究

针对CO2气体保护焊易产生飞溅、成形差等问题,设计了一种基于DSP的全数字化CO2焊机系统.该系统以TMS320F240微处理器作为控制核心,采用电压控制为外环,电流控制为内环的双闭环控制系统,并在电流环中采用自适应神经网络与PI控制相结合的控制算法,实现了对CO2焊接短路电流增长率di/dt,以及缩颈过程的有效控制,减小了焊接过程中的飞溅,改善了焊缝成形.     

摇枕平稳充型浇注系统设计与铸造工艺的计算机模拟

基于无气隙平稳充型浇注系统的设计原理,设计了摇枕铸件的浇注系统并进行了充型和凝固过程的计算机模拟.比较原工艺和新工艺充型模拟结果,发现新工艺浇注时没有产生卷气、湍流、飞溅等缺陷;温度场和固相分数的模拟结果表明,铸件没有产生热节和缩孔缺陷,表明了新工艺的可行性.     

门座起重机组合臂架结构的快速建模方法

针对门座起重机组合臂架四连杆结构变幅运动过程,基于空间运动机构的结构分析方法,提出一种脱离计算机辅助工程（CAE）前处理器的快速建模方法.重点研究组合臂架的四连杆结构有限元模型,通过从该结构几何模型中抽取模型参数,模拟在通用CAE平台上的手工建模流程,完成该结构在变幅运动过程中各幅度位置的参数化多模型建模.基于通用求解器NX Nastran,完成12-40.5/25 t某型号门座起重机的四连杆臂架结构的实例应用,验证了快速建模方法的可行性.与应用其他建模方法的系统相比,独立的快速建模系统具有建模效率高、模型质量好的优点.     

充气薄膜结构的悬垂和充气展开过程

为了模拟充气薄膜结构的初始状态和充气运动过程,采用索网代替薄膜曲面.基于广义逆矩阵理论将位移增量中的弹性位移和刚体位移分开,分析薄膜的刚体运动,给出结构稳定的条件方程,分析薄膜的悬垂力学性能.利用空气分子数法得到气体体积的约束方程,求解充气展开分析的基本方程,得到结构的展开过程.将该方法用于分析六边形充气气枕,得到气枕在重力作用下的悬垂状态和充气展开过程的各个状态,稳定性判别参数不断趋向于零.分析结果验证了该方法可以用于分析柔性结构充气展开的整个过程.     

基于粒子系统的降雪过程模拟

对降雪现象的模拟,可以大大提高三维场景的真实感.粒子系统是实时模拟降雪效果的一种有效方法.本文基于粒子系统的基本原理建立了雪粒子系统模型,模型分析了雪粒子的属性、雪粒子的运动及雪粒子的绘制等,并提出了基于粒子系统和OpenGL的降雪实时模拟生成算法.实现结果表明,该方法可以实时绘制出比较真实的降雪现象.