基于有限元方法的破片侵彻装备损伤仿真

为了研究装备在破片高速冲击作用下的毁伤效应,利用非线性有限元仿真软件LS-DYiNA进行侵彻仿真;在此基础上,通过统计采样和变量聚类分析,确定了装备的抽象模型--靶板的损伤的评估指标;采用主成分分析方法,构造了靶板损伤的评估模型;利用方差分析,讨论了破片性质对于毁伤效应的影响程度.研究结果表明:在显著性水平α=0.05下,破片速度对靶板毁伤程度有显著影响,在水平α=0.01下,破片形状与破片密度的交互作用对于靶板毁伤程度的影响呈高度显著.探索了一种基于非线性有限元仿真试验的靶板损伤评估的新途径,该方法可进一步推广应用于其它类型毁伤因素对武器装备结构的损伤评估研究.     

橡皮弹胸部钝击损伤的有限元法评估

为揭示橡皮弹的非致命致伤机理,提高其安全服役水平,通过构建并验证18.4 mm橡皮弹弹丸有限元模型和改进型胸部钝击损伤评估模型,进行了不同载荷下的虚拟冲击测试实验,得到了应力-时间响应和形变-时间响应数据。结果表明,达到峰值应力的时间(0.2 ms以下)远小于达到最大形变量的时间(4~5 ms),说明损伤不在于冲击本身,而在于能量的传递与扩散。基于粘性损伤判据,对不同碰击速度下的损伤情况进行了评估,给出了18.4 mm橡皮弹不同射距下的安全使用建议。     

钢靶运动对弹丸侵彻效应影响的仿真研究

为了研究靶板侧向运动对弹丸正侵彻效应的影响,运用ANSYS/LS-DYNA模拟在不同攻角条件下弹丸对不同运动速度靶板的正侵彻效应。计算结果表明:无攻角条件下,当靶板侧向运动时,弹丸的剩余速度小于侵彻静止靶板时的剩余速度,有攻角时则相反;靶板运动速度对弹丸侵彻姿态影响比较明显,且弹轴与初始位置的最大偏转角随弹靶X方向的速度之差的增加而增加。本研究揭示了侵彻运动靶过程中弹丸侵彻姿态、速度等的变化规律,可为打击运动目标的有关弹药设计提供参考。     

漏入汽轮机真空系统空气量的软测量

针对目前汽轮机真空系统漏气量的直接测量一直没有好的方法的问题，文中提出一种基于真空系统严密性试验，并结合BP网络的漏入真空系统空气量的软测量方法。该方法以影响真空下降速度的凝汽器各运行参数以及真空下降速度作为网络的输入，以常规测量方法得到的漏入真空系统空气量作为目标输出，实现对漏入真空系统空气量的软测量。数值仿真结果证明该方法可以较准确地实现在真空系统严密性试验中对漏入真空系统空气量的测量。     

基于冲击效应的灰色多变量时滞预测模型及其应用

考虑到经济社会系统中的冲击现象,本文将冲击效应纳入建模框架中,首先剖析冲击效应影响作用机理以及其滞后性累积机理,在此基础上,通过引入冲击效应项刻画冲击效应的影响作用,基于Beta函数设计累积时滞效用项,表征冲击因素对系统带来的滞后性累积影响,进而构建基于冲击效应的灰色多变量时滞预测模型(IEGTDM(1, N)),并针对其中累积时滞效用项的参数求解问题,提出了基于鲸鱼算法的求解框架.最后,利用碳交易政策冲击影响下北京市和上海市能源强度进行实证案例分析,通过与其他灰色预测模型、统计预测模型和机器学习模型的对比分析结果表明, IEGTDM(1, N)模型具有更为优越的预测性能,该模型对冲击影响下的预测建模分析具有很强的适应性.     

射流侵彻陶瓷靶过程数值仿真计算

陶瓷靶板因其高强度、低密度特性在装甲防护中得到了广泛的应用,其抗侵彻机理得到了世界各国的广泛关注.利用有限元程序LS-DYNA对射流撞击侵彻陶瓷靶过程进行了三维数值仿真计算.获取了射流陶瓷材料的侵彻深度和速度,并与中碳钢抗侵彻过程进行对比.开展了陶瓷复合把抗射流侵彻仿真计算,并对计算结果进行了相应的对比分析.结果表明与中碳钢相比陶瓷材料对于低速段射流有较高的防护能力,对高速段射流防护能力较弱,这一结果与已有的试验结果相吻合.     

软计算技术在环境复杂模型参数识别中的应用研究

以WASP模型在密云水库水质模拟中的应用为例,研究考察分析了软计算技术用于环境复杂模型参数识别的性能和效率.参数分析表明,WASP模型存在一些低灵敏参数且受相关参数的影响明显.为对比参数灵敏度和相关性的影响,共设计了4组数值试验.数值试验表明,全局搜索法能较好解决参数全局寻优问题,是获取参数辅助信息的重要手段.MCMC法可有效对参数后验分布进行采样,采样序列稳定收敛到参数后验分布上,同时MCMC法较好地处理了相关参数采样的问题.最后给出案例表明基于软计算技术的复杂模型参数识别技术路线是高效的、实用的.     

低速平头弹对叠层靶侵彻性能的数值模拟研究

当新型的平头弹以一定的速度碰击混凝土及土壤叠层靶时,将产生更大的冲击过载,对壳体及内部结构产生更多的不利影响,为阐述其侵彻时的过载规律,应用三维有限元软件LS-DYNA,对平头弹侵彻混凝土及土壤叠层靶的过程进行了数值模拟研究,混凝土及土壤叠层靶的变形损伤情况与试验结果十分吻合,对平头弹的侵彻性能进行了分析,结果表明:对于直径为69mm、质量约1.8kg的平头弹,当其碰击速度在77～96m/s时,相应的过载值可达到38640～48300g.     

弹体结构对横向增强型侵彻体作用效果的影响

横向效应增强型侵彻体(PELE)的作用原理基于内芯和外层弹体使用密度不同的材料这一物理效应,因而弹体结构可能对作用效果产生重要影响.采用改变内外径比(I/O和长径(L/D)的方法,利用有限元程序ANSYS/LS-DYNA,对PELE以固定速度垂直撞击靶板进行了数值仿真研究.基于仿真结果,分析了弹丸的内外径比和长径比对横向效应的影响.内外径比取0.5～0.7、长径比取3～5时,PELE既能轻易地穿透靶板,使弹杆轴向速度降低不多,又能产生大量具有较高横向速度的破片,有效地发挥作用.     

基于旋转角度的角色运动建模与控制

要创建深度沉浸的跑步竞赛虚拟环境,则必须建立逼真的虚拟人行为模型.根据跑步时人体四肢和躯干都在绕关节做重复旋转运动的特点,提出一种基于旋转角度的运动行为模型,用于计算人体运动时不同部位的位置,进而求解跑步运动行为.基于该模型开发了一个跑步仿真程序用来仿真虚拟人的跑步动作与姿态.根据该模型构建了数字娱乐划船器,通过三维模型数据的转化、运动者参数的实时采集、虚拟人运动参数的计算,实现了角色的控制.该建模与控制方法可用于网络健身游戏、虚拟人体动画、虚拟机器人的建模与仿真.     

防暴动能弹胸部钝击有限元模型研究综述

为推动钝性弹道冲击领域胸部及弹丸有限元模型的构建及验证研究工作,对具有详细解剖结构和类比结构的胸部有限元模型进行了梳理,对比分析了五种典型胸部有限元模型及其验证方法,提炼了典型弹丸有限元模型的构建与验证方法,综述了基于有限元模型的冲击损伤评估方法,通过剖析现有研究的不足给出了下一步的研究建议。后续为提高胸部有限元模型的精确度和生物保真度,需要在尸体实验的基础上,基于同一尸体测量学数据建立物理模型和有限元模型,通过揭示弹-靶能量交互及靶标内应力波的传播规律,深入阐明防暴动能弹的直接损伤和远达损伤机理。     

高速杆式弹侵彻有限厚靶板数值模拟

运用AUTODYN动力学仿真软件对高速(1.2～3km/s)杆式弹侵彻有限厚靶进行数值模拟。分别计算了Lagrange算法和SPH算法以及不同计算规模下,杆式弹高速侵彻过程,对比分析了侵彻后效的工程计算结果,并研究了不同着速、着靶角和弹丸头部形状对弹丸侵彻后效的影响。算法分析表明,拉氏算法可以更好模拟侵彻界面变化,SPH则可以更好模拟材料破碎飞溅;Lagrange算法0.75mm网格和SPH算法0.5mm粒度即可满足算例问题的计算精度。并指出对高速杆式弹的侵彻研究和设计需要根据着速等初始状态的不同而综合考虑。     

12电极电容层析成象系统电容敏感场的仿真计算

用有限元法对12电极电容传感器敏感场进行了仿真计算,分析了电容传感器的“软场”特性,为相关的图象重建算法提供了理论依据     

钢-玻璃钢混合抽油杆柱动特性的计算机模拟

针对长冲程抽油机系统中抽油杆柱光杆的已知运动特性，多级抽油杆柱在油井下的实际工况及多级钢-玻璃钢混合抽油杆柱的杆径和杆长参数，建立多级混合抽油杆柱有限元模型和确定边界条件，用有限元软件按不同时间段分别对钢-玻璃钢混合杆柱和多级钢杆柱的动态特性进行计算机模拟，分析比较了两者的动态特性和对悬点载荷与冲程的影响，较精确描述了抽油杆柱在运动过程中的各点处的运动及应力随时间变化的动态特性。     

基于绝对坐标的实体单元在多体系统动力学中的应用

为研究具有复杂几何外形的柔性多体系统的动态应力响应或大变形运动,需提供一种能描述复杂几何外形并支持大变形的柔性体建模方法。利用完全非线性有限元方法,在多体系统框架下,开发包括线性和二次插值两种类型的四面体、五面体和六面体6种三维大变形实体单元,为准确描述多体系统中实体柔性体的大变形和任意的刚体运动提供一种建模方法。同时通过引进虚刚体建立实体单元和刚体的约束,利用赫兹理论处理实体单元和刚体之间的碰撞问题,将实体单元与多体系统有机结合在一起。最后通过数值算例验证了实体单元在多体系统动力学中的应用可行性和有效性。     

具有巴黎期权特性的可转债有限元定价和策略分析

硬赎回约束和软赎回约束使得可转债的定价复杂化。本文给出了具有巴黎期权特性的可赎回可转换债券定价模型，基于期权博弈分析思想分析了发行者和持有者的最优策略，并采用有限元方法给出了该定价模型的数值解。最后用给出的定价模型计算了招行转债的价值，并分析了发行者和持有者的最优策略。结果表明，赎回公告期和巴黎期权特征对可转换债券的价值以及发行者和持有者的最优策略都有显著的影响，这对可转换债券的定价和条款设计有着重要的意义。     

用于实时变形的解剖学人体肌肉建模

多层次人体建模方法利用解剖学原理构造虚拟人，将人体模型分为骨骼层、肌肉层和皮肤层等层次，其中人体肌肉层是影响人体表面状态与变形的重要结构。本文提出了一种基于解剖学的人体肌肉层建模和变形的方法，建模方法考虑了解剖学方面的准确性并适合实时变形模拟。肌肉模型的变形采用轴变形技术与横截面变形相结合的变形方法实现。同时介绍了我们的建模工具，建模人员使用建模工具可方便地构造和编辑人体各部位复杂的肌肉体。模型可以根据建模人员不同的需要，在逼真程度和变形速度上取得满意的折中。实验表明，这是一种有效的建模方法，应用到我们的人体建模系统中取得了良好的效果。此方法也可应用于其它软组织的建模中。     

基于平衡流场的再入飞行器电磁散射特性分析

针对高速再入飞行器穿过大气层时产生冗长等离子尾流的特点,综合利用真实气体效应情况下等离子体流场计算方法和移位算子时域有限差分电磁散射建模方法。首先由再入飞行器相关参数得到其周围非均匀等离子体流场的分布情况,然后据此建立含等离子体尾流目标的电磁散射模型。以锥球形目标为例,计算和分析了以零攻角再入时的低频电磁散射特性。结果表明,当飞行器再入速度较高时,等离子体尾流在低频段将显著增强其后向散射,有利于低频雷达探测再入目标。