一种新型的AgriCAE软件研制与开发

针对农机部件工作过程分析和优化设计中存在的问题,基于离散元法(DEM)、计算流体动力学(CFD)和平面多刚体运动学(PMBK)及其耦合,自主研发了一种新型CAE软件——AgriCAE(Agricultural CAE).阐述了AgriCAE软件的结构及其关键技术的实现方法,包括农机部件分析模型的建模方法、颗粒建模方法、DEM-CFD-PMBK耦合分析计算方法等.通过实例验证了该软件的可行性和有效性,为农机部件工作过程分析和优化设计及数字化设计建立了一种新方法.     

多体系统离散时间传递矩阵法与有限元法混合方法

利用多体系统离散时间传递矩阵法（MS—DT—TMM）处理同时含有小运动小变形弹性体子系统和大运动多刚体子系统的机械系统，将两子系统的连接处作为各个子系统的边界，采用有限元法建立小变形弹性体子系统动力学方程，采用MS—DT—TMM模拟多体子系统动力学，联合这两套方程可进行总体系统动力学分析，形成了多体系统离散时间传递矩阵法与有限元法的混合方法。通过数值算例证明了方法有效，为扩展MS—DT—TMM的应用范围提供了途径。     

非规则曲面的离散元法分析模型建模软件

在采用离散元法分析机械部件与颗粒材料接触作用时,需要建立机械部件（边界）的离散元法分析模型。分析可知,机械部件中与颗粒材料接触作用的零件表面,存在不能用初等解析函数表达的非规则曲面。为此,采用推进波前法（AFT：Advancing Front Technique）进行非规则曲面网格划分,把非规则曲面离散成三角形平面片的组合,同时添加运动属
性和材料特性参数,由此建立非规则曲面边界的离散元法分析模型。在对PRO/E软件进行二次开发的基础上,研制了非规则曲面边界建模软件。通过实例验证,初步证明了基于AFT边界建模方法和软件的可行性,为复杂结构机械部件工作过程的仿真分析奠定了基础。     

基于边界二维CAD模型的三维离散元法边界建模方法

在采用离散元法分析散粒物料与相关机械部件的接触作用时,如何建立复杂结构和不同运动方式机械部件的离散元法分析模型,已成为离散元法工程应用需要解决的主要问题.运用一种基于机械部件二维CAD模型(CAD软件设计图)建立其三维离散元法分析模型的方法,即利用AutoCAD功能强大的二次开发包并综合运用投影匹配、智能辅助线以及人机交互等方法,建立机械部件三维离散元法分析模型的方法,从而实现了由机械部件的CAD模型进行机械部件的离散元法性能分析,为相关机械部件的数字化设计和虚拟设计提供了一种新方法和新工具.     

三维离散元法软件开发研究

提出由机械部件的CAD模型建立其三维离散元法分析模型,在此基础上实现CAD软件与自主研制的三维离散元法分析软件的集成,从而构建一种集设计和性能分析评价为一体的与散粒材料接触作用的机械部件的通用数字化设计方法和集成设计分析软件,为相关机械部件结构和尺寸参数的优化设计奠定了基础.介绍了自主研制的三维离散元法分析软件的结构、主要功能及关键技术的实现方法,包括提出的实边界和虚边界的概念等.     

基于DEM-CFD耦合的新型CAE软件系统设计

基于离散元法和计算流体动力学方法, 设计一种流固耦合及流动过程分析软件, 实现了与三维计算机辅助设计软件的集成, 从而开发出一种集设计与性能分析评价为一体的新型计算机辅助工程软件--AgriDEM, 并通过实例验证了该软件的可行性和有效性.     

一类刚柔耦合系统的动力刚化分析

该文对附着在空间运动体上柔性悬臂梁的动力刚化问题进行了研究，采用微元法建立了中心刚体作任意三维运动时梁作横向二雏振动和纵向一维振动的柔性梁动力学方程，此动力学方程计及了动力刚化效应。采用假设模态法对柔性梁进行离散，离散时计及了横向变形对纵向变形的耦合。通过一个仿真算例分析了动力刚化效应对梁变形运动的深刻影响。     

海底电缆抛石保护层抗锚害能力的数值模拟研究

海底电缆抛石保护层抗锚害能力涉及到离散和连续两种不同尺度介质的相互作用。针对单独使用连续体法或离散元法分析的不足,首先通过经典变分原理,证明了离散-连续耦合算法的可行性。接着引入接触面的相容条件和平衡条件,实现了离散元法（DEM）和有限差分法（FDM）的耦合计算。设计了抛石保护层抗锚害能力的室内缩尺试验,采用与试验相同的工况,分别用DEM近似法和DEM-FDM耦合法进行了计算,并将两种数值算法的结果和试验值作了对比分析。结果表明,两种数值方法得到的结果都比试验值偏大,但是DEM-FDM耦合法更接近实际情况。     

刚柔多体系统动力学离散时间传递矩阵法

该文在多刚体系统离散时间传递矩阵法的基础上，建立了用于解决刚柔多体系统动力学问题的刚柔多体系统动力学离散时间传递矩阵法。通过该方法和其它方法的数值算例结果对比证明了该方法的有效性。与通常多体系统动力学方法相比，该方法涉及矩阵阶次低，无需总体系统动力学方程。该方法为解决一般刚柔多体系统动力学问题提供了强有力的新手段。     

飞机圆周盘旋时拖缆的动力学建模与分析

构建了飞机圆周盘旋时拖缆的多体动力学模型.基于对拖缆运动状态的研究及其受力情况的分析,运用多刚体法建立了拖缆离散模型,对系统进行动力学仿真分析,得到了拖缆旋转平衡的稳态构型.计算结果与在相同条件下对拖缆连续模型应用微元法的数值计算构型相似,表明所建的多刚体动力学模型是正确可信的,且仿真求解是快速准确的.最后,详细地分析了不同参数对拖缆垂直长度的影响.研究结果表明,在实际应用中飞机速度是影响系统正常工作的关键因素;为确保垂直度在要求范围内,在一定条件下,应合理减小飞机速度,来增加拖缆的垂直度;应用二分法得出了系统有效工作的速度范围.     

三维梁系结构刚体元-柔性连接元动力分析模型

将多体动力学与结构动力学结合，研究适用于空间梁结构的刚体元－柔性连接元模 型进行动力分析。推导出一般情形下柔性连接元的广义弹簧系数矩阵和刚体元的质量矩阵都 是非对角的。引入零长度刚性元模拟多个刚体元汇交于一点和相邻刚体元轴线不在一直线上 等情形。给出的特征值问题算例证明了这种模型的有效，可推广应用于非线性动力响应分析。     

卫星离散动力学模型的建立

采用部件振型法建立航天卫星离散动力学模型.首先使用有限单元法对挠性部件进行模态分析,得出挠性部件的特征值和特征矢量,然后利用离散参数拟坐标拉格朗日法建立航天卫星的离散动力学模型.该模型既考虑了卫星本体和挠性部件的刚性旋转运动,也考虑了挠性部件本身的振动.     

用刚体弹簧元法研究全级配混凝土力学性能

提出了采用刚体弹簧元法在细观层次上对全级配混凝土的力学特性及破坏机理进行数值研究的方法.该方法首先根据全级配混凝土骨料级配曲线和Walraven函数,使用蒙特卡罗随机理论建立起考虑细观各相力学特性分布不均匀性的随机骨料结构,并对其进行三角形或任意多边形的网格剖分;然后应用刚体弹簧元模型,对全级配混凝土在单轴及双轴荷载下的变形和力学性能进行了系统性的数值试验,并探讨了不同骨料级配及试件尺寸对混凝土力学性能的影响.与实际试验结果的比较表明运用该方法数值模拟全级配混凝土的力学性能是可行的.     

离散元法土-地下结构动力相互作用分析

基于变形体动力学原理,建立了新的可变形块体单元模型.根据离散元法原理,采用边-边接触关系及动态松弛法,推导出其理论公式并编制了计算程序;由静力问题计算结果的收敛性,验证了计算程序和计算参数选取的正确性,求出了地下结构在人工地震波作用下的动力反应.     

弹性构件的模态选择对机构动力分析的影响

为在柔性多体系统动力学中引入固定界面动态子结构法 ,将 Craig固定界面法减缩后的系统经过再次坐标变换 ,分离出刚体模态 ,证明能更明确地表达边界影响 ,可以进一步提高减缩效率 ,便于在多体动力学中使用 ,并给出了一个含弹性连杆的曲柄滑块机构算例。分析和计算表明 ,经过了再次坐标变换后提高了减缩效率 ,在一定情况下 ,边界状况对系统影响显著 ,使用表达边界的模态可以提高多体动力学的数值仿真精度     

转向架构架动应力解耦分析

采用车辆刚体动力学分析模型和Newmark直接积分法计算了直向通过道岔时 2 0 9HS转向架构架的载荷—时间历程 ;在建立构架有限元分析模型并编制流程控制文件后 ,采用ANSYS软件中的瞬态动力响应分析模块计算了直向通过道岔时构架的动应力 .结果证实对构架进行实用的动应力分析是可行的 .     

三维流固两相流的颗粒群轨道柔性模型

为解决工程应用中三维流固两相流动力学建模的难题,提出了基于离散单元法(DEM)的颗粒群轨道柔性模型．即在Euler坐标系中表达流体连续相,在Lagrangian坐标系中运用DEM表达颗粒离散相,从而简单且有效地解决了三维流固两相流中颗粒相和流体相间的双向耦合和求解问题,同时以三维管道中气固两相流的建模和典型实例,可视化地说明了该方法的有效性．