基于流体模型和GPU加速的火焰实时仿真

针对目前基于物理模型模拟火焰的计算量大、复杂度高,很难进行实时模拟的问题,提出了一种基于流体模型和GPU加速的火焰实时模拟方法,该方法根据火焰的不可压缩、低密度、无粘性等特点,通过流体方程计算火焰的物理属性,并将其求解过程在GPU中并行加速,从而大幅度提高了算法的运算速度,实现了火焰的实时模拟,并取得了较真实的模拟效果。     

求解非均匀介质问题的双共轭梯度方法

分析非均匀介质条件下的电成像问题 ,在说明电成像仪的测量环境和测量原理之后 ,对这种复杂条件的电磁场问题 ,采用三维有限元方法进行分析。为了保证计算精度 ,在分析过程中 ,需要划分较多的空间网格 ,从而生成大型的有限元矩阵方程。对此大型矩阵方程 ,采用计算效率较高的双共轭梯度方法求解 ,给出了双共轭梯度方法的算法和利用该算法求解有限元矩阵方程时的收敛速度曲线 ,并对水平分层和倾斜分层两种典型情况下的非均匀介质成像问题进行分析 ,给出了模拟测量成像结果。     

二代小波在求解电磁场积分方程中的应用

为实现电磁场积分方程的快速求解,对第二代小波变换理论进行了阐述,并给出了适用于矩阵变换的具体公式,从而提出了一种基于第二代小波变换的预处理算法.通过对矩量法生成的稠密阻抗矩阵进行稀疏化预处理,加速了矩阵方程迭代求解中的矩阵矢量积.针对传统小波变换在矩阵方程维数上的限制,构造了一种任意维矩阵方程的预处理算法.对不同目标的电磁散射特性进行了分析,并将结果与解析解、矩量法直接求解等进行了对比,验证了算法的有效性.鉴于其通用性,所提任意维矩阵方程预处理算法可以推广至其他工程计算领域.     

虚拟飞行器风洞的研究与实现

虚拟飞行器风洞是虚拟现实技术和CFD技术在飞行器设计和改型中的应用.阐明了虚拟风洞的组成和实现的基本流程,在求解雷诺平均三维不可压Navier-Stokes方程的基础上,采用有限体积法对其进行离散,并运用比较成熟的SIMPLE算法进行求解,在WTK平台上针对某模型进行仿真计算,而后进行了试验验证.对比分析模拟结果与试验结果,表明采用这种方法与传统的风洞试验相比,能够交互式地从各个不同的方位曼形象更直观地观察飞行器外流场的流态,同时也证明虚拟风洞的计算是真实可信的.     

湍流对超音速导弹光学图像的影响数值仿真

利用大涡模拟得出湍流瞬态密度值 ,并根据Gladstone Dale关系计算出飞行器周围流场的折射率 ,从而为定量研究导弹导引头光学性能提供依据。首先依据大涡模拟理论对Navier Stokes方程进行滤波 ,建立可压缩湍流亚格子模型和大涡模拟方程。根据物理光学理论 ,计算了光学点扩散函数 (PSF)。数值仿真结果表明 :湍流对导弹光学系统图像将产生抖动、畸变和图像破裂等影响。这些影响与来流马赫数、飞行高度和攻角密切相关。定量得出的结果为下一步进行光学图像校正奠定了基础。     

脉冲等离子体推力器羽流的混合粒子仿真研究

目前微小卫星正在积极的发展中,脉冲等离子体推力器是其推进系统的一个重要发展方向,为了能够将PPT成功地运用于空间,需对其羽流进行研究。将一维MHD双温放电模型用于DSMC(Direct Simulation Monte-Carlo)/PIC(Particle in Cell)流体混合算法模拟PPT羽流的入口条件计算,一体化模拟实验室PPT羽流,对不同电容情况下的羽流场进行模拟,并与实验结果进行了比较。计算结果显示高电容下带来更高的质量流量,更高的中性粒子的含量,同时返流的影响域更广。在推力器入口附近,CEX碰撞与一般碰撞形式共同存在,且频率很高,在羽流外围,CEX碰撞成为碰撞的主要形式。     

带风险度的经济效果评价函数及其优化模型

在建立风险型资金运动过程的平衡方程的基础上,定义了带风险度的经济效果评价函数,并对其经济含意与数学性质进行了讨论．给出了风险型动态投资效果优化模型以及求解该模型近似值的辅助模型．     

不确定性结构区间分析的改进Monte Carlo方法

将结构系统中的不确定性参数用区间数来表示，建立了系统的区间有限元控制方程。利用Monte Carlo数值仿真方法对区间有限元控制方程进行求解，得到了结构的位移和应力响应区间。并针对—殷Monte Carlo方法在区间仿真中存在的缺陷，对其进行了改进，使其计算效率大为提高．数值仿真算例表明：经改进的Monte Carlo方法仿真求解计算量大为减少，且能给出较高精度的响应区间，并克服了区间运算中的扩张问题。     

初始值优化的离散灰色预测模型

针对经典GM(1,1)模型的不足,研究了离散GM(1,1)模型选取不同初始迭代点的模拟数据增长率特点.应用最优化技术求解初始迭代点,证明了改进的离散GM(1,1)模型能够完全模拟指数序列.提出了两类分段修正离散GM(1,1)模型,对建模机理进行了证明,并对改进模型进行了推广.结果表明,优化初始迭代点的分段修正离散GM(1,1)模型能够完全拟合分段等比序列.     

C4导弹横向动力特性

本文研究了C4导弹的平面模型,其中计及密封圈和垫块的非线性力-位移特性。求解基于小攻角运动的刚体运动方程以计算导弹在发射时的横向位移。证明计算与PS-80试验结果一致后,研究了密封圈特性、垫块特性、导弹行程时间和初始条件,以确定横向动力特性计算的灵敏度。     

渔网的动态仿真及可视化研究

为提高渔船操作模拟器视景系统的可视化效果,提出并实现了一种基于物理模型的三次B样条插值曲线绘制渔网和手纲的方法;考虑到可视化系统的实时性,通过简化网具系统的几何模型,构造三次B样条插值曲面实现了基于物理模型的B样条插值曲面的渔网可视化;根据视点距渔网的远近分别调用B样条插值曲线和B样条插值曲面方法进行渔网建模,从而既提高了系统的实时性,又保证了绘制渔网的逼真度。     

基于IDEF0模型的Petri网间接建模方法研究

通过对IDEF0和Petri网两种建模方法分析与对比,表明基于Petri网建模可以解决IDEF0方法在模型的动态性、完备性和方法连贯性方面存在的问题;提出IDEF0模型到Petri网模型的转换思路和基本转换方法,以一个信息管理模块为例实现模型转换,在此基础上提出了改进策略.研究结果有助于以Petri网为统一工具实现系统建模与开发,为解决当前系统开发遇到的问题提供一种新的途径.     

基于质点-弹簧系统的短毛实时动态模拟

把质点-弹簧系统应用到基于shell层的短毛绘制方法中,提出了一种新的计算shell层偏移量的方法,以实现毛发动画并真实地模拟了毛发的自然弯曲效果。该方法设计了一种最简单的质点和弹簧的布局方式,即分别在最内和最外shell层的顶点上附着质点并以一根弹簧进行连接,并且只考虑质点-弹簧系统中的位移力。当外力作用于质点时,首先计算出最外shell层的偏移量,然后通过顶点绘制器由里到外分别计算各shell层的偏移量,以新的位置绘制各shell层,从而实现了短毛动画效果。由于利用了GPU的加速功能,达到了实时的要求。     

质点-弹簧模型驱动的体数据模型快速变形模拟

探讨三维体数据模型的快速真实感变形模拟和绘制方法。该方法用离散的质点-弹簧模型具有物理真实感地模拟变形过程；利用FFD从离散质点的运动信息插值求得体数据空间任意点的变形；而将重采样和绘制过程融为一体的光线虚拟弯曲技术和光线提前终止技术则避免了将大量无用计算，使变形和绘制速度明显提高；根据局部变形的连续线性特性提出了光照修正算法，算法实现简单，算出的光照浓淡变化具有高的真实感。     

船舶蒸汽系统管道仿真方法研究

根据船舶饱和蒸汽系统管道的工作特点和结构特点,将复杂的蒸汽管网分为大直径蒸汽管道和小直径蒸汽管网两类仿真对象,根据质量守恒、能量守恒定律针对这两类仿真对象分别建立了两相箱体模型和流体网络模型。考虑了流体网络中网络节点与外界环境的散热,提出了流体网络节点压力、温度、焓的修正方法。在某核动力装置模拟器上进行的仿真实验表明,该模型能够较好地反映船舶饱和蒸汽系统管道运行的动态特性。     

双系缆气球绳网系统抗风能力的仿真分析

为研究一种双系缆气球绳网系统的设计和使用的问题,在系统动力学模型的基础上对系统的抗风能力进行了分析。仿真出双系缆气球绳网系统在常值风作用下的空间姿态、受力状况,以及在典型风场作用下的动力学响应。分析了常值风的速度、风向对系统的影响,并研究了气球阻力系数、气球容积及气球蒙皮面积质量密度主要设计参数对双系缆气球绳网系统抗风能力、结构载荷的影响。仿真计算结果表明双系缆气球绳网系统具有较强的抗风能力,为系统的设计提供了依据。     

用于虚拟力觉再现的弹簧-质点力/变形模型研究

为提高虚拟力觉再现的精度与实时性,提出了一种弹簧-质点力/变形模型,它将物体以受力点为中心,沿径向方向分割为呈同心圆分布的弹簧-质点系统。系统中各个质点的相对位移的叠加对外等效为物体表面变形,与之相连的弹簧弹性力的合力等于物体表面的接触力。该方法由于分割只涉及到发生变形的局部区域,不需要对整个物体进行大量的矩阵运算;进行了基于图像边缘检测的变形测量,推导了模型参数;基于此力变形模型,利用DELTA手控器,进行了柔性物体接触变形以及实时虚拟力反馈的半物理仿真。     

北部湾二长棘鲷资源开发保护策略研究

运用单位补充量模型评价了北部湾二长棘鲷资源,显示雌雄个体问生长和死亡率并没有显著差异。推测在当前捕捞死亡系数下,单位补充量产卵群体生物剩量为16．76％,表明该渔业已处于过度捕捞,存在未来幼鱼补充失败的可能。比较了几种管理策略,最小开捕体长、禁渔期和禁渔区的组合,确定何种开发模式既能提高单位补充量产卵群体生物量又不造成过度降低单位补充量渔获量而引发渔民的经济利益冲突。研究表明,实施禁渔期、禁渔区管理在当前捕捞死亡系数下都可一定程度地提高单位补充量产卵群体生物量。建议在保持当前禁渔期管理的同时,再配合最小开捕体长104mm措施,可使单位补充量产卵群体生物剩量恢复到28．39％,单位补充量渔获量提高31．95％,保证该渔业不致崩溃。但要实现该渔业的可持续发展,相关捕捞努力量还需减少32．50％。图7,表4,参24。     

多元精馏体系仿真中的问题及对策

多元精馏体系是典型的多变量系统,而且各变量之间关联严重,对其进行动态建模和仿真,协调各变量之间的关系,有利于先进控制的实施,因为其动态机理模型十分复杂,在其系统建模、模型求解、仿真平台的开发中存在较多的问题,针对这些问题,从实际应用和机理分析出发,将模型中重要状态变量温度的代数方程表达式替换为微分方程形式,更好的反映了精馏塔的动态特性,合理选择了系统模型和微分方程的求解方法,并进行了探讨,开发了与之对应的基于MATLAB/SIMULINK的乙烯精馏塔动态仿真平台,并取得了较好的仿真效果,提高了计算效率而且计算精度合理。     

引信目标回波模拟器的建模与实现

针对脉冲多普勒调制引信的目标回波进行了建模与仿真,并在此基础上研制成功了引信目标回波模拟器。该引信目标回波模型基于多散射中心来模拟的方法,并将环境因素的影响引入模型。引信目标回波模拟器的每个通道的控制均基于FPGA器件,结合并口通信和SRAM存储器并通过DDS的回波合成实现引信目标单散射点回波的模拟,并采用多路并行的方式来实现模拟目标的多散射中心。实际的测试结果验证了目标模型的建模及回波模拟器实现的可行性与正确性。