Finite volume method for investigating anisotrooic conductivitv in EEG

A novel finite volume method is presented to investigate the effect of anisotropic conductivity on the potential distribution of the scalp. The second-order interpolation of the tetrahedral mesh is used to avoid employing the secondary element. The calculation precision is enhanced by using the Gaussian integration. To avoid the geometric singularity, the triangular prism is employed in place of the conventional hexahedron mesh. With the method, the spherical models as well as the realistic head models are simulated. The calculation results indicate that the anisotropic ratio and the position of dipole sources have great influence on the potential distribution in the electroencephalogram.     

基于多GPU加速的各向异性弹性波正演模拟

比较分析了在不同网格大小介质模型情况下,分别采用串行计算、CPU 16个线程并行计算和4块GPU并行计算进行各向异性弹性波动方程正演模拟的执行时间差异。发现在网格点为2563的大模型上,用4块GPU的并行模拟计算相对16线程并行计算与串行计算的加速分别为30倍与156倍。表明多GPU并行算法可以显著缩短数值模拟时间,而且模型网格越大,加速效果越显著。因此,在单机环境下进行大尺度模型的各向异性弹性波正演模拟,采用多GPU并行计算方式是一个合适的加速选择。     

有限元法用于晶体生长形态的研究

给出了一种新的椭圆型有限元网格生成方程,该方程综合考虑了网格的平滑性、正交性和适应性,并被成功地地研究各向异性生长晶体的自由生长过程的形态。该方法也可被推广应用春他的自由界面问题中,同时,根据选取不同形式的生长动力学方程研究了各向异性晶体的自由生长过程,得到了与一般理论相一致的结果。     

三维各向异性材料数值模型的计算方法

各向异性材料模型的一般计算方法需要编辑偏轴坐标系中的弹性矩阵,其推导过程十分复杂.针对这一问题,提出了一种基于FEM软件中两个坐标系(基本坐标系与辅助坐标系)的新方法.FEM软件自动转换两个坐标系的关系,因此该方法没必要编辑偏轴坐标系中的弹性矩阵,可简化各向异性模型的计算过程.计算结果很好地反映了各向异性材料的方向变化对巷道围岩应力分布的影响.     

斜齿轮时变啮合刚度算法修正及影响因素研究

针对势能法计算斜齿轮时变啮合刚度精度不足问题,提出一种刚度修正算法.考虑端面重合度大于或小于轴向重合度两种情况下单齿接触线长度的不同表达形式,建立齿根圆与基圆不重合时的变截面悬臂梁模型,采用切片法和积分思想推导并计算了斜齿轮啮合刚度,通过与ISO算法和有限元法对比分析,验证了该修正算法的可行性.在此基础上,探讨了螺旋角、模数、齿数、齿宽和压力角等参数对啮合刚度的影响.计算与分析表明,啮入段的相对时间与端面重合度和轴向重合度大小及比重有关;齿轮基本参数的变化引起重合度和单齿啮合刚度的改变,进而影响综合啮合刚度波动值和均值;当端面重合度或轴向重合度在整数附近时,啮合刚度波动值较小,而总重合度在整数附近时,啮合刚度波动值较大.与传统势能法相比,修正算法提高了斜齿轮时变啮合刚度的计算精度,在斜齿轮刚度激励的准确计算方面具有较强的实用性.     

复印技术中磁辊磁场的仿真

本文论述用积分方程法计算复印机磁辊磁场的分布，引入了磁场耦合系数并考虑磁性材料的各向异性，从磁场基本方程出发推导了磁位的积分解式。计算结果与实测的磁场数值符合较好。本文方法可用于磁辊生产中控制加工、装配尺寸误差及材料磁性离散度等影响质量的因素。     

钢筋混凝土锈蚀开裂的有限元分析方法

基于Abaqus非线性有限元软件,通过投放不同形状、粒径、级配的骨料,模拟钢筋锈蚀膨胀导致混凝土保护层开裂的精细化建模分析. 针对混凝土裂缝开展形态,对网格映射方法、几何剖分方法,以及几何剖分方法+Cohesive单元细观模型等几种建模技术的运算效率进行对比;同时针对两种不同混凝土骨料形状对锈胀混凝土裂缝开裂的影响进行比较分析.结果表明:网格映射方建模简单、运算效率较高,但分析结果较粗糙;几何剖分方法收敛速度快,计算效率高,但建模时需要对骨料进行剖分;几何剖分+Cohesive单元方法得到的裂缝开展形态更加精细化更接近实际情况,但运算效率低,只适用于局部精细化分析要求较高的场合.骨料的形状和分布对裂缝分布和扩展趋势均产生一定影响,实际分析中,骨料形状应尽可能接近于实际骨料.此外,通过几何剖分+Cohesive单元法建立的模型计算结果锈蚀开裂时间与理论计算值对比误差小于10%,说明该模拟方法在一定程度上符合钢材锈胀挤压附近混凝土导致开裂的理论.     

船舶反弯扭螺旋桨水力特性的数值模拟与分析

运用计算流体力学方法(CFD)对船舶反弯扭螺旋桨的水力特性进行数值模拟计算,获得了螺旋桨的推力系数、扭矩系数及敞水效率等水力特性参数,与试验结果进行了比较,两者吻合良好.模拟计算提供了详细的三维流场分布,可对反弯扭桨叶的工作特性和叶梢涡、尾涡及气蚀的分布状态进行深入的分析.在叶面邻近区域采用层叠式的半结构网格以适应边界层的计算要求,在边界层外的流动区域采用非结构网格,取得了较高的计算精度.     

水轮发电机端部各向异性涡流场分析的数学模型

为合理设计大型水轮发电机端部结构，考虑到叠层结构定子铁芯的各向异性及非线性，建立了包括定子铁芯边段在内的水轮发电机端部涡流场分析的数学模型。提出了边界条件处理的新方法。在求解变量的选择上，采用了在不同的求解区域分别引入不同的求解变量——在涡流区用修正矢量磁位，在非涡流区用标量磁位，使计算量大大减少。与以前不包括定子铁芯的端部涡流场分析模型相比，该模型能更准确地计算铁芯边段附近的磁场，故该模型对于研究大型水轮发电机的端部损耗及局部过热具有重要意义。     

异形网格差分在三维场计算中的应用

论述了一种用于三维场计算的异形同格差分方法.此法不但具有差分法要求计算机内存小、计算速度快等优点,而且具有有限元法的单元剖分灵活、适宜任意形状边界等优点,并可自动生成网格.在已有的二维数学模型的基础上,作者开发了三维数值计算差分公式,以四极透镜为例编制程序并进行了计算,计算结果表明:理论值与计算值相符,最大相对误差不超过10~(-3).     

Triangular Mesh Model Reconstruction from Scan Point Clouds Based on Template

For mesh reconstruction problems of point cloud models which have similar topological structure, a rapid and efficient method is presented to reconstruct triangular mesh surface. Based on projections of point cloud slicing that correspond to template sectional curves, the method constructs topological relevant information among discrete points, which makes unorganized points ordering and builds up optimal approximated B-spline curve, resamples every curve according to its curvature distribution and performes triangular mesh division on it. Finally, surface reconstruction is achieved. The experimental results demonstrate that the surface reconstruction is done as the point cloud hole is filled simultaneously.     

高宽比对空腔流动水动力学的影响

在船舶与海洋工程领域存在广泛的空腔流动，其流动过程较为复杂，湍流结构明显。以三种不同高宽比的空腔模型为研究对象，进行了网格无关性分析，选择合适的网格开展数值计算，探究不同高宽比对空腔流动的影响。采用大涡模拟的方法，获得了不同高宽比空腔流动的流场信息，对其速度分布、压力分布、涡量分布进行分析，发现高宽比小的空腔流动较为复杂，腔内涡流非线性明显，而高宽比较大的空腔流动其速度及涡量分布集中在空腔开口域。本研究为后续船舶工程领域中空腔流动的应用奠定了理论基础。     

仿真技术在减速器设计中的应用

从齿轮传动的基本原理出发,系统地分析了齿轮传动系统的动力学模型,提出了基于齿轮副接触算法的动力学仿真模型.利用仿真软件建立了减速器虚拟样机模型,综合考虑了多种影响因素.计算结果很好地反应了实际的齿轮啮合接触行为,所使用的仿真方法及得到的分析结果对减速器的工程设计及性能校核具有参考价值和指导意义.     

基于二次场算法的大地电磁二维有限单元法正演

推导了同时考虑电阻率与磁导率变化的大地电磁二维方程,并应用有限单元法进行数值模拟.为了提高计算精度与效率、简化计算节点生成,采用格林定理处理二次场方程源项,并设计实现了一种基于二叉树结构的收缩网格剖分算法;采用基于最少填入元思想的稀疏矩阵符号分析方法,实现了稀疏线性方程组的LDLT求解.利用二次场算法进行模型试算,结果表明所采用的新计算方法大大减少了计算单元数量,提高了计算精度与效率.     

一种基于任意拉格朗日-欧拉方法的降落伞充气展开数值模型

降落伞充气展开过程是一个典型时变非线性流构耦合问题,大多研究所建立的数值计算模型未考虑织物透气性和初始投放速度的影响.为修正模型,基于任意拉格朗日-欧拉(arbitrary Lagrange-Euler,ALE)方法和动网格技术,考虑织物透气性并预设初始投放速度,建立了降落伞充气展开的有限元模型.计算了充气过程中,有限质量情况下C-9伞的开伞力,并与实验数据对比,验证了该模型的正确性与合理性.随后分析了其开伞过程中伞衣应力分布特征与气动减速特性,为降落伞数值建模和结构设计提供一定参考.     

基于Laplacian算子的法向网格生成

多分辨率法向网格是网格的一种多分辨率表示方法。其中每一个分辨率层次都是它的前一层法向的偏移,因而除基网格顶点外,其它顶点都可表示为一个标量形式。本文提出一个生成法向网格的算法,对Lgor Guskov等人的方法作了改进,首先,在计算基网格的网格简化过程中,记录下每个基网格三角形在原始网格中的相关三角形集,以此来提高求交效率同时仍保证较高的准确性。其次,增加了处理边界情形的能力。最后,利用Lapacian算子的切向分量对法向网格进行重新参数化。使得网格的三角形分布更均匀,三角形的形状也更为正则。从实验结果可以看到,本文的算法具有较强的实用性,所得到的法向网格与原始网格的逼近误差也很小。     

各向异性磁介质中圆电流环的磁矢势

提出一种求解各向异性磁介质中电流磁场的新方法,通过求解各向异性磁介质中圆电流环的磁矢势A分布,求出其磁感应强度B分布.结果表明,各向同性磁介质中圆电流环在远场点的磁矢势公式,与已知的结果一致;磁矩m在各向同性介质中的P点产生的磁感应强度,其结果也是预料之中.     

各向异性油藏水平井线性井网渗流场分析

为了直观地反映各向异性油藏水平井线性井网地层压力分布及流体运动轨迹的特点,建立了各向异性油藏水平井不稳定渗流的数学模型,利用源汇理论、Newman乘积法及压降叠加原理获得了各向异性油藏水平井井网不稳定渗流地层压力公式,给出了流线生成方法,研究了水平井线性井网渗流场分布规律。结果表明:储层各向异性和生产时间对水平井线性井网渗流场影响较大。在不同的各向异性强度下存在着不同的最佳井排距,使水驱波及效率和水平井的产能达到最大。生产时间越长,则压力传播范围越广,采出程度越高。利用本文方法产生的流场图能够为各向异性油藏水平井开发井网设计、剩余油分析及注入方案的优化提供科学依据。     

基于超平面及遗传算法优化的网格简化

基于对目前反求工程中已有方法的分析，引入超平面的概念；通过对三角网格曲率的离散化计算，经过种子点的生长以及区域合并形成超平面。在对超平面删除后留下的空洞进行重新三角化时，利用遗传算法生成具有空间形状优化的简化模型。在此过程中以一种新的编码方式使遗传算法能够适应网格优化的特殊性；通过对变异算子的修改，保证遗传进化的有效性；将交叉算子放弃，避免了新产生的三角网格和已经存在的网格重叠和相交。通过这种方法可以调节形状的优化程度和侧重度。     

基于边界积分方程求解二维移动滚动接触问题

工程机械中,由于接触体之间的相对运动造成的损伤或疲劳一直是研究的重点。然而相对运动中,接触相对位置不断变化。为保证接触区应力精确模拟,需对所有可能接触区网格进行加密。为避免这一问题,采用网格更新法,保证仅当前时刻可能接触区网格需加密,并保证接触区节点一一对应。同时采用旋转坐标系法,推导出边界积分方程移动滚动前后时刻的等价性,避免积分重复计算。基于上述方法,提出二维移动滚动接触问题解方法并利用数值算例证明本文方法的有效性。