Fast Multipole BEM for 3-D Elastostatic Problems with Applications for Thin Structures

The fast multipole method (FMM) has been used to reduce the computing operations and memory requirements in large numerical analysis problems. In this paper, the FMM based on Taylor expansions is combined with the boundary element method (BEM) for three-dimensional elastostatic problems to solve thin plate and shell structures. The fast multipole boundary element method (FM-BEM)requires O(N) operations and memory for problems with N unknowns. The numerical results indicate that for the analysis of thin structures, the FM-BEM is much more efficient than the conventional BEM and the accuracy achieved is sufficient for engineering applications.     

快速多极边界元法在薄板结构中的应用

基于Taylor级数多极展开研究了边界元快速多极算法(FM—BEM)，并将它应用于薄板结构。算例分析表明FM—BEM的计算时间和存储空间明显少于常规边界元迭代解法。随着问题规模的增大，这种优势将更加突出。     

任意视点电视系统中深度数据的自适应非均匀量化方法

为了降低现有任意视点电视系统中深度数据量化所带来的量化失真,提出一种自适应非均匀深度量化方法.首先根据深度数据的统计特性,选取有效深度子空间;然后对有效深度子空间重新进行精细划分,得到对应的自适应量化表;最后使用该自适应量化表对原深度数据进行自适应量化.实验结果表明,与现有的均匀量化和普通非均匀量化方法相比,使用所提出的方法可使深度数据的量化信噪比平均提高20 dB.因此,自适应非均匀量化方法能够显著降低深度数据量化误差,有助于在任意视点电视系统的接收端获得高精度深度数据,从而得到主观效果更好的虚拟视图.     

多极边界元法在轧件矫直变形分析中的应用

采用多极边界元法分析矫直过程中轧件的变形情况。对不同矫直力下几何中心层上下部分的塑性变形区的变化规律进行分析,着重讨论中性轴上节点的塑性变化。通过算例分析表明,当矫直力为250kN时,中性轴上节点的塑性变形比相邻两侧的塑性变形小,随着矫直力的增大塑性变形差异逐渐消失,当矫直力达到500kN时形成一个相对平缓区。同时在矫直力作用下中性层会发生偏移,这是矫直过程中压弯量给定不准确的重要原因之一。这些结果通过有限元法是无法模拟得到的。     

规划-迭代型多极边界元法的并行IGMRES(m)算法

提出了基于多极展开法的规划-迭代型非线性方程组的IGMRES(m)并行算法,本法适用于三维弹塑性摩擦接触多极边界元法,有效处理弹塑性摩擦接触迭代过程中的繁杂和费时问题,数值实验表明,本求解法在确保数值精度的前提下,提高求解速度和增大求解问题的规模是有意义的.     

弹塑性摩擦接触多极边界元法的规划-迭代型算法

提出一种基于多极边界元法（FM-BEM）的规划-迭代型不完全广义极小残值法（简称IGMRES（m）并建立其收敛性理论．新求解算法采用截断技术,在迭代时仅使用前面计算出的部分向量构造新的递推式计算后面的向量,矩阵和向量的乘积采用多极展开法（FMM）计算,使得计算量和存储量大为减少．通过数试验证明,新算法可有效地处理弹塑性摩擦接触迭代的繁杂和费时问题,在确保数值计算精度的前提下,大大减少迭代次数,显著提高计算效率．     

非均匀应力场下圆形隧洞围岩弹性应力分析

为了能更好的研究隧洞围岩在非均匀应力场下开挖过程中整体的稳定性,根据隧洞围岩在非均匀应力场下的模型特点,将隧洞围岩周围应力划分为两部分进行叠加。基于D-P准则与理想弹塑性本构关系,采用双调和方程和半逆解法,推导出非均匀应力场下圆形隧洞弹性区围岩应力的解析表达式,并通过Flac3D数值模拟对理论分析结果加以验证。结果表明：考虑中间主应力系数的影响时,中间主应力系数越大与之对应的侧压系数范围越小;侧压系数越大隧洞帮部集中应力降低,拱顶的集中应力增大;同时理论分析结果与数值模拟结果基本一致。在考虑非均匀应力场分布的力学模型更为准确地反映了隧洞围岩应力分布特点,对隧洞围岩的支护方案具有一定的意义。     

非均匀温度分布下温差发电阵列拓扑结构优化

利用热电材料实现温差发电技术已成为目前研究热点,但温差发电阵列热端温度分布不均将严重影响系统的输出功率和可靠性。为此,首先针对2×2温差发电阵列,研究其在不同热端温度分布情况下,温差发电阵列内部的连接方式与输出功率和可靠性的关系。其次,提出了一种温差阵列内部连接结构优化方法,通过改变内部连接方式以减少阵列功率损失,提高其可靠性。最后,通过温差实验平台,在不均匀温度下开展了4×4温差发电阵列实验,并与传统串并联阵列、网状阵列和桥型阵列等温差发电阵列进行了输出功率及可靠性比较分析。实验结果表明：在热端温度不一致的情况下,所提出的优化温差发电阵列比传统温差发电阵列可以更好地兼顾温差发电阵列的输出功率与可靠性。     

电磁波在非均匀等离子体中的衰减效应研究

电磁波与等离子体相互作用是等离子体隐身技术的关键技术,也是空天信息对抗的重要研究方向。采用时域有限差分法模拟了电磁波在非均匀等离子体中的衰减效应,采用空间投射波法测量了C波段电磁波在非均匀等离子体中的衰减系数,分析了等离子体分布对衰减效应的影响。研究结果表明,非均匀等离子体相比于均匀等离子体对电磁波衰减效应更为明显,合理的等离子体分布有助于增强对电磁波的衰减作用。     

风速非均匀分布对蒸发器性能的影响

研究、对比了均匀和非均匀风速下蒸发器的性能,实验测量了某空调蒸发器表面的风速非均匀分布,数值模拟了该非均匀风速下蒸发器的性能,实验验证了非均匀风速下模拟结果的准确性.研究结果表明:非均匀分布时风速比均匀风速大的管路换热量较之均匀风速时的有所增加,风速比均匀风速小的管路换热量较之均匀风速时的有所减小,且换热量减小的幅度比增加的更加显著;传热系数随风速非线性增加;各支路出口状态差别越大,蒸发器换热量的衰减幅度就越大.     

非均匀地应力下蠕变地层套管的载荷分布

地层蠕变效应是引起套管损坏的主要原因之一,在非均匀地应力下,如何计算蠕变地层作用于套管上的最终稳定载荷是一个非常困难的问题.将套管看成弹性体,把地层视为无穷大的粘弹性体,建立了非均匀地应力条件下蠕变地层的开尔文模型本构方程,运用应力分析法和拉普拉斯变换法,求解出非均匀地应力条件下蠕变地层套管的载荷,并分析了套管载荷的分布.结果表明,当套管刚度较大时,经过足够长的时间,套管载荷趋于一个稳定的最大载荷分布,且其值接近于完全弹性解.     

二维SPACE RIP并行成像技术在三维磁共振成像中的应用

相比均匀欠采样规则,基于非均匀欠采样规则的SPACE RIP并行磁共振成像技术能够获得更高质量的影像。为了减少三维快速自旋回波(3-D fast spin echo,3-DFSE)序列的扫描时间,该文提出了在2个相位编码方向都采用基于指数分布的非均匀欠采样规则,结合SPACE RIP并行磁共振成像技术来减少扫描时间。并用仿真实验、水模研究以及活体实验来评价所提出方案的性能。实验表明,重建后的图像噪声低、分辨率高并且无明显混叠伪影,对临床诊断具有较高使用价值。     

基于XFEM的混凝土保护层锈胀裂纹分析

采用扩展有限元法(XFEM)和过盈装配的方式,建立了混凝土保护层非均匀锈胀开裂有限元模型。计算结果表明:首先在与钢筋接触的左右两侧10°~30°范围内形成包含数条微裂纹的裂纹带,对称于钢筋的中轴线背向发展,随着锈蚀程度的加深,在裂纹带形成一条斜向的主裂纹,从而导致保护层产生"楔形"破坏。通过对ABAQUS进行二次开发,提取了锈胀裂纹长度,发现裂纹长度与钢筋锈蚀率之间呈指数关系,指出裂纹发展可分为3个阶段(萌生区、扩展区和平缓区),应以裂纹进入平缓区的钢筋锈蚀率对结构进行评估,并给出了界限判据。与广惠高速公路沿线桥梁保护层剥落病害对比分析,验证了计算结果的精确性。     

双道次张力减径过程金属流动三维有限元模拟

采用非线性有限元软件MARC/AutoForge,通过三维弹塑性热力耦合的有限元方法,模拟了新型油井管用钢33Mn2V双道次张力减径过程中的金属流动情况,分析了工件内外表面的速度场分布规律.模拟结果表明:不论是工件外表面还是内表面,在张力减径过程中金属流动速度分布都是不均匀的;实际生产制订合理的可行性工艺方案时应当考虑这些因素.     

非均匀来流下飞翼布局气动特性模拟方法研究

飞翼布局的非均匀来流会使得飞翼的流场不均匀,从而影响其气动性能。通过引入"网格速度"来计入非均匀来流的影响,求解非定常Navier-Stokes方程,实现了非均匀来流下飞翼布局气动特性的数值模拟。首先采用该方法对NACA0006翼型非均匀来流下的气动力响应进行了计算,计算结果与文献计算结果吻合良好。进一步对某飞翼布局飞机在非均匀来流下的气动力响应过程进行了数值模拟,得到了不同振荡速度比率下飞翼布局气动力系数随相位角变化曲线,结果表明,振荡速度比率越大,升力响应的幅值越大,非均匀来流对飞行器气动特性影响越明显。     

三轴椭球体模型中星风物质损失率的分布

采用三轴椭球体模型和理论计算,数值模拟并分析了子星的星风物质损失率分布。结果表明三轴椭球体模型下受有效重力加速度和不透明度的影响,子星的星风物质损失率分布是非均匀的,在该分布和子星形变的共同影响下角动量损失率的分布也是非均匀的。     

基于Gaussian混合模型的LSF参数量化方法

为了高效率量化线谱频率(linear spectrumfrequency,LSF)参数,提出了基于G auss ian混合模型(G auss ian m ix ture m ode l,GMM)的LSF量化算法。假设LSF矢量属于GMM中的某一个G auss ian分布,用G auss ian分布随机矢量的量化方法对LSF矢量进行了量化。利用准确的G auss ian分布变量量化误差,得到了G auss ian分布矢量的比特分配方法。应用G auss ian分布随机变量的非均匀量化方法量化每一维LSF参数。最后给出了分裂矢量量化、基于概率密度函数(probab ility dens ityfunction,PDF)量化方法和该算法的性能对比。该无记忆LSF量化算法在21 b/帧可以达到透明量化,比传统Sp litVQ节省3 b。     

基于统计特性的路面图像光照不均匀校正算法

针对传统的灰度校正方法不能有效地校正全局光照不均匀的路面图像,提出基于统计特性的路面图像光照不均匀校正算法。算法根据路面图像自身的特点,以及正态分布特性,利用图像的均值和方差估计每个子块图像的背景灰度值,然后利用双线性插值的方法构造背景灰度矩阵,最后原图像减去背景灰度即可得到校正后的图像。仿真实验证实,该算法能有效地减少图像的光照不均匀,达到校正图像的目的。     

两种非均匀进口速度下尾水管内流CFD模拟分析

对两种不同负荷条件时给定尾水管非均匀进口速度条件，进行了内流计算流体动力(CFD)分析，采用定常流动计算方法对同一问题进行了对比，给出了两种工况条件下，各主要特征截面上的参数变化特征和详细细节，计算分析结果显示A工况速度条件的流动特征明显优于B工况，解决了CFD非均匀进口速度条件下的给定问题．     

基于半椭圆锈蚀模型的混凝土保护层锈胀开裂分析

钢筋锈蚀时锈蚀层的分布规律会因钢筋所处的位置不同具有差异性,为了分析非均匀锈蚀层分布的差异对混凝土保护层开裂的影响,基于钢筋锈蚀层半椭圆分布模型,对钢筋非均匀锈蚀情况下的混凝土保护层开裂过程进行了有限元分析,并与均匀锈蚀假定下的保护层开裂理论进行了对比.研究显示按照均匀锈蚀假定的计算结果与非均匀锈蚀假定具有较大误差,尤其是在边角区误差更为明显,考虑钢筋锈蚀的非均匀性更加符合实际.对影响保护层锈胀开裂的因素进行分析后发现,钢筋直径和保护层厚度对保护层锈胀开裂的影响较大,混凝土抗拉强度对保护层锈胀开裂的影响较小.