基于三角形网格的无量纲最小二乘有限元法及其应用

利用最小二乘有限元法计算二维流体场需要采用四边形网格，而仅采用四边形单元剖分含有角环、圆角和尖角等复杂结构的电力装备二维仿真模型时往往出现网格畸变。为此，本文提出了一种基于三角形网格实现最小二乘有限元的方法，即在三角形剖分网格上再处理得到四边形网格，从而实现最小二乘有限元法计算流体场。为验证所提方法的有效性，论文分别对方腔模型和带有角环等复杂结构的变压器单分区模型进行了数值计算，并分别与规则四边形网格下的最小二乘有限元法和Fluent计算结果进行对比。对比结果表明本文所提出的网格处理方法可以实现含有复杂结构电力装备的二维流体场仿真。     

成果角

浙江省2002年科技成果成果名称：高精度位置敏感探测器（PSD）与微型彩色CMOS的应用开发省内第一完成单位：浙江大学国家光学仪器工程技术研究中心省内第一完成人：陈钰清内容简介：位置敏感探测器（PSD）是一种光电子器件，它能测量入射光斑或粒子位置坐标，具有分辨率高、响应速度快、信号处理电路简单等优点，适用于位置、距离、位移、角度等其它物理量的精密测量。现已能批量生产梳状结构一维PSD（1mm×8mm）和四边形结构二维PSD（3mm×3mm），年产2万个器件。微型彩色CMOS中应用的光学低通滤波器（OLPF)能有效抑制高手CMOS…     

一种基于光点位置敏感器件的风速风向测试系统设计

以二维位置敏感检测器(PSD)为核心器件设计了二维风速风向测试系统,系统采用激光作为光源,光源射在PSD上的位置反映了环境风速和风向的大小.简要介绍了PSD的原理和特点,分析了测试系统的工作原理,利用矢量计算给出了风速和风向的计算方法.制作了测试系统,并对PSD位置定位和风速风向的关系进行了测试.该系统的风速测量范围在0～30 m/s,未经放大处理时,分辨率可达0.15 mV/(m·s-1),风向测试的平均误差小于7°.该传感系统结构简单,测试方便,受环境温度影响小.选择合适的风敏竿,可以进一步增加测试灵敏度和拓宽测量量程.     

基于改进共轭梯度算法的二维PSD非线性修正

分析了二维PSD的非线性特征及其误差产生的原因,总结了二维PSD的非线性特性对测量结果的不利影响,提出了改进的神经网络共轭梯度算法,利用目标函数的梯度逐步产生共轭方向,并运用函数的导数方法进行快速搜索和插值运算.通过Matlab仿真,证明了该算法在不增设备复杂程度的前提下,提高了PSD边缘区域的线性度、测量数据的准确性及测量速度,扩展了PSD在精密测量领域的应用.     

针对基于广义逆的特大增量步算法的二维拓展

为将特大增量步算法推广应用到二维实体分析上,提出了一种能适应特大增量步算法求解的二维4节点四边形单元.应用新单元的数值算例的结果表明,该单元在算法上收敛,对单元畸变不敏感,能用于特大增量步算法并可以利用在杆件结构系统类似的方法发挥并行计算的优势.     

二维不可压N-S方程二次四边形单元有限元解

粘性不可压流体问题是众多工程中重要的力学问题.数值求解Navier-Stokes方程会遇到两大困难:非线性和不可压性.针对二维不可压Navier-Stokes方程的特点,建立了以流函数为求解变量的四阶微分控制方程,有效地避免了处理涡量边界的难题.采用8节点二次四边形单元,单元基函数为2次非线性高阶函数,建立了求解二维不可压N-S方程的有限元方程,并自主开发了二次四边形单元有限元程序.数值实验结果验证了该方法的精确性和可靠性.因此,该方法在计算流体力学中有较好的应用前景.     

异形板桥的样条子域法分析

针对平面形状不规则的异形桥梁,采用样条子域法对之进行数值分析.将异形桥梁进行结构离散,得到具有曲线边界的任意四边形子域,采用映射的方法,将其变换成规则矩形子域.然后采用二维样条函数构造其位移模式,利用最小势能原理获得问题的解答.     

二维连续体结构的拓扑和材料一体化设计

通过基于Wolff法则的连续体拓扑优化方法所获得的连续体结构最优拓扑中的材料往往呈非均匀性.为了实现二维连续体结构的拓扑和材料的一体化设计,在获取结构的最优拓扑后,利用具有周期性微结构的二维网格结构比拟原正交各向异性非均匀连续体结构,使得两者在力学性能上等效,从而实现最优结构的材料设计.数值算例验证了比拟方法的正确性及材料设计的可行性.     

有限元网格自动生成及图形显示程序

本文给出一个通用的二维有限元网格生成及图形显示程序。据此可将四边形超单元在等参变换基础上,划分成3结点三角形,4结点四边形,6结点三角形,6结点等参三角形和8结点等参四边形5种形式的单元组合,可得到单元结点的插值温度、厚度,可处理不同材料组成的结构,结点编码采用优化编码,自动显示生成的网格图形。     

非结构化网格上N-S方程的离散

采用有限容积法离散控制方程,实现了二维非结构化同位网格上的SIMPLE算法,并编写了四边形网格求解不可压缩N-S方程组的程序.分别采用三角形网格与四边形网格,对计算传热学中有基准解的顶盖驱动空腔流问题进行了模拟.结果表明:所提算法既可用于三角形网格,又可用于四边形网格；三角形网格与四边形网格的模拟解均与基准解吻合,验证...     

一维、二维PSD的检测原理及测量电路

介绍了新型传感器PSD在一维空间和二维空间的检测原理,并以理论推导的方式给出了归一化公式,来作为设计外围电路检测光点位置的依据。     

一种基于双面型PSD的信号处理电路的设计

位置敏感探测器较之其他光电探测器件有其特有的性能优势,而双面型位置敏感探测器是二维位置敏感探测器中线性度最高的,但却存在不便于加反偏电压的缺点.针对这一缺点,设计了一种反偏电路,利用运算放大器两输入端虚短的特性,成功地给双面型位置敏感探测器施加了反偏电压.同时,对于反偏电路在输出端产生的增量,在运算电路部分成功地进行了消除,通过仿真测试,得到了与理论计算一致的结果.     

一种用于图像处理的二维开关电容滤波器新的设计系统

二维实时滤波器开关电容网络新的设计方法．该设计是在综合法的基础上，利用无损、非倒数原形电路而得到的开关电容网络．本文所使用的几个计算机软件，可将其集成为一个完整的设计系统．本文作为该设计系统的应用，该滤波器可以象一个ＣＭＯＳ单片那样实现，若与数字滤波器实现相比较，可达到降低成本和减少功耗的目的．     

复合晶体探测器中数字化波形甄别器的设计

为满足X射线辐射探测脉冲波形甄别器(PSD)实时性要求,提出了一种新型的数字PSD设计。应用快速模数转换(Flash-ADC)技术,在电路前端对电压脉冲采样将模拟信号数字化;用数字信号处理技术计算采到的波形与理想NaI和CsI波形模板相关系数的差,并以此特征量作为判别采到的信号是否为NaI信号的依据,经计算处理可实时给出甄别结果。用Geant4和Matlab模拟了光子从入射探测器到最后生成相关系数差的分布的整个过程。结果表明:新型数字PSD误判率小于0.5%,满足实时处理事例50ms-1计数率的要求。     

基于二维位置敏感探测器的空间对接过程研究

为了准确地捕捉机器人空间对接的传感器信息,从对接机构的设计入手,研究了空间对接中传感器的选择、改制和基于传感器信息的空间对接问题.考虑到安装空间的限制和处理的信息量太多,提出了利用二维位置敏感探测器（PSD）配合红外发光器阵列的方法完成机器人的空间对接.通过对位置敏感探测器工作原理的分析和对传感器特性的试验,提出了在PSD光敏面上增加光学装置的方法以扩大它的探测范围和精度,同时大大减小了它对光信号的依赖程度.把该方法应用于可重构模块化探测机器人系统中,提出了基于传感器信息的轨迹规划方法,对子机器人空间对接过程的仿真试验验证了轨迹规划和空间对接的可行性.     

低维细胞混沌神经网络的电路实现

通过分析三维细胞混沌神经网络模型的非线性动力学性质．给出了一种简单的混沌电路实现方式。主要提出此电路一种模块化的设计思路，将神经元设计为子电路模块，并用网格式布局了神经元子电路模块之间的连接矩阵，实现了三维混沌系统的模拟。实验结果证明了神经元模块化思路和电路设计结构的正确性。该电路简单实用，且具备很好的扩展性，对混沌神经网络的神经元构造和神经信息处理等都有一定意义。     

低维细胞混沌神经网络的电路实现

通过分析三维细胞混沌神经网络模型的非线性动力学性质，给出了一种简单的混沌电路实现方式。主要提出此电路一种模块化的设计思路，将神经元设计为子电路模块，并用网格式布局了神经元子电路模块之间的连接矩阵，实现了三维混沌系统的模拟。实验结果证明了神经元模块化思路和电路设计结构的正确性。该电路简单实用，且具备很好的扩展性，对混沌神经网络的神经元构造和神经信息处理等都有一定意义。     

PWM型数/模混合电压调节器芯片电路设计

给出了一种新型的汽车电压调节器电路结构.该电路的电压调节功能由脉宽调制过程实现,电路芯片的设计采用双极模拟I2L数字混合结构.通过闭环仿真模拟验证了电路原理的正确性,在模拟分析的基础上,对芯片电路的工艺设计和版图设计进行了讨论     

磁通门信号处理电路的设计与研究

针对磁通门传感器检测到的环境磁场强度信号，运用谐波选择法，设计了磁通门信号处理电路。电路系统采用闭环控制，磁通门信号处理电路由磁通门激碰电源电路、选频放大器、相敏检波器、积分环节、反馈环节组成，实现了将环境碰场强度信号与电压信号转换。电路简单、调试容易、工作稳定。笔者给出了电路图和反馈系数等关键数据的计算方法。     

汽车防抱死制动系统轮速传感器信号处理

研究了一种用模拟/数字混合电路设计方法 ,解决汽车防抱死制动系统轮速传感器信号处理问题 在对变磁阻式轮速传感器进行多种工况试验的基础上 ,分析并归纳出该种传感器的信号特性 ,据此提出了适合处理车轮速度电路设计的结构函数 ,利用该结构函数设计出了轮速信号处理电路 ,并对电路进行了仿真和试验研究 研究结果表明 ,依据结构函数设计出的轮速信号处理电路 ,能实时处理汽车在制动过程中车轮速度大范围变化所产生的信号 电路工作稳定、可靠 ,抗干扰能力强 ,在较低车速下 (<3km/h)仍能正确地测量车速