机器人碰撞问题中的微分对策方法

研究了两个机器人在受控状态下的碰撞问题。建立了碰撞问题的数学模型，将碰撞问题转化为追逃微分对策问题，用微分对策的方法推导出追逃双方机器人为了达到各自目的所应采取的最优控制策略，并且给出了数值模拟算法。研究表明，追逃双方机器人的控制作用使得彼此的加速度方向一致时，双方都取得最优控制策略，同时也证明了微分对策方法在处理碰撞问题时的有效性。     

船舶碰撞与触底事故的数值仿真

非线性有限元数值仿真方法在船舶碰撞事故的力学分析中正得到日益广泛的应用。介绍了该方法在船船碰撞和船桥碰撞分析中的应用实例，指出了应用该方法的关键技术并列出了所能得到的计算结果。同时给出了一个校准计算的研究结果，证明非线性有限元数值计算方法可以对复杂的碰撞损伤给出十分良好的仿真。     

机器人碰撞问题中的微分对策方法

研究了两个机器人在受控状态下的碰撞问题。建立了碰撞问题的数学模型,将碰撞问题转化为追逃微分对策问题,用微分对策的方法推导出追逃双方机器人为了达到各自目的所应采取的最优控制策略,并且给出了数值模拟算法。研究表明,追逃双方机器人的控制作用使得彼此的加速度方向一致时,双方都取得最优控制策略,同时也证明了微分对策方法在处理碰撞问题时的有效性。     

分层索引模型的NC程序碰撞检测新方法

以加工设备最大加工空间分层索引模型为基础，提出数控加工程序碰撞 检测新方法。该方法将三维物体间的碰撞问题，转化为判断平面内一点与一封闭轮廓曲线位置关系的问题。由此，降低了碰撞检查的复杂程度，因而提高了碰撞检测的效率。文中同时给出以微机为硬件基础的算法实例。     

机械参数对触头弹跳性态影响的分析

将电触头弹跳现象作为自由振动碰撞的强非线性或突变问题处理，应用计算机数值模拟获得该问题的理论解，由此发现弹跳过程是无序运动，从理论上揭示了非线性动态接触电阻产生的动力学根源，数值模拟结果表明电接触系统机械设计参数对接触的动态过程有显著的影响．提出机械参数良好的匹配是改善和提高电接触元器件性能指标的经济、有效的方法．文中也给出可供工程设计应用的系统机械参数匹配曲线     

相邻结构之间的碰撞分析

针对土木工程中相邻结构的碰撞问题，提出了一个新的分析模型，即建立碰撞附加速度约束条件，然后求解冲量形式的动力方程．碰撞力以约束力冲量的方式出现在动力方程当中，无需预先求解，并给出了求解结束之后直接通过单元处理求得撞击力的方法．算例分析表明，该模型在分析结构之间的碰撞时是有效的．     

PG-15型节制杆式台车试验系统的稳定性和重复性

介绍了节制杆式台车试验系统的基本原理，从对节制杆式台车试验系统建立的动力学方程的稳定性入手，运用动力自治系统的稳定性性质，分析了影响控制方程稳定性的因素，如初速和节制杆式台车试验系统的结构参数，给出了重复性的基本定义和计算公式，计算了不同初速下台车的加速度曲线并进行了对比，结果表明两曲线相似且差别很小，具有良好的稳定性，通过台车碰撞模拟试验，得到了模拟加速度曲线，与实车碰撞加速度曲线接近，说明台车碰撞模拟试验真实，能稳定地再现汽车碰撞的动力学过程，理论和试验结果表明，在许可范围内该系统具有良好的稳定性和重复性。     

超高速碰撞电磁效应数值模拟

采用理论分析和数值模拟结合的方法对超高速碰撞产生等离子体问题进行研究. 通过SPH方法,建立二维轴对称模型,针对不同碰撞速度进行数值模拟,对比不同时刻碎片云的形状以及膨胀速度,验证数值模拟的正确性;利用Thomas-Fermi模型,计算超高速碰撞过程中SPH粒子的温度,对于发生汽化的部分考虑其产生的等离子体参数;以统计物理学为基础,基于化学反应动力学原理,建立了非热平衡等离子体电子数密度、电子温度、宏观温度以及内能之间的关系,用以计算超高速碰撞过程中产生等离子体的参数. 给出不同时刻碰撞产生的总电荷数随时间的变化,将数值模拟结果与文献中经验公式结果进行对比,验证了本文中计算超高速碰撞产生等离子体方法的正确性.     

船舶与海洋平台碰撞的动塑性分析

建立了船舶与海洋平台碰撞系统的运动方程式，利用塑性节点法结合大位移理论处理碰撞过程中结构的大变形，塑性以及应变硬化等问题，并考虑了圆管局部凹陷特性，橡胶护舷、水动力、构件屈曲等因素对碰撞过程的影响。文中采用Ｗｉｌｓｏｎθ法结合修正的牛顿－拉夫逊迭代对碰撞结构系统的非线性动力响应进行了数值模拟，并给出了一个典型的代应船与平台碰撞的动塑性分析算例。     

基于Harmonic Polynomial Cell方法的孤立波碰撞数值模拟

二维Harmonic Polynomial Cell (HPC)方法是一种高精度、高效率地求解拉普拉斯方程的数值方法,可以用于模拟波浪与波浪之间、波浪与海洋结构物之间的相互作用.本文基于HPC方法、重叠网格法以及Goring造波方法建立了模拟活塞式推板造波的二维全非线性数值波浪水槽,对孤立波的对撞现象进行了数值模拟,给出了等波高和非等波高孤立波的碰撞爬升结果以及撞后空间相位的变化规律.对于波幅为0.4的等波高的孤立波碰撞,数值结果和实验结果对比非常出色,从而验证了HPC方法应用于孤立波碰撞问题研究中的准确性.文章分析了在有关的实验和数值模拟中得到的结果与三阶理论解之间存在差别的原因.数值结果表明,碰撞的最大爬升波高大于初始孤立波波高之和,碰撞后的相位差在碰撞中点处较大,远离碰撞中点时趋于稳定.     

SPH方法在溃坝数值模拟中的应用

光滑粒子流体动力学(SPH)方法是一种纯拉格朗日无网格方法,适用于模拟波浪破碎、高速水流、高速冲击碰撞等瞬时极大变形的问题。介绍了SPH方法的基本原理、核函数及离散格式的控制方程、边界处理方法等,建立了数值水槽模型,验证了模型的有效性。应用SPH方法模拟了二维溃坝问题,考虑了添加无孔障碍物和有孔障碍物的2种情形,将模拟得到的结果进行对比分析。结果表明,SPH方法能够很好地捕捉流体自由面变形、飞溅及融合现象,在一定程度上有孔障碍物有更好的消能效果。     

一种光滑粒子流体动力学-有限元法转换算法及其在冲击动力学中的应用

为了解决冲击动力学中的大变形问题,提出了一种光滑粒子流体动力学-有限元法(SPH-FEM)转换算法,以等效Mises应力作为转换判据,将冲击过程中局部大变形区域的有限元网格转换为SPH粒子.该算法在大变形区域使用具有优势的SPH,在小变形区域使用精度和效率更高的FEM,为冲击动力学问题的数值计算提供了一条有效途径.使用SPH-FEM转换算法对圆柱形钢弹正冲击钢板发生冲塞破坏的过程进行了三维数值计算,计算结果与实验吻合较好,显示了该算法在计算精度方面的优势.在实际工程中,需要根据具体材料的失效模式,选择更加合适的转换判据.     

光滑粒子流体动力学的研究进展及应用

本文从光滑粒子流体动力学（Smoothed particle hydrodynamics,SPH）方法的基本理论出发,论述了经典SPH方法存在的问题：插值不连续,边界处理,张力不稳定性;对五种改进的SPH算法（NSPH,RKPM,CSPM,MLSPH,ISPH）的原理及特点进行了总结。并总结了SPH方法在可压缩流,不可压缩流,材料的变形与冲击断裂中的应用情况。最后,结合SPH在工程领域中的应用提出几点展望。     

动态大变形计算模拟的无网格强积分核函数

作为一种基于强函数积分形式的无网格计算方法,SPH（Smoothed Particle Hydrodynamics）方法在高能炸药爆炸、流体动力学及固体强冲击模拟计算中已经得到了广泛的应用.然而,目前该方法还存在许多问题,主要表现在拉伸不稳定性、零能量模式、边界条件实施困难、精度较差等,研究表明通过提高核函数的一致性可以使这些问题得到不同程度的改善.在RKPM（Reproducing Kernel Particle Method）方法基础上推导了高阶一致性核函数的公式,构造了适用于SPH方法的简化线性一致性核函数.通过算例证明了简化线性一致性核函数的可行性和优越性,即随着核函数一致性的提高,数值计算精度不断改善,最后对线性一致性核函数的非负特性进行了讨论.     

SPH和FEM耦合方法分析机翼前缘鸟撞的响应问题

鸟体的强度远比铝合金小,鸟体在撞击过程中表现强烈的流体流动性.介绍利用PAM-CRASH软件,采用SPH(Smooth Particle Hydrodynamics)和FEM耦合技术分析鸟撞机翼前缘问题.通过将鸟体离散成光滑粒子(SPH)单元,并且采用铆钉连接单元简化蒙皮和肋板的铆钉连接,准确分析了鸟撞动态特性.SPH方法在鸟撞仿真中,克服了网格稳定性问题,并能有效分析鸟体的飞散现象.     

高速磁悬浮车辆复合板抗冰雹冲击动力响应研究

为解决高速磁悬浮的抗冲击问题,建立了磁悬浮列车车身夹芯复合板的有限元模型和冰雹的SPH粒子模型,利用大型动力有限元分析软件LS-DYNA,模拟了列车高速行进过程中车身复合板遭受冰雹冲击的动力响应及损伤破坏问题.通过分析研究,给出了不同冲击速度下的复合结构的应力、应变计算结果,同时给出了冲击破坏模式.结果表明采用SPH方法模拟冰雹冲击行为具有合理性和准确性.      

基于SPH法的飞机风挡鸟撞失效破坏研究

运用SPH方法模拟了鸟撞飞机风挡的过程,鸟体模型采用SPH法建立,风挡模型采用Lagrange法定义,鸟体以515km/h、562km/h和600km/h的速度分别撞击风挡对称线上前1/3点。通过仿真模拟,获取了鸟体撞击风挡的应变、位移、应力曲线,风挡失效损伤演化过程,并与试验结果对比,证明所建鸟撞风挡有限元模型可以准确预测风挡的鸟撞动态响应。研究表明：鸟体撞击风挡对称线前1/3点时,风挡最大变形发生在风挡中间部位;风挡在弯曲作用下首先会在内表面发生失效破坏;撞速为600km/h的风挡发生失效破坏后,在撞击区域形成多条与风挡对称线呈大约50°夹角的裂纹及少部分横向裂纹。     

基于CSPH法的含裂纹弹性板动力变形分析

针对传统光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)法在计算过程中出现的边界缺陷不利影响;以及离散粒子分布不均匀时带来的精度和稳定性误差问题,采用一种对SPH方法的核近似式和粒子近似式进行正则化处理的修正SPH法(CSPH),模拟了二维的弹性板在拉伸和剪切两种荷载形式作用下的动力响应问题,成功解决了张力不稳定导致的数值发散问题。计算结果表明CSPH法在计算弹性问题时具有较好的稳定性和合理性,为今后进一步分析弹性板的裂纹扩展问题提供了良好的研究手段。     

基于长程力的SPH方法固壁边界处理

将近场动力学(PD)中的长程力引入光滑粒子流体动力学(SPH)的固壁边界处理模型中,给出一种适合SPH方法边界处理的新方法。通过液柱坍塌、Poiseuille流、水铸造充型仿真和土体崩塌4个算例对该方法的有效性进行验证。结果表明:该方法能很好地解决粒子非物理穿透边界;能客观反映真实的边界作用;对于复杂几何边界和具有材料强度的动力学问题也相当有效。     

基于SPH方法与GPU并行计算的阶梯流数值模拟

为了更好地模拟分析地下空间阶梯流动力学规律和提升数值计算效率,本文利用光滑粒子流体动力学方法(SPH)并借助GPU并行计算技术对地下空间阶梯流进行数值建模和计算。基于GPU并行化加速的SPH地下空间阶梯流模型的数值计算结果表明：该模型不仅计算获得较好的阶梯流流态,而且计算效率大幅度提高,比串行SPH模型和移动粒子半隐方法(MPS)模型快数百倍,这为研究大尺度城市街区洪水提供了一个比较有前景的研究途径。