机电系统全寿命数值/物理模拟研究

重大机电产品全寿命研究具有广阔的工程背景和较高的经济效益，但传统的全寿命可靠性试验常造成资源浪费和环境污染．为使此类系统可靠性研究可持续发展，论文介绍了以小样本开发为目标，以GM(gray model)数值模拟和VP(virtual prototype)物理模拟为手段的全寿命模拟研究方法，并通过某传动装置的可靠性设计实例说明物理模拟方法的可行性和有效性．两种方法交互验证可成为小子样复杂系统开发的重要途径．     

非线性动力方程精细积分级数解的并行算法

非线性动力方程通过变量变换可以转化为一阶微分方程,该方程的解由表示初值影响的齐次方程解和反映荷载作用的积分之和组成.其中:第一项用指数矩阵计算;第二项在文中采用级数解计算(设计了3种相应的并行算法),算法1对级数解的每一项先做若干个向量的线性组合,再做矩阵向量乘1次;算法2与算法1原理相同,只是将矩阵的幂运算转换成乘积;算法3先做若干个矩阵向量乘,再做若干个向量的线性组合.算法1的并行效率最好,但存储空间需求大,不利于大型结构的求解.算法2、3利用动力方程的稀疏变换改善了算法1的不足,算法3中级数解每一项计算均在其前一项基础上进行,一般能比算法2节省时间.最后,给出了算例验证,三种算法都获得了较好的加速比.     

基于并行计算的盾构隧道施工三维动态仿真

以上海地区某双孔盾构隧道中试验段的施工为仿真对象,在现有多种计算方法的基础上,进一步突出盾构机施工工序和细节模拟,建立了大规模的全三维动态仿真模型,最后在高性能计算平台上结合并行求解算法完成了一系列计算.仿真结果显示了施工引起的具体地表三维隆沉情况,通过实测数据验证计算模型的合理性;同时也研究了不同并行求解方案对大规模盾构隧道开挖模拟的影响.     

并行数值仿真技术在盾构隧道地震响应分析中的应用

采用全三维非线性建模方法建立了盾构隧道总体有限元模型，模型规模上节点总数超过400万，单元总数超过380万．由于系统的非线性，且地震激励是一种时间历程，盾构隧道地震响应数值模拟的实质是一个超大规模非线性系统的瞬态响应计算问题，使得目前在地震安全性评价领域普遍采用的串行算法、串行软件和普通的计算机无法胜任此工作．本文根据所用超级计算机的体系结构特点，采用改进的区域分解算法，通过对盾构隧道总体模型合理分区来进行地震响应分析．地震波载荷选用调幅后的上海隧道场地人工地震波，应用通用非线性动力分析有限元程序LS-DYNA进行求解，计算结果可为隧道的抗震设计提供有力依据．