流形方法覆盖系统自动生成算法

用覆盖所有材料区域但独立于材料实际几何边界的任意形状数学网格和实际的物理网格来建立流形方法的覆盖系统 ,直接从数学覆盖和物理覆盖的定义出发 ,探讨了流形方法覆盖系统的全自动生成技术 ,并用VisioC 及其标准类库实现了流形单元和 2套覆盖的自动形成和编号 .     

基于四边形网格的流形方法覆盖系统生成算法

对流形方法的有限覆盖系统进行了深入研究,基于任意四边形数学网格,系统地提出和发展了一种简单、快速、稳定的流形方法覆盖系统生成算法.该算法未引入任何附加假设,可以容易、方便地进行复杂多裂纹(节理)岩体及其裂纹扩展过程的流形单元生成及物理覆盖编码,较好地解决了流形方法实施时遇到的瓶颈问题,为流形方法的研究和进一步应用奠定了良好的基础.     

三维数值流形法覆盖系统并行分区生成算法

三维数值流形方法（three dimensional numerical manifold method,3D-NMM）是岩土工程数值模拟中强大的数值方法之一。但一直存在接触判断困难、计算处理数据量大,效率低等问题。将并行计算技术应用于三维数值流形方法覆盖系统生成可以有效提升其覆盖系统的生成效率。详细研究了并行编程模式下三维数值流形法覆盖系统的生成算法。基于MPI分布式内存编程原理,将分区覆盖生成作为三维数值流形法并行覆盖生成基本思路。先采用规则粗六面体网格覆盖问题域,并利用Metis划分网格形成负载基本均衡的子区域,在原有串行算法的基础上设计了子区域覆盖系统的生成算法。并基于分布式内存存储模式下不同区域间数据传递需求,对本并行算法建立了界面信息传递算法,用以并行计算过程不同区域间中数据交流。最后,使用C++开发了基于布尔运算的三维数值流形单元及覆盖系统并行生成算法。算例表明此并行覆盖系统生成算法可有效提高三维数值流形法覆盖系统的生成效率及其应用规模     

数值流形方法覆盖自动剖分算法的几点改进

分析了一种用于数值流形方法的覆盖自动剖分算法,并对其加以改进和扩充,令其能够适用于复杂的材料边界条件和具有更好的通用性.应用算例表明,改进后的算法对任意边界条件的连续和非连续问题都能够进行覆盖系统的自动剖分.     

基于独立覆盖的高阶流形方法

提出了一种基于独立覆盖的高阶流形方法(ICMM).该方法基于完全独立的物理覆盖,在物理覆盖上可以定义一至高阶的覆盖位移函数,在独立的物理覆盖间采用具有真实物理意义的弹簧(区别于DDA(Discontinuous Deformation Analysis)和DEM(Discrete Element Method)方法中为迭代需要而设置的虚拟弹簧),避免了一般流形方法需要复杂的覆盖生成等前处理算法的困难,消除了高阶流形方法特有的线性相关性带来的总体刚度矩阵奇异性的问题,可以方便地应用于连续体分析、从连续到非连续破坏以及完全非连续问题的统一分析.算例分析初步验证了本文方法的正确性和有效性.     

三维数值流形方法及其积分区域的确定算法

该文采用长方体单元作为三维数值流形方法的数学覆盖 ,在此覆盖下物理覆盖和物体的交集是刚度矩阵的积分区域 ,采用的是Hammer积分法 .为了求解刚度矩阵 ,针对Hammer积分方法 ,该文提出了一种确定积分区域的算法和算法代码     

数值流形位移法在岩体裂缝扩展中的应用

基于三角形网格,对裂缝扩展过程中流形单元变化情况进行了深入研究,从几何网格的角度对数值流形方法的连续与非连续统一处理方式进行解读.采用一阶覆盖函数,推导出数值流形算法的权函数表达式,建立局部位移函数.通过数值流形计算程序,得出裂缝尖端位移,并计算尖端应力强度因子.通过经典的中心裂纹板模型,对数值流形位移法求得的尖端应力强度因子进行验证,算例的数值解和解析解吻合度较高,证明数值流形法计算裂缝扩展的准确性,为裂纹扩展过程中尖端应力强度因子的求解提供了新的数值解法.     

对流扩散方程的数值流形格式及其稳定性分析

将流形方法应用于对流扩散方程的数值求解,建立了基于标准Galerkin加权余量法的定常无源对流扩散方程的数值流形格式,采用一维定常无源对流扩散方程证明了物理覆盖的覆盖函数取完全一阶多项式的标准流形格式具有绝对的数值稳定性,并通过与一维对流扩散方程有限元解、精确解的对比,对该数值流形格式的稳定性进行了验证.同时,将基于四节点矩形有限单元覆盖系统的数值流形格式应用于二维平行管道中定常热对流扩散问题的数值分析.结果表明:在小的单元Pe(Pe<2)时,流形解的精度较有限元方法显著提高;在较大单元Pe条件下,一阶多项式覆盖函数的标准流形格式虽然绝对稳定,但假扩散作用显著,得到的数值解与真实结果存在较大的偏差.     

一种管道蛇形机器人的裂缝视频检测系统

为实现蛇形机器人在管道内部快速准确的识别管道内壁裂缝,基于一种改进YOLOv3算法为管道蛇形机器人设计了快速检测管道裂缝的系统。系统搭载了500万像素相机以及用于辅助标定的两个激光发生器。此系统通过摄像机采集管道内部视频信息,使用改进YOLOv3算法对视频进行检测,若识别出裂缝则输出当前图像。之后结合激光标定和边缘检测算法得到当前裂缝的物理信息。改进YOLOv3算法使用k-means++算法对裂缝数据集进行聚类,得到最佳先验框,并使用距离交并比代替交并比作为损失函数,以提高精度和速度。实验表明,改进YOLOv3算法平均精度为87.23%,与原始YOLOv3算法相比提高了5.88%;同时基于激光标定算法的图像处理得到的裂缝物理信息与实际信息误差在5%以内,可以用于实际工程。     

数值流形法局部网格加密算法

数值流形方法中网格加密是提高精度的方法之一,全局加密会严重导致计算效率低下,因此需要研究在数值流形法中覆盖系统网格局部加密.提出了数值流形法一到四级局部网格加密,可以根据实际情况需求自主选择网格加密等级进行计算分析.在数值流形法覆盖系统生成的算法基础上,采用C++面向对象编程技术开发程序.最后绘制裂纹分析数值算例计算后的位移图.结果表明:按照一到四级加密顺序对需加密区进行网格加密后,应力强度因子(stress intensity factor,SIF)与解析解误差均在5％以内,且符合加密越精细、计算结果精度越高的规律.可见此局部加密算法有效.     

流形方法的矩形覆盖系统及其全自动生成算法

作者在流形方法里采用矩形作为数学覆盖,从另一角度提出了一种不同于有限元法的数值分析方法。该方法结构简单,不需要准备单元和结点数据,数据输入量少,能够很方便地实现与CAD技术的一体化。文中详细地讨论了使用矩形网格的流行方法的理论和实施技术,并给出了其矩形覆盖系统的全自动生成算法。算例结果表明,理论和方法是正确、有效的。     

多种流形覆盖方式耦合的数值流形法及其应用

为了更好地利用数值流形法(NMM)模拟连续和非连续问题,根据NMM数学覆盖选择的灵活性,将有限元网格作为一种数学覆盖方式生成流形覆盖系统以避免细小流形单元的出现,并提出了将单个材料体描述为一个流形单元的独立覆盖方法。运用多种覆盖方式相耦合的方法模拟了混凝土的细观拉压模型,以及一个复杂结构岩质边坡模型,模拟结果较好地再现了相应的力学变形破坏过程。多种覆盖方式的耦合使得构建的NMM模拟模型更加合理;独立覆盖方式的使用降低了构建离散体系NMM模型的复杂程度,并减少了模型中的单元数量以及不连续面上的接触数量,提高了模拟计算效率。     

有限覆盖点插值无网格方法及其应用

数值流形方法能够统一地处理连续与非连续变形问题, 有限覆盖技术是这种方法的核心.无网格方法的前处理比较简单, 点插值法是其中的一种计算格式.为此,将有限覆盖技术与点插值方法相结合发展了有限覆盖点插值无网格方法, 从而综合了数值流形方法与点插值方法的各自优点, 能够有效地处理非连续性问题.在简要阐述了该方法基本原理的基础上, 对其进行了分片检验和曲线拟合试验, 由此证明了这种方法的收敛性, 同时表明由这种方法所构造的形函数具有Kronecker δ-函数属性, 曲线拟合精度较高.     

排气歧管罩动态特性分析与结构改进设计

排气歧管罩是某6360汽车发动机的主要表面噪声辐射源,利用有限元分析技术建立了其有限元模型并进行解析模态分析,分析结果与实验基本一致.在此基础上进行了在发动机缸体振动激励下的瞬态响应分析,结果表明排气歧管罩自由边法向振动速度最大,是其噪声辐射的主要来源.对排气歧管罩进行了结构改进.其分析结果表明改进效果良好,排气歧管罩的辐射噪声得到明显降低.