砌体结构倒塌反应的图形仿真技术

对基于离散单元法的砌体结构倒塌反应仿真系统作了简介 ,重点讨论图形仿真模块程序的编制方法及其与核心计算程序的接口方式 .阐述了三维图形标准OpenGL的优点和有关图形表现机制 ,并通过C 与OpenGL的结合 ,解决了仿真系统中数值计算模块与图形模块的数据传递、计算结果的动态演示、可视化效果的改善等问题 ,同时保证了模块的可扩展 .通过所开发程序的运行结果和模型振动台试验现场录像的对比 ,说明了开发方法的合理性和实用性 .最后对结构仿真软件开发中OpenGL图形标准的应用经验进行了小结     

数控冲床可视化智能图形编程系统

针对传统图形编程系统中编程与仿真分离的缺点,开发了一套将图形编程与数控加工仿真集成在一起的数控冲床可视化编程系统．介绍了系统的组成结构和所用到的主要技术细节．可视化技术的引入使得数控图形编程更加高效和直观．     

三峡船闸水力学数值实验室的研制及应用

阐述数值实验室的组成和结构,拓宽数值模拟的内涵,介绍相关的计算机图形及可视化技术在水利工程界的应用现状．将数值模拟技术和计算机图形处理及可视化技术紧密结合,研制了三峡工程永久船闸输水系统水力特性数值实验室．利用该数值实验室可以对三峡工程永久船闸输水系统任意运行工况进行实时数值试验,并以图形、图像、表格、动画等多种可视化方式给出数值试验成果．该成果表达形象直观,应用方便快捷．系统友好的界面使其能直接为工程设计和施工部门服务．     

单船中层拖网系统仿真平台的研究

为搭建单船中层拖网系统仿真平台,通过在航海模拟器平台上加入渔船运动模型、拖网曳纲和网板模型及网具系统模型,建立单船中层拖网系统的水动力模型,并利用三维图形引擎OSG(Open Scene Graph)实现渔捞模块三维可视化.整个拖网仿真平台包括教练员站、GMDSS通信单元、海图机单元、雷达单元、综合信息显示、渔捞模块等.平台测试表明,仿真效果和实时性满足模拟器视景系统的要求,系统稳定性良好.     

大型钢结构施工全过程数值分析的三维可视化

采用了基于三维真实感图形学的OpenGL图形技术，建立了面向非线性有限元空间结构数值分析的接口，设计和实现了施工过程数值分析结果的三维可视化软件——大型钢结构施工全过程跟踪仿真软件．软件的仿真结果具有三维真实感，提供轴线模式、内力模式、截面模式、真三维模式等多种显示模式，以及起吊、悬臂拼装、滑移、张拉、整体卸载等多种施工模式的仿真．软件提供交互观察和查询功能，仿真结果的几何及力学指标均真实准确，效果直观．软件已成功地模拟了卢浦大桥和北京奥运主场馆工程的施工全过程．     

光通信原理可视化仿真实验的研究

通过全数值计算方法,建立了光通信原理教学实验的可视化仿真模型.详细描述了光源、光纤链路、光探测及判决单元的建模原理及求解方法.利用这些模型和方法对40Gb/s单信道传输系统进行了仿真实验研究,演示效果直观形象,所得结果与实验室获得的曲线和数据相吻合.     

多晶体材料微结构的仿真与取向分布函数计算

为解决多晶体材料结构的可视化,设计Voronoi增量式外存算法,开发了多晶体材料微结构的“海量”级仿真技术,获得了数值化的晶粒几何信息数据。利用OpenGL图形接口,实现了一般多晶体及表层晶粒细化多晶体材料微结构的可视化仿真,并在此基础上采用Bunge符号的级数展开法模型,计算了各个晶粒的取向分布函数（ODF）,实现了取向分布函数值在取向空间内与实际晶体取向分布的一一对应;开发了软件ProDesign,为三维多晶体材料微结构的力学响应计算提供了基础性仿真工具,为识别“材料结构弱点”、评估微裂纹（群）的启裂及扩展、推演“微结构虚拟失效”行为搭建了支撑性平台。     

可视化的地下水数值模拟

首先简述了DOS环境下，地下水数值模拟面对的问题，随后以地下水模拟系统GMS4．0为例介绍了图形用户环境下地下水数值模拟专业软件的特点。在图形用户环境下，借助于面向对象编程的概念及地理信息系统空间分析技术，地下水数值模拟从模型建立、数据准备到结果输出实现了图形化和可视化，建模过程是面向对象的。这大大有助于人们对地下水数值模拟这一有力分析工具的掌握与应用。同时文中也从一个侧面反映了目前地下水数值模拟专业软件的主流趋势及发展方向。     

可视化控制与仿真环境软件VCASE的结构及功能设计

介绍了为满足工业控制与仿真新要求而设计开发的可视化控制与仿真环境支持软件ＶＣＡＳＥ．该软件具有通用和高性能的系统平台、合理的体系结构、丰富的操作功能和窗口图形及自动化生成手段,并已能投入实际应用．     

光纤传输系统仿真技术的应用研究

通过全数值计算方法,建立了光通信原理教学实验的可视化仿真模型。文中详细描述了光源、光纤链路、光探测及判决单元的建模原理和求解方法。利用以上模型和方法对40Gb/s单信道传输系统进行了仿真实验研究,演示效果直观形象,所得结果与实验室获得的曲线和数据相吻合。     

高压共轨喷油器内非稳态流动数值模拟

针对高压共轨喷油器内部非稳态流动现象,建立起瞬态流动的物理-数学模型,采用模块化分析方法进行了瞬态数值模拟．通过与试验结果的比较,验证了数值计算模型的准确性．在此基础上通过变参数数值模拟,分析了电磁阀通电时间、共轨压力、控制室进出口节流孔孔径及针阀弹簧预紧力对喷油过程的影响．结果表明：高压共轨喷油器不同结构参数对其动态特性、喷油率及循环喷油量等性能指标有很大的影响．其中,控制室进出口节流孔孔径的合理匹配和组合对获得良好的喷油特性尤为关键;燃油喷射系统要实现预喷,电磁铁的响应速度必须非常快．     

复杂结构井数值模拟分段耦合模型

针对复杂结构井的油藏渗流特征和井筒流动特点,分别建立油藏质量守恒方程、井筒质量守恒方程和井筒动量方程,采用井筒分段的方法对复杂结构井进行分段、编号,并与油藏网格相匹配,结合数值模拟矩阵"镶边"处理方法实现复杂结构井油藏和井筒的耦合,利用全隐式方法进行求解。以鱼骨状分支井为例进行计算分析。结果表明,复杂结构井分段耦合模型能够充分体现油藏渗流和井筒变质量流的相互影响,改进后的数值模拟软件可以满足复杂结构井生产动态模拟的需求。     

偏心支撑框架子结构实时混合仿真试验研究

实时混合仿真是一种新兴的结构抗震试验方法.建立了一套混合仿真试验系统,其中包括基于OpenSees有限元软件的数值模拟计算机,具有时滞补偿功能的目标计算机以及终端连接的电液伺服控制系统.在MATLAB中建立Simulink数值仿真模型,并提出了一种基于位移预测的自适应前馈时滞补偿器.最后,以一个单层三跨高强钢组合偏心支撑钢框架结构为原型,取边跨带有偏心支撑的单层钢框架作为试验子结构,进行了一个缩尺比例为1/2结构模型的实时混合仿真试验.试验结果表明随着模型整体响应加速度峰值的增大,控制系统的最大时滞补偿误差、最大幅值误差均有增大趋势,但均在容差允许范围之内,同时说明了该混合仿真试验系统具备良好的稳定性和精度,能够有效地对偏心支撑框架子结构结构模型进行抗震性能试验.     

空间结构风场风载的数值模拟

基于计算流体动力学理论的空间结构风场风载数值模拟方法,研究了具有复杂体型的空间结构形体表面及其周围的风场,确定空间结构的风压分布,进而得到结构表面风载体型系数,并与相应风洞模型实验结果比较,结果验证了数值模拟方法的正确性.利用数值方法模拟了当存在阻挡建筑物时目标建筑物周围风场和表面风载体型系数的改变,分析了风场变化的原因,讨论了何种情况下必须考虑阻挡建筑物的影响.又基于结构表面等压线将结构表面划分为结构受风子区块,并以面积加权平均计算得到各子区的风载体型系数,为抗风设计提供了可靠依据.     

引入初始破坏的桁梁结构倒塌试验

对空间桁梁结构模型进行了倒塌试验.研制了连续性倒塌试验中人工控制的初始破坏引入装置.利用动态应变数据采集系统以及数字图像处理技术获取初始破坏引发的动力过程中的应变和位移,数据分析可得到结构破坏过程的持续时间,测点的应变时程曲线,观测点的位移时程曲线,揭示了破坏过程及破坏机制.结果表明:构件承载力富余程度的高低及空间效应是结构抗倒塌重要的冗余度.采用理论分析和数值分析对结构的破坏过程进行了模拟.     

ZS型老旧杆塔自动化建模及承载特性分析

为探求不利工况下ZS型老旧杆塔的力学响应,解释其在大风作用下倒塌的原因,以110 kV ZS型架空输电塔为例,通过编制自动化建模程序建立结构的有限元模型,分析不同风载荷工况下电塔的静力承载性能,并基于振型叠加理论分析电塔的动力承载特性。结果表明:ZS型输电塔抗扭性能差且塔身中部为薄弱部分,由于承载力不足,在不利荷载作用下容易发生破坏从而导致整体的倒塌。基于电塔的承载力分析,提出相应的加固方案,数值模拟表明加固后主材的承载力比显著降低,验证了加固方案的有效性。     

基于数字图像相关理论的非接触式 结构位移测量方法

为实现结构的位移及挠度测量,开展了基于数字图像相关算法的亚像素位移测量研究.采用改进初值的亚像素算法确定待测结构目标位置的基于像素的位移,利用相机标定方法将基于像素的位移转换为工程单位.在数字图像处理技术的基础上对编写的程序进行数值仿真试验,位移计算结果与理论值吻合良好,验证了该程序测量精度的可靠性.搭建视觉位移测量系统,为了验证该系统的有效性,对钢框架结构模型开展了视觉测量系统和激光位移计的对比试验;研究了相机与待测结构之间的距离对视觉测量系统精度的影响.利用该系统测量消防通道桥梁的跨中挠度,结果表明,视觉测量系统具备非接触、低成本和便于实施远距离测量等优势,可实现以毫米级精度进行结构位移测量.该测量方法在工程结构变形测量中具有较好的应用前景.     

高地应力硬岩下双孔并行隧道相似模型试验及数值模拟

基于相似模拟理论,通过试验台架设计、监测系统设计、加载系统设计和岩体模型制作等流程,完成了双孔并行隧道模型试验系统的研制工作;试验中实时监控模型各关键位置的位移变化、应力变化及隧道岩壁破坏情况.研究表明,试验观测结果与基于Mohr-Coulomb模型所得数值模拟结果相对误差较大,而基于Plastic-Hardening模型进行数值模拟计算时,所得岩土体屈服状态和变化规律与相似模型试验结果吻合度较高.综合各方面分析研究结果,认为Plastic-Hardening模型能够更为精确合理的反映实际工程及试验中岩土体状态的真实变化情况,可为相似地质条件下的双孔并行隧道施工及维护提供重要参考.     

液力缓速器瞬态两相流动大涡模拟及性能预测

为了全面掌握液力缓速器各个流动单元内速度场和压力场的分布特性,提取了全流道几何模型作为计算区域,利用CFD平台的大涡模拟法和多流动区域耦合计算的滑动网格法对液力缓速器内部气液两相流动进行了三维瞬态数值模拟,将混合模型与欧拉模型交替运用在其多相流模型中,获得了不同充液率下液力缓速器内流场结构的变化及两相体积分数分布情况,分析了流场内二次流、脱流及涡旋的产生机理,并计算了缓速器的外特性.结果表明:数值计算结果与试验结果吻合很好,误差在8％以内;流场计算十分准确,运用的大涡模拟方法可以有效地模拟液力缓速器流场内的真实液流结构,其结果可以用来指导液力缓速器的设计及其结构优化.     

轴向流中平行简支弹性薄板的大挠度流固耦合的数值模拟

分析研究了轴向流中简支弹性薄板大挠度流固耦合系统的振动响应和流场特性.板结构动力学方程采用基于位移的有限元法离散;流场采用二维不可压缩粘性流体N-S方程,并用有限体积法离散;在此基础上结合动网格控制技术,建立模拟双向流固耦合作用下轴向流中简支弹性薄板的二维数值模型.利用该数值模型得到了单块简支板随流速变化流致振动特性,研究了结构大挠度的振动稳定性,分别得到了Pitchfork分岔曲线和非线性系统结构的Hopf分叉曲线.通过轴向流恒定流速下不同间距的平行两块简支弹性薄板流固耦合的数值模拟得到了的流致振动特性.