利用OpenGL实现自适应非结构化网格的实时交互显示

作为一种图形标准,OpenGL广泛应用于仿真、3D图形,图象处理和动画。本文主要讨论了如何利用OpenGL实现自适应非结构化网格的实时交互显示。它提供了一种跟踪手段,使用户可以跟踪科学计算的整个过程,并实时地将计算中间结果转换成可视图象。该程序的开发为CFD中非结构化网格生成方法的研究提供了必要的处理工具.     

模具仿真网格及其在优化设计上应用

建立了一个面向优化设计应用的模具仿真网格平台.把该平台划分为仿真网格资源层、基础支持工具层、优化模型资源调度层和仿真网格应用层四个层次,并介绍了各层的主要功能和相关实现技术.基于该平台,发展了一个优化设计网格计算方法,以利用网格环境中充足的仿真资源,协同解决复杂的注塑模优化问题.并利用该算法,对收款机上壳浇口位置进行了优化设计.结果显示:所建立的仿真网格平台能够满足优化设计的需要;所开发的网格算法合理、高效.     

一种快速的海浪仿真方法

海浪仿真的实时性是海洋场景仿真的重要需求之一。对海面网格和浪高计算同时进行简化处理,提出一种快速的海浪仿真方法。该方法采用放射状环形网格对海面进行LOD划分,用海浪谱反演生成海浪高度纹理图序列,并在GPU顶点着色器上对海面网格进行循环纹理映射以获得网格节点的动态高度数据。同时,采用多级纹理映射和视域裁剪对海面网格进行优化处理。实验结果表明,提出的方法能有效提升海浪仿真速度,仿真对CPU的占用率低,真实感强,可充分满足视景仿真系统对海浪仿真的实时性要求。     

计算流体力学在清扫车仿真分析中的应用研究

为了在生成物理样机前获取高速公路清扫车清扫效果的特性,应用计算流体力学(CFD)技术,实现了对高速公路清扫车气路系统流场的仿真分析。基于有限容积方法采用了非结构网格和k-e湍流模型,给出了气路系统流场的仿真模型和典型气路系统的优化设计,如改变吸盘的水平截面形状,改变料箱的隔板形状和位置,并对优化设计下的CFD仿真结果进行了详细深入的讨论,分析了吸尘系统、除尘系统的设计优化以及二者的相互影响。研究表明利用CFD技术结合具体工程对流场进行仿真,能够有效的对清扫车虚拟样机气路系统进行优化分析。     

高含硫天然气管道泄漏扩散过程CFD建模

针对复杂地形条件下高含硫天然气管道泄漏扩散问题,建立基于Fluent的综合CFD仿真模型:计入管道瞬态泄漏质量和气体喷射对扩散的影响;利用DEM数据和曲线拟合方法建立三维地形模型;采用分区域的网格划分方法和近地面网格加密手段划分出全区域结构体网格;使用大涡模拟对气体扩散过程进行模拟.算例表明,该模型能够有效用于高含硫天然气管道泄漏扩散的精细分析,确定人员就地庇护范围、危险区域分布等重要参数,对于我国高含硫气田开发管道安全措施的制定具有良好的参考价值.     

基于区域分解的二维海面生成及多普勒分析

提出一种基于区域分解的二维海面生成方法,将海谱划分为若干个子区域,分区域生成同完整海谱相对应的海面。将加权曲率近似方法与区域分解相结合,计算整幅海面的电磁散射,仿真并分析了L和X波段下海面多普勒谱特性。结果表明,所提出的方法解决了具有庞大采样网格的海面生成和电磁散射计算问题,使得在微波高频段下的粗糙海面多普勒谱仿真仍可在普通微机上实现,且更适应于多线程并行运算。     

方坯连铸三维动态凝固模型有限元模拟

方坯连铸三维动态凝固模型能够真实反映工艺参数变化时的温度动态调节过程,考虑数值求解计算量大和计算速度慢等难题,改变铸坯横断面节点和单元网格的人工生成模式为自动生成模式,采用密度函数和网格质量评价函数,控制节点和单元网格及优化网格形状以保证网格划分的合理性;引入单元节点商和节点商及节点最大最小编号为约束条件的优化方法优化节点编号,缩小带宽节约存储空间.仿真结果表明,动态凝固模型采用有限元网格自动生成和优化方法以后具有更高的计算速度和计算精度.     

求解非光滑轨迹的自适应网格配点优化方法

针对传统配点法求解非光滑最优控制问题时,网格和配点数目多、非线性方程计算量大、误差大等问题,提出了一种自适应网格和配点优化方法。首先将求解最优轨迹优化问题划分为不同网格中的非线性规划问题,在网格内采用拉格朗日插值多项式对优化问题解逼近,求解出绝对误差和相对误差。然后根据轨迹曲率的大小确定出不光滑处的网格,并根据最大相对误差和容许误差的关系进一步确定网格划分的位置和加密数量;同时,对不满足容忍误差的光滑区间自适应增加配点以提高其求解精度。最后通过仿真实例与传统自适应网格优化方法进行了对比,结果表明,在相同计算精度情况下,本文所需的配点数目和网格数量较少,求解效率较高。     

一种地杂波谱的计算与仿真方法

分析了传统地杂波计算中将地表只进行“等距等多普勒”划分的缺点,提出了“等距等多普勒等波束”划分的思想;针对划分后网格单元形状异常复杂的问题,提出了一种依据上述划分思想的方格划分方法及其计算步骤。其最大特点是各方格单元面积相同,直接避免了网格单元面积的计算问题。仿真结果证明了方法的有效性。     

基于半规则纹理的三维表面流场可视化方法研究

针对基于点噪声的流场可视化不够形象的缺点,提出一种更直观的基于半规则纹理的三维表面流场可视化方法。首先,利用Mesh quilting技术在三维物体表面建立网格结构,并以组成网格结构的三角形作为基本模型,匹配样本纹理,形成第一帧纹理;随着流体的流动,角点的移动形成了新的网格结构,并对变形后的网格重新映射形成新一帧纹理图;最后,各帧纹理相连形成了一帧帧连续的流场动画。匹配过程中,为提高效率并保持帧之间的连续性,提出了最优纹理集加速匹配。实验表明,该方法可以获得较好的可视化效果。     

曲线轨迹SAR大斜视子孔径成像算法

针对小型合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)平台曲线轨迹运动、大斜视实时成像的要求,提出一种子孔径成像算法,首先进行预处理,补偿加速度对调频率的影响,再采用级数反演法(method of series reversion, MSR)得到回波信号的高阶近似二维谱。在此基础上,基于方位频域相位滤波处理校正方位调频率空变,最终利用谱分析(spectrum analysis,SPECAN)技术实现方位统一聚焦。点目标仿真数据验证了本文算法的有效性。     

基于OpenFOAM的充液航天器刚-液耦合仿真

针对航天器姿态控制系统的设计需要,利用开源软件OpenFOAM搭建用于充液航天器刚-液耦合计算的仿真软件。在动边界问题中,推导出非惯性系下的N-S方程,避免了传统CFD软件中动网格法所带来的大量网格转换计算,提高软件计算效率。采用PIMPLE（pressure implicit with splitting of operators,semi-implicit method for pressure linked equations）算法搭建了晃动力求解模块,采用变步长龙格库塔法搭建了姿态运动模块,实现航天器的基于CFD方法的刚-液耦合仿真。利用该软件对相关算例进行了数值仿真,其结果与基于等效力学模型的刚-液耦合程序以及商业软件的计算结果吻合良好。     

基于FLUENT/MATLAB接口的分布参数系统闭环控制仿真

在工程实际中常遇到的流动、传热和燃烧等问题中,大都为分布参数系统.针对该分布参数模型建模难的问题,结合CFD仿真软件FLUENT和系统仿真软件MATLAB各自的优点,根据WinSock网络通信原理,开发了FLUENT/MATLAB接口,建立了分布参数模型闭环控制快速原型的仿真平台,并且通过算例仿真验证了该方法的可行性与实用性.     

基于DA-RKELM算法的光伏发电功率预测方法

针对光伏发电功率具有的波动性和随机性等特点造成的电网安全问题,提出了一种基于蜻蜓算法优化的正则核极限学习机光伏发电功率预测方法。通过相关性分析确定影响光伏发电功率的关键影响因子,构建光伏发电功率预测模型;利用蜻蜓算法获取网络最优的权重和阈值,在标准极限学习基础上引入正则化函数和核函数以避免传统梯度下降法造成的过拟合问题,增强模型空间映射能力;仿真实验表明,与DA-ELM、PSO-ELM以及标准-DA-ELM模型相比,DA-RKELM预测模型能达到更高的预测精度,更贴近光伏发电的实际运行功率。     

基于CFD正交仿真的冲刷防治方法优化研究

桩基冲刷不但使桩基裸露,而且影响平台的侧向和轴向特性以及承载能力,因而冲刷防治在海洋平台维修中占有重要地位.通过正交实验设计,采用三维大涡模拟圆柱桩基冲刷导流防治方法.导流法是在桩腿上设置导流盘,减轻桩基冲刷.CFD仿真结果表明,导流盘的放置位置影响桩基周围决定沙土运移的海水流速,导流盘位置越低,冲刷防治效果越好.正交实验设计结合CFD仿真可有效减少仿真次数,找出防治方法关键参数并优化,适于老龄平台的延寿加固.     

大飞机极区惯性/天文组合导航算法

针对高纬度地区地理经线收敛,造成传统惯导力学编排在地理极点存在奇异值的问题,结合军用大飞机对全自主、高精度、长航时、全球范围导航能力的需要,提出了极区格网惯性/天文组合导航方案。首先以格林尼治子午线作为航向参考,可避免航向参考线在极点处收敛。在此基础上定义了格网导航坐标系,并推导了格网惯导力学编排及其误差方程,解决了传统力学编排在极区无法工作的难题。其次,利用星跟踪器瞄准线位置矢量在惯导平台坐标系和计算坐标系内的测量和计算之差,作为卡尔曼滤波的量测以估计和校正惯导误差。仿真分析表明,格网惯性/天文组合导航方案在8 h内的定位误差小于400 m,可满足大飞机极区导航的需要。     

Implementation of Presolving and Interior-Point Algorithm for Linear & Mixed Integer Programming: SOFTWARE

Linear and mixed integer programming are very popular and important methods to make efficient scientific management decision. With large size of real application data, the use of linear-mixed integer programming is facing problems with more complexity; therefore, preprocessing techniques become very important. Preprocessing aims to check and delete redundant information from the problem formulation. It is a collection of techniques that reduce the size of the problem and try to strengthen the formulation. Fast and effective preprocessing techniques are very important and essential for solving linear or mixed integer programming instances. In this paper, we demonstrate a set of techniques to presolve linear and mixed integer programming problems. Experiment results showed that when preprocessing is well done, then it becomes easier for the solver; we implemented interior-point algorithm for computational experiment. However, preprocessing is not enough to reduce the size and total nonzero elements from the constraints matrix. Moreover, we also demonstrate the impact of minimum degree reordering on the speed and storage requirements of a matrix operation.All techniques mentioned above are presented in a multifunctional software to facilitate users.     

基于遗传算法的高超声速进气道自动优化设计

高超声速进气道的优化设计对于改善进气道的性能,进而提高发动机整体飞行效率具有重要意义。利用FLUENT/MATLAB协同仿真技术,通过CFD对进气道模型进行高维分析,结合多机并行运算发挥遗传算法全局寻优的能力,提出了一种基于遗传算法和CFD仿真的高效、高精度的高超声速进气道自动优化设计方法,试图构建一种高超声速进气道自动优化设计的快速原型仿真平台。通过对三楔面定收缩比进气道的多目标优化算例,初步验证了此方法的可行性与高效性,为开展多变量多目标的高超声速进气道优化设计创造了良好的条件。     

基于面板数据的灰色网格关联度模型

针对面板数据灰色关联模型中存在的一些问题. 首先提出了面板数据的初始化方法,用网格法描述面板数据在三维空间中的几何特性. 然后将网格拆分为线段,利用线段在空间中的斜率,构建网格关联系数. 进而根据算数平均得到灰色网格关联度模型,并讨论了该模型的性质. 最后通过算例验证了该方法的可行性与有效性,结果表明灰色网格关联度模型具有良好效果.