Euler方法中的Level Set界面处理及其应用研究

针对Euler方法中的多介质界面处理问题,把LevelSet方法引入到Euler方法中,给出了Level Set界面处理方法,结合ghost fluid method追踪运动界面,采用五阶WENO空间离散,以及三阶TVDRunge-Kutta方法时间离散,用C＋＋语言编程LS-MMIC3D对激波作用气泡、内爆和速度场等问题进行了数值模拟,并和WENO算法进行了比较,数值结果表明LevelSet界面处理方法对多介质界面处理是行之有效的.     

激波诱导气泡破碎过程的数值模拟

为了对可压缩多介质流动中介质界面的剧烈变化过程进行模拟,采用发展的含拓扑结构改变的大变形非结构运动网格生成方法处理介质界面运动导致的网格畸变及拓扑变化.采用Riemann解构造出Lagrange界面来显式地追踪多介质界面运动.采用改进型虚拟流体方法构造介质界面的边界条件,在介质界面两侧分别求解守恒型的任意朗格朗日欧拉方法方程.对空气激波诱导圆柱氦气泡破碎过程、水中冲击波诱导二维气泡破碎过程进行了模拟,结果表明:该文基于非结构运动网格的多介质界面追踪方法可以有效地处理界面运动引起的拓扑结构改变.     

Rayleigh-Taylor不稳定性的MAC模拟

利用MAC方法对Rayleigh—Taylor不稳定性数值模拟．主场方程采用变密度的不可压Navier-Stokes方程，在Euler网格上进行求解．为了克服Euler方法不能精确定位多介质交界面的问题，引入了Marker点来追踪界面，利用Lagrange方法计算界面的运动，从而能精确的追踪出界面的位置．     

非结构网格RKDG方法求解多介质界面问题

在多介质流体力学方程数值模拟中,界面的计算是一个非常重要的问题.采用非结构网格上RKDG(Runge-Kutta Discontinuous Galerkin)有限元方法,给出了捕捉多介质界面的Lev-el Set方程和重新初始化方程的计算方法.数值实验表明多介质界面在非结构网格计算上,RKDG有限元方法具有很大的优点.     

基于Level-Set的多介质流体动力学数值分析

针对水中爆炸中涉及的多介质高压比和高密度比数值计算精度不高的问题,提出了解决该类问题的可行性方法,并对该方法进行了程序实现.该方法利用位标函数追踪多介质流体运动界面,采用修正的虚拟流体方法对界面进行了处理.通过黎曼问题、激波打击气泡和激波打击液气面问题的计算,得出计算结果与理论分析结果吻合.TNT水中爆炸的计算结果与实验相似律求得的冲击波参数对比表明,两者计算结果比较吻合.     

Ghost Fluid方法在可压缩多介质流动中的应用

在对可压多介质流动进行数值模拟时,界面两边流体状态方程不同会给计算带来很大麻烦,该文采用Ghost Fluid方法(GFM)成功地解决了这一问题.利用间断有限元Galerkin方法和Level Set方法,对2种不同比热比介质激波管问题进行了模拟,其数值结果和精确解非常吻合;对气体/水激波管、空气/氦气泡相互作用、空气/R22相互作用等问题进行了模拟,其结果与相关文献的结果一致,表明利用该方法进行可压缩多介质流动数值模拟是可行的.     

rGFM方法在流-固界面问题数值模拟中的应用

rGFM(real Ghost Fluid Method)方法已经成功应用于气-水界面的数值模拟,体现了界面计算准确,守恒误差小等优点。结合Hydro-elasto-plastic固体模型,将rGFM方法推广于对流-固界面的数值计算。通过在界面处构造并求解Riemann问题,得到界面处流体的准确的流动状态。以此状态来定义界面边界条件,从而多介质流动问题转化为单介质流动问题来求解。数值结果表明,该方法可以用于流-固界面的数值计算,界面和其它间断计算准确。     

二维轴对称坐标下基于介质形心和体积的界面重构方法

物质界面的追踪和处理是多介质流场计算的关键内容,本文将基于介质重心和体积的二维平面MOF方法推广到实际问题计算中应用更为广泛的二维轴对称坐标,包括任意多边形旋转后形心的定义及其计算公式,以及界面重构方法的具体实现方式,然后通过界面重构算例及涉及材料断裂、破碎的碎片云问题的计算,说明所述方法具有较强的模拟实际问题的能力.     

采用无网格方法计算含大变形介质界面的可压缩多介质流动

采用动态无网格节点追踪自由边界的变形,建立了一套求解可压缩多介质流场的最小二乘无网格方法.将界面定义为具有双重含义的动态无网格节点集合.使用虚拟流体方法处理介质边界节点,构造界面两侧的虚拟节点,根据介质的种类将流场划分为若干个单介质区域.为抑制界面处流动参数的非物理震荡,采用局部界面Riemann问题解更新界面节点和虚拟节点的流动参数值.使用局部点云重构技术处理界面附近的动态点云.引入AUFS格式求解ALE形式Euler方程的对流通量.一维激波管和二维复杂大变形的多介质问题计算结果证明文中提出的动态无网格法是可行的,能够准确地追踪界面的复杂变形,并对界面附近的变形点云进行合理的重构.      

剪切流场下液滴碰撞的流变特性

基于VOF液/液相界面追踪方法,建立了不可压缩水/油单乳液液滴动力学模型并进行数值求解,模拟研究了剪切流场条件下2个相同体积的液滴在碰撞过程中的相互作用及变形行为.观察了液滴碰撞过程中液滴的运动轨迹,并对相应的内在机理进行了分析.在剪切流场作用下,两液滴的碰撞过程分为接近、碰撞、分离3个阶段.由于碰撞过程中液滴间的相互挤推作用,液滴分离后,液滴间的侧向质心间距Δy/a增大.此外,分析了液滴碰撞过程中毛细数对液滴间相互作用的影响.两液滴在碰撞靠近过程中,在碰撞区中心处产生一个高压区,随着毛细数Ca从0.2增加到0.4,界面挤压变形越明显,液滴变形系数D也从0.32增加到0.51.     

机械臂目标区域跟踪防撞控制

针对医疗护理机械臂在轨迹跟踪过程中的人机交互与防碰撞问题,本文提出了一种基于目标区域跟踪以及碰撞预测的机械臂控制方法.本文根据Lyapunov函数,结合人工势能场,设计保证系统稳定性的控制器,实现在目标区域内人机交互的柔顺性;采用会遇距离与会遇时间构造防撞预测模型,建立障碍物作用半径与防撞安全指数的关联模型,实现障碍物作用半径实时可变.实验结果验证了本文所提方法对目标区域跟踪的有效性,人机交互的柔顺性,以及障碍物规避过程的高效,平滑.     

碰撞检测技术研究

通过介绍影响碰撞检测的相关要素,阐述了可变时间片长度的碰撞检测问题,又提出了包围盒方法和距离跟踪算法;这些方法能有效的提高碰撞检测的速度,能较好的解决虚拟现实中的碰撞检测问题。     

基于HyperMesh的6125型大客车正碰安全性研究

以6125型客车为研究对象,利用CATIA软件对该型客车车身骨架进行建模,通过HyperMesh软件进行网格划分,建立有限元模型,应用非线性有限元软件LSDYNA对该客车有限元模型进行正面碰撞仿真计算。参照欧盟ECE R94《正面碰撞乘员保护》标准和美国FMVSS208《碰撞的乘员保护》标准中对碰撞的变形和碰撞安全性的要求,提出增加前段地板骨架及车架(司机地板区域)纵梁厚度以及增加前围保险杠和吸能盒的改进方案。结果表明,该优化方案达到了行业标准的要求,可为大客车碰撞事故分析及改进提供参考。     

紧急避撞路径规划及其跟踪驾驶员转向模型

针对紧急避撞工况,提出并设计了一种紧急避撞路径规划方法和路径跟踪反馈预瞄驾驶员模型。首先,提出了一种基于Sigmoid曲线与物理约束的避撞路径规划方法,并建立融合最优曲率预瞄与闭环反馈转向修正的驾驶员模型以对所规划路径实现快速和精确跟踪。之后,搭建了CarSim+Simulink离线联合仿真平台,对避撞路径规划和路径跟踪反馈预瞄驾驶员模型的有效性进行了验证。最后,基于自主改装的试验车辆,进行实车试验以验证所提出的路径规划方法及驾驶员模型的可行性与实时性。仿真及实车试验结果均表明,所规划的避撞路径和驾驶员模型可以控制车辆快速、安全地避让障碍物。     

微型客车的碰撞安全性设计与改进技术研究

针对微型客车的碰撞安全性现状,提出了微型客车的碰撞安全性设计与改进策略,探讨了综合利用CAE技术与碰撞试验技术进行微型客车碰撞安全性优化设计的可行性,提出了微型客车碰撞安全性设计与改进的基本步骤．解决了微型客车新产品N1的安全性设计问题和微型客车老产品X477的碰撞安全性改进问题,这两个产品是国内最先开发成功的、完全依靠国内技术达到我国汽车正面碰撞安全法规要求的产品．     

基于预变形控制理论的汽车前纵梁仿真设计

研究了汽车普通前纵直梁的变形方式和吸能特点,针对其在碰撞过程中加速度曲线的不足,依据预变形理论,对薄壁直梁进行了改进,并通过有限元软件验证了改进方案的合理性,该方案有利于乘员保护．     

基于ABAQUS的保险杠低速碰撞的仿真研究

以某轿车为例,利用三维建模软件CATIA建立保险杠系统及碰撞器的三维仿真模型,HYPERMESH作前处理软件、有限元分析软件ABAQUS作求解器,根据欧洲的ECE-R42法规要求对轿车前保险杠进行正面低速碰撞仿真分析,得到了整个碰撞过程中保险杠系统的变形过程及应力分布情况.并对模拟结果进行了分析,总结了建立仿真模型的经验.对深入研究保险杠及整车碰撞仿真具有重要的参考价值.     

自行车-厢式客车碰撞形态对骑车人头部损伤影响

为探究自行车与厢式客车不同碰撞形态对骑车人头部损伤的影响,以一例真实事故案例为基础,利用PC-Crash仿真软件建立事故碰撞模型,并验证模型的可行性。在此基础上进行计算机仿真试验。通过研究两者在不同速度下的四种碰撞形态(自行车前轮、后轮分别与厢式客车前部碰撞及两车碰撞重叠率为50%和100%),分析骑车人头部的损伤情况。结果表明:骑车人头部HIC值随厢式客车速度的增大而增大;自行车前轮与厢式客车碰撞情况下,自行车速度越大,骑车人头部损伤越重;自行车后轮与厢式客车碰撞情况下,自行车速度越大,骑车人头部损伤越轻;碰撞重叠率50%和100%情况下,自行车速度对骑车人头部损伤影响不大。     

基于多传感器信息融合的机器人故障诊断

提出一种新型的多传感器信息融合方法,并将此方法与支持向量机相结合,针对生产装配线上机械手在向抓握物体位置行进时遇到的机械手受阻、前方碰撞、除前方外其他方向碰撞3种故障形式进行诊断;通过适当融合向量的选取、支持向量机模型参数的寻优,成功地对3种故障进行了诊断;同时,对多传感器信息融合方法中的融合向量属性数量的选择进行了分析.结果表明,在传感器测量数据一定的条件下,融合数据属性数量的选取对融合向量样本的数量、分类的准确率均有影响.     

全自动平行泊车路径规划方法研究

为解决车辆泊车过程中发生碰撞预警,导致车辆无路径可跟踪的问题,为提高泊车成功率,提出一种全自动泊车路径规划方法,包括一次路径规划和二次路径规划。在对不同泊车状态进行约束分析的基础上,以路径曲率最小为优化目标,建立路径优化函数。利用Matlab非线性约束优化函数求得一次、二次路径轨迹函数参数。车辆在一次泊车发生碰撞预警的情况下进入二次路径规划模块。仿真结果表明:一次路径规划方法能满足车辆轨迹连续且无碰撞泊入车位;如若出现预警碰撞,二次路径规划方法能保证连续、安全泊入车位,为安全泊车提供了二次保障。