流体自由表面模拟的一种改进算法

基于光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)方法的流体自由表面的模拟需要在流体自由表面附近生成空气粒子来保证模拟精度,传统方法生成的空气粒子分布不够均匀平滑,影响模拟效果,而且计算量较大。文章对传统的连续表面力(continuum surface force,CSF)模型流体自由表面模拟添加空气粒子的方法进行改进,首先在流体自由表面的法向上动态生成双层空气粒子,然后对生成的空气粒子施加切向力,使得空气粒子均匀分布,从而提高流体自由表面的模拟精度。考虑到一般模拟的时间步长很短,空气粒子的位置在单位时间步长下变化很小,可以近似认为短时间内上一时间步的空气粒子还是下一时间步的空气粒子,因此文中提出自适应间隔时间步长重新生成空气粒子的的方法,减少了计算量,提高了模拟效率。     

改进的CSF流体表面张力模型

传统连续表面力(continuum surface force,CSF)模型模拟流体表面张力时,流体表面的粒子受到的表面张力都是法向力,很难保证流体表面的光滑性,从而使得表面张力模拟失真;此外,流体表面的粒子不足还导致流体表面密度计算精度降低,模拟稳定性差。文章在CSF模型的基础上,对流体表面施加切向力,使得流体表面更加光滑;对边界粒子进行密度修正,提高了密度计算精度和模拟的稳定性。仿真实验结果表明,该方法模拟的流体表面张力效果更好。     

基于FDM技术的阶梯效应弱化及特征保留自适应分层算法

当FDM-3D打印在模型细节特征较多、外轮廓曲率变化较大时,阶梯误差明显且无法有效保留细节特征.以列表排序法去除STL模型冗余数据并重新建立其三角面片拓扑关系,并提出一种基于FDM技术的自适应分层算法.该算法将3D打印自适应层厚计算问题分解为弱化阶梯效应与保留细节特征两部分,将阶梯误差分别描述为体积误差与尖端高度,模型特征以点、线、面的形式分别计算,得出4个自适应层厚分量并加权结合,以防止特征遗漏为目的,确定下一个分层扫描面高度.与常规等厚分层算法相比,该算法试验模型成型时间缩短30%、分层数减少27%、体积误差缩小34%,且表面质量更佳,在保证3D打印成型质量的前提下,能够最大程度地减少分层数.     

一种改进的流体模拟自由表面处理算法

文章基于光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)方法,针对传统流体模拟自由表面处理方法——ghost方法计算量大、动态生成ghost粒子场量比较困难等缺陷,提出了一种改进的ghost粒子方法,使得ghost粒子场量生成更容易。仿真实验表明,文中方法模拟自由表面的效果比传统的ghost方法更好,效率更高。     

基于粒子的水沸腾模拟

近年来,定位流体(position based fluids,PBF)方法以其高效的计算速率和真实的模拟效果成为模拟大场景流体运动的主流方法。文章基于PBF方法使用少量的流体粒子模拟水的沸腾场景。首先采用流体粒子作为热量传输的媒介,通过SPH方法中的核函数理论处理模型中的热传导,使得模拟区域的热量分布更连续,相比于传统的以网格作为热量传输媒介的加热方式,模拟效果更好;其次在流体粒子模型的属性计算中引入粒子效果精度,加快模型计算速度。实验结果验证了该模型具有更好的模拟效果及稳定性。     

一种新的流体自由表面张力模拟方法

在流体模拟中，为了真实、有效地捕捉流体自由表面的微观特征，表面张力的真实模拟十分重要。针对现有的处理表面张力的粒子间相互作用力(inter-particle interaction force, IIF)方法模拟流体表面张力存在的流体自由表面不光滑、计算效率低、模拟效果不稳定等问题，文章提出一种新的流体自由表面张力模拟方法。首先提出一种快速准确检测流体自由表面粒子方法；然后构造新的粒子间作用力模型和表面面积最小化修正项，对检测出的自由表面粒子进行表面张力模拟，减少不必要的计算量；最后对临近自由表面处的流体粒子进行密度修正，提高自由表面附近流体粒子密度的计算精度。仿真结果表明，与已有的方法相比，该文方法对表面张力的模拟效率更高、效果更好。     

适用于粒子法的精准连续表面力模型

针对粒子法中表面张力计算的准确性问题,该文对连续表面力(continuum surface force,CSF)模型进行了改进。在采用一种几何法精准识别界面粒子的基础上,曲率由仅需考虑作用域内界面粒子的单位法线面散度计算得到,且表面张力仅作用于界面粒子。圆和椭圆的曲率计算结果表明,改进后的模型在合适的分辨率和光滑长度下可实现较高的曲率计算精度。采用移动粒子半隐式(moving particle semi-implicit,MPS)方法对表面张力作用下的方形液滴振荡和液滴碰撞过程进行了二维单相流动模拟,模拟结果的振荡周期与理论值接近,液滴形状合理且表面光滑,表明改进后的CSF模型可准确地模拟动态算例中的表面张力作用。     

剪切变稀型流体在搅拌槽中流动与混合特性数值模拟

使用计算流体力学(CFD)软件CFX对剪切变稀型流体混合特性进行了数值模拟。计算了剪切变稀型流体在不同转速下的自由液面高度及表面示踪粒子运动时间,并与实验进行了比较。搅拌槽直径D=480 mm,搅拌桨为45°两斜叶桨,无挡板,以某催化剂胶体为工作物料。自由液位高度计算方法采用VOF模型,层流状态。时间计算方法采用表面示踪粒子运动法,并比较了牛顿流体与剪切变稀型流体表面示踪粒子运动时间的差异。     

基于物理碰撞的边界处理方法

传统的光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)方法在模拟流体时,核函数一致性的局限性导致在边界处产生较大的数值耗散,降低了边界处粒子的密度值及压强值的计算精度,导致流体体积的错误变化,进而影响模拟效果。文章提出一种SPH方法和物理碰撞相耦合的方法,对于非靠近边界的粒子,用SPH方法计算它们的各种属性;对于靠近边界处的粒子,赋予它们静止密度,使用纯粹的物理弹性碰撞来计算其速度和位置。在此过程中,文章给出了一种有效区分靠近边界的粒子和非靠近边界的粒子的方法;此外还加速了Marching Cubes算法。通过对比实验结果发现,该文方法可以准确计算流体的密度及压强,使得流体体积更加地接近精确值。     

压敏电阻表面缺陷深度无监督检测方法

针对表面缺陷检测方法泛化能力不足问题,提出一种深度迁移卷积变分自编码网络进行压敏电阻表面缺陷检测．检测方法包含多颜色多规格压敏电阻图像自适应预处理、模型建立及缺陷检测3个阶段．第一阶段完成自适应规范化、自适应通道选取、自适应阈值处理;第二阶段完成参数迁移,自动提取良品差分图像特征得到模型;第三阶段对差分图像与重构图像进行差分处理后得到的残差图像,通过改进的“3σ准则”进行缺陷检测．结果表明：方法平均检测准确率达98.83%,相比其他流行模型至少提高了9.53%,检测范围扩展至2种颜色3种规格的压敏电阻．     

热轧带钢卷取温度控制中的自适应律

通过对一个实际的热轧带钢卷取温度控制系统长时间地观察和采样,归纳出一套适用面广、适应性强的自适应律。首先利用温度计算模型,结合目标与实测值得到自适应律的初值,经自适应计算后再去修正原简化模型进而提高模型计算精度,经过多次改进后,在现场使用效果良好。     

基于CAD模型外轮廓线的3D打印自适应分层算法

3D打印计算机辅助设计(CAD)模型转换标准三角形语言(STL)文件过程中,存在表面精度下降,结构体信息丢失的问题.文中提出一种基于CAD模型外轮廓线的自适应分层方法.即采用角度分组思路,通过引用一系列过Z轴的平面对CAD模型等转角剖切,并将剖切面与模型外表面相交轮廓线绕Z轴旋转至XOZ平面内进行轮廓线微分段处理,然后利用三角函数关系、概率统计方法、加权方法综合计算获得3D打印STL文件每一层的自适应分层厚度值.打印实例分析结果表明,文中算法可减少STL文件的转换误差,提高3D打印精度和打印效率.     

自适应粒子群神经网络交通流预测模型

针对传统神经网络预测模型预测结果准确性低且存在大量无效迭代的问题,提出了自适应权重粒子群神经网络交通流预测(PSOA-NN)模型。首先根据待预测点的上下游观测点数和历史数据,随机初始化若干组模型参数并计算每组参数对应粒子的适应度;然后采用改进的sigmoid函数替代原有模型中的固定惯性权重,并根据其中适应度变好的粒子更新粒子速度和位置,一直迭代到粒子适应度小于预设值为止;最后将满足条件粒子对应的模型参数应用到神经网络模型,根据实时交通流数据预测出15min后的数据。仿真结果表明,使用PSOA-NN模型,可使得在同等预测误差范围内收敛速度提升0.6~1.7倍。     

采用CDD模型的自适应图像修复算法

在CDD模型基础上,提出了一种自适应图像修复算法,引入在不同曲率选择不同修复模型的自适应系数q,使得在大曲率时使用CDD模型,其他时候使用TV模型,大大减少了CDD模型的修复时间;引入在不同变化程度选择不同扩散方式的自适应系数p,使得在破损区图像边缘较多,即大梯度时使用接近TV的模型,而在平坦区,即小梯度时使用接近热扩散的方程,使得修复效果更佳.实验证明该算法在修复速度和修复效果上都要优于CDD模型.     

压铸充型过程的SPH方法建模及数值模拟

基于欧拉描述的数值方法在求解压铸充型过程自由表面问题时存在一定困难.为提高自由表面数值模拟的准确性,建立了基于纯拉格朗日描述的压铸充型过程光滑粒子流体动力学(SPH)方法计算程序.引入Monaghan边界模型建立了型腔壁面边界条件,通过划分入流区域粒子和流体粒子满足了入流边界条件.采用所编制的程序计算了Schmid验证...     

一种可伸缩的粒计算知识获取方法

粒计算是一种新的智能信息处理理论,它很大程度上模拟了人脑认识和解决问题的过程.通过对信息表分层粒化模型的研究,引入了粒分布链表的概念来生成粒子,并改进了一个粒计算算法.改进算法使用数据库技术对原始数据集进行粒化来生成粒分布链表,能够直接处理海量数据集,同时不影响原算法的有效性.通过试验测试了该方法的有效性及可伸缩性.     

格子Boltzmann方法对于大粘度差两相流的模拟

为了模拟具有大粘度差的两相流,对Boltzmann(LB)方法中的伪势多组分模型进行了改进.伪势模型将粒子作用力转化为速度形式,再将其引入离散的LB方程.改进模型把力的添加形式变为将力离散处理后,引入离散的LB方程中,以此提高数值计算的稳定性.该模型能够比原伪势模型得到更小的虚假速度和更大的粘度差.通过对沥青-水的大粘度差两相流体和粘性指进现象的模拟,验证了改进模型的正确性和有效性.该模型具有较好的适用性,它能模拟的两相流体最大粘度差可达到4 510倍.     

方法对于大粘度差两相流的模拟

为了模拟具有大粘度差的两相流,对Boltzmann(LB)方法中的伪势多组分模型进行了改进.伪势模型将粒子作用力转化为速度形式,再将其引入离散的LB方程.改进模型把力的添加形式变为将力离散处理后,引入离散的LB方程中,以此提高数值计算的稳定性.该模型能够比原伪势模型得到更小的虚假速度和更大的粘度差.通过对沥青-水的大粘度差两相流体和粘性指进现象的模拟,验证了改进模型的正确性和有效性.该模型具有较好的适用性,它能模拟的两相流体最大粘度差可达到4 510倍.     

表面自由能模型的改进及液滴浸润数值研究

通过优化极值点位置,对表面自由能模型进行了研究和改进,改进后的模型解决了原模型中表面粒子聚集和液滴形状畸变的问题.采用移动粒子半隐式法(MPS)结合改进后的表面自由能模型,对受表面张力作用的自由面运动问题进行了研究和分析.研究了包括气液、固液和不互溶液液界面在内的表面张力收缩和液滴浸润过程,并提取了接触角及浸润面积等特征量进行分析.数值计算结果与理论分析结果吻合较好,从结果中可以明显观察到固液浸润过程的3个发展阶段,浸润速度随时间递减且与浸润接触角成反比.研究结果验证了MPS方法结合改进后的表面自由能模型可以更加有效、准确地模拟多界面张力的作用.     

用于状态估计的自适应粒子滤波

分析了粒子滤波的性能关键,提出了一种新的自适应粒子滤波算法．该算法采用一种新提议分布,即将UKF（Unscented Kalman Filter）与自适应强跟踪滤波器（STF）相结合．新提议分布通过UKF构造粒子群,而粒子群中的每个粒子中的每个sigma点用STF来更新,它可以在线调节因子而使得算法自适应．非线性状态估计仿真试验证实了改进的粒子滤波算法的有效性．