椭球粒子受光诱导介电泳的数值模型

基于分子动力学提出了一种光诱导介电泳控制椭球粒子运动的数值模型.研究了光电芯片中椭球粒子承受的光诱导介电泳和斯托克斯阻力,采用Runge-Kutta方法计算不同长宽比粒子的自转速度.采用COM SOL有限元计算电场,借助Velocity-Verlet算法模拟了粒子受介电泳的运动轨迹.仿真结果表明,粒子长宽比越大,转速越快;在28,30μm位置处的椭球粒子,受正介电泳力向光斑运动,且沿着电场强度梯度方向行进,最高速度可达到312μm/s.以上仿真的转动速度和运动轨迹都与实验保持了较好的一致性.     

一种适用于建筑灾难救援系统的目标跟踪方法

在目标跟踪研究中,大量的实验证明粒子滤波算法对于运动轨迹变化复杂的运动目标跟踪效果不理想.基于变率粒子滤波算法(VRPF),以大型建筑灾难救援系统为研究背景,应用无线传感器网络技术,提出了一种自适应变率粒子滤波算法(AVRPF).该算法通过比较某时刻粒子值与测量值的关系自适应地调节采样周期,以提高对复杂运动目标的跟踪精度,尤其当运动轨迹出现大幅度变化时.仿真实验证明了该算法的有效性和实用性.     

基于改进粗糙化粒子滤波的磁偶极子跟踪

针对一般非线性滤波方法对磁偶极子跟踪时存在精度不高和滤波发散的问题,提出了一种改进粗糙化粒子滤波算法进行求解.该算法基于欧拉离散化方法,将连续随机滤波方法引入粗糙化粒子滤波框架,计算出在K-L散度意义下的最优控制量,将其作为粗糙化均值,以克服粒子贫化问题.建立了磁偶极子目标跟踪的连续时间状态空间模型,并给出了算法具体实现,通过仿真实验,将该算法与目前采用的磁偶极子目标跟踪算法进行对比,结果表明所提出的算法精度较高,且性能稳定.     

爆炸载荷下结构响应的非耦合数值模拟方法研究

提出一种用于研究远场条件下爆炸冲击波毁伤规律的数值方法,即非耦合欧拉-拉格朗日算法。通过分析模型参数敏感性考察算法的适用性与计算精度。结果表明,载荷曲线的形状对于数值模拟中测点的位移-时间曲线起着重要作用,其中载荷应被认为是动态的而不是脉冲的。基于非耦合欧拉-拉格朗日算法的结构响应低于纯拉格朗日算法,其中结构柔性降低了压力负载并因此降低了结构响应。在模拟大流场爆炸问题中,非耦合欧拉-拉格朗日算法的计算精度优于纯拉格朗日算法。     

微压印中抗蚀剂填充行为研究

为了提高微压印的质量,改进工艺参数优化模具结构,对微压印抗蚀剂的填充行为进行了数值计算和可视化实验研究。实验在三维离焦数字粒子图像测速系统中进行,由此提取了抗蚀剂中的荧光示踪粒子的坐标,通过时间解析算法获得了示踪粒子的三维粒子场,利用粒子跟踪测试技术获得了示踪粒子的速度场。数值模拟中采用了计算流体动力学软件,同时考虑了表面张力和接触角等因素,并根据模具特征划分了不同的压印区域,以分析、预测压印模型中的抗蚀剂填充行为。研究结果显示:数值模拟与实验结果吻合较好,抗蚀剂速度最大值在模具尖角与支撑基板之间,抗蚀剂速度水平方向上的实验最大误差为6.6%,竖直方向上的最大误差为9.6%;模具侧壁下方粒子运动轨迹的演化方向决定着抗蚀剂的体积转移方向和最终的填充形貌。该结果可为深入研究微压印中抗蚀剂流动提供参考。     

基于Bezier曲线的自主移动机器人最优路径规划

以自主移动机器人为研究对象,以足球机器人为研究平台,针对足球机器人运动轨迹的实际特点,提出了一种基于3次Bezier曲线的最优路径规划方法.该方法以足球机器人实际比赛时的速度、加速度和有效躲避运动轨迹上的障碍物作为路径规划的约束条件,以所规划路径和机器人到达目标点花费时间最短为规划目标.同时将Bezier曲线规划方法与粒子群优化算法相结合,通过粒子群优化方法对产生轨迹的各粒子进行选择更新,并调整各约束条件的权重系数,从而增强了路径规划的有效性和精度.最后通过仿真实验验证该方法有效可行.     

横向自旋角动量对纳米粒子光操控特性的影响

光场的横向自旋是近年来发现的一种光场新效应,该效应表明光场不仅具有沿光传播方向的自旋角动量,而且还有垂直于传播方向的横向自旋角动量,这一发现为光学微操控提供了一个新的自由度.本文以聚焦的涡旋拉盖尔-高斯光束作为光源,利用偶极近似模型计算了金纳米粒子在该紧聚焦光场中受到的光力和横向自旋力矩,得出金纳米粒子在该光场中的捕获状态,阐明了横向自旋效应对粒子捕获特性的影响,分析了拓扑电荷数、粒子半径、折射率、吸收率等参数对横向自旋的影响.结果表明,在光束拓扑电荷数为零时,纵向自旋能够完全转化为横向自旋.该研究结果在光操控领域具有重要的理论意义和应用价值.     

粒子群优化算法在轨道交通降噪结构微穿孔板设计中的应用

为了研究轨道交通噪声的降噪结构,基于"微穿孔板吸声体精确理论",采用粒子群优化算法对微穿孔板结构参数的共振频率进行计算;以微穿孔板吸声体的共振频率为优化目标,孔径、穿孔率、空腔厚度为优化参数,用粒子群优化算法对微穿孔板吸声体的结构进行优化设计;以城市轨道交通噪声为例,设计了较为合理的结构模型,并通过数值实验验证。研究结果表明:粒子群优化算法是微穿孔板吸声体结构设计的一种可行和有效方法。     

高维理查森外推算法的研究和应用

在理查森外推法算法的基础上,提出了广义理查森外推法算法,在此基础上构造了高精度高阶导数的数值计算法,实验结果表明,该算法的有效性.     

简支欧拉-伯努利梁动力响应的无网格精细计算流程

基于无网格方法和精细积分方法,提出一种用于欧拉-伯努利梁动力响应求解的新算法.研究该算法的计算原理、实现方法,并给出数个典型的数值算例.该方法利用无网格方法进行空间自由度的离散,采用精细积分方法对时域积分,采用修正变分原理满足边界条件、最小二乘法进行插值,龙贝格算法进行数值积分.数值计算结果表明,此方法计算量较小,精度高,稳定性好.     

旋转圆盘上液固两相流冲刷磨损数值模拟研究

对旋转圆盘内液固两相流冲刷腐损过程进行了数值模拟研究.数值模拟研究采用欧拉-拉格朗日方法来模拟液固两相流动,即通过在欧拉坐标系下求解流体相的雷诺时均方程组来模拟流体流场,通过拉格朗日坐标系下的随机轨道模型来获得固体颗粒相的运动轨迹.将最终数值模拟结果和实验测量数据进行了比较,结果表明文中构建的综合模型基本上是正确和可行的.     

球形电动机三维旋转运动轨迹插值算法

限空间内三维旋转运动轨迹规划插值算法是三自由度永磁球形动机轨迹规划及实现的重要内容.本文提出了一种基于数字积分欧拉角插补算法.首先采用欧拉角表示法建立球形电机的正逆运动学模型,然后阐述了有限空间内球形电机旋转运动轨迹的数字积分欧拉轨迹插补算法,最后并对该插值算法进行仿真验证,仿真结果证明了该算法的可行性.     

水介质中碳粒子Mie散射特性的研究

基于Mie散射理论,对水介质中碳微球颗粒光散射的性质进行了理论分析与数值计算,得到了散射强度与散射角、散射强度与粒子半径以及光学截面与入射波长的关系.研究表明,粒子的前向散射占优势;在入射波长确定的情况下,粒子的半径越大,前向散射强度越强.     

带阴性选择的粒子群优化算法

针对PSO在计算后期多样性不足、易发生优化停滞的现象,引入免疫系统中的阴性选择概念,定义了新的计算亲和力的方法,提出了带阴性选择的粒子群优化算法,并对其进行了计算复杂性分析.改进算法能在检测到粒子群收敛至局部解后,更新群体中的部分粒子,并使新粒子在解空间上远离局部解,提高了粒子的多样性.试验证明,改进算法的优化性能优于PSO和局部PSO.对改进算法的计算成本及参数选择进行了讨论,并提出了下一步的研究方向.     

基于分群式粒子群算法的压裂水平井试井曲线自动拟合

为提高压裂水平井试井多参数自动拟合的计算精度、速度和稳定性,将传统方法、智能算法和并行算法相结合,提出并行分群式粒子群优化算法,并将高斯-牛顿法与粒子群算法相结合,同时采用OpenMP并行算法求解。结果表明:在粒子群优化算法中,通过粒子分群使粒子搜索方向趋近于线性,避免了粒子群算法易陷入局部最优的问题,加快了搜索速度;与高斯-牛顿法相结合保证了计算的稳定性;采用OpenMP并行算法求解降低了模型的复杂度,提高了计算效率;分群式粒子群优化算法比其他优化算法计算速度更快,计算精度更高,并可在一定程度上为多裂缝水平井试井解释划分流动阶段。     

Anti-de Sitter时空中的标量粒子及标量场

首先给出AdS时空的度规,并构造出AdS时空背景下标量粒子和标量场的作用量.由最小作用量原理得到相应的欧拉方程并采用数值法求解方程,结果表明:自由点粒子在AdS时空背景下的运动轨迹为螺线管状,说明弯曲时空AdS对点粒子具有等效的向心力作用.采用渐近边界条件求解标量场方程,结果显示标量场的径向分布与其质量和空间维度有密切关系.     

基于差分进化算法的卫星轨道计算方法

针对卫星轨道预测中的不可微、函数性质复杂、高维度传统优化算法失效的问题,提出了基于差分进化算法的卫星轨道预测方法.通过建立不同运动轨迹的卫星运动模型,构建最小化目标函数,根据种群个体进化特点,选取差分进化算法参数和进化策略.通过对椭圆轨道、双曲线轨道、抛物线轨道的全局近点角计算,表明差分进化算法在卫星轨道预测问题上是有效的.通过该算法与其他算法的比较,可以看出该算法有一定的优势.     

基于改进粒子群算法的取件机械手轨迹综合优化设计

为优化取件机械手进入模具时的运动轨迹，提出了二次拉格朗日插值粒子群算法(QLIPSO)，此算法引入了二次拉格朗日插值局部搜索的方法，能够扩大搜索空间，避免局部收敛发生早熟，有效提高收敛精度.对比研究了典型粒子群算法(PSO)和几种改进型粒子群算法对取件机械手结构优化的设计效果.数值实验表明，QLIPSO算法具有最快的收敛速度，并且能够获得更好的优化结果.经该方法优化设计后，机械手在进入模具阶段的运动轨迹，与未优化前相比，直线度误差减少了98.06%，说明该方法能够有效优化取件机械手，获得更精确的运动轨迹.     

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...     

多核环境下的粒子群算法

为解决基于多核计算环境下的粒子群优化问题,提出一种面向多核计算的改进粒子群算法.通过引入多核设计模式和方法,分析传统粒子群算法中可以并行执行的部分,并根据已有的多核编程语言,在多核计算环境下,高效、并行地实现粒子群算法.通过实验验证了改进算法在多核计算环境下运行的有效性.