改进的栅格法有限元网格剖分

提出一种改进的栅格法网格剖分算法,该算法综合了栅榕法和Delaunay算法的优点,生成了四边形和三角形混合单元,保证了整体性能与局部性态最优,满足汽车覆盖件冲压成形模拟软件对有限元网格质量的需求.实践证明,本文提出的改进的栅格法网格剖分算法可行有效,生成网格的质量高,程序容易实现.该算法已经成功集成到商业化冲压成形模拟软件KMAS中.     

一种全四边形网格生成方法——改进模板法

首先对全四边形单元网格自动剖分算法中的模板法进行了探讨，并提出了相应的改进方法。在此基础上提出了一种新的全四边形单元网格自动生成方法。该方法允许在两个方向上存在网格疏密过渡，并可以提高单元的密度要求自动计算亲单元每条边上的结点数，有效地对局部实施加密处理。     

一种新的全四边形网格快速生成方法——模板法

本文提出了一种正方形亲单元上实现网格在二个坐标方向均能过渡的全四边形单元生成方法，该方法允许正方形周边节点任意分布，并可以对单元密度进行控制，将该方法和映射法结合解决了用映射单元法对结构进行的四边形单元划分时存在的网格过渡的这一关键问题，该方法计算量少，运算速度快，生成单元的形状良好。     

一种新的全四边形网格快速生成方法─—模板法

本文提出了一种正方形亲单元上实现网格在二个坐标方向均能过渡的全四边形单元生成方法．该方法允许正方形周边节点任意分布，并可以对单元密度进行控制，将该方法和映射法结合解决了用映射单元法对结构进行四边形单元划分时存在的网格过渡的这一关键问题。该方法计算量少，运算速度快，生成单元的形状良好。     

基于人工神经网络的非结构网格尺度控制方法

网格自动化生成和自适应是制约计算流体力学发展的瓶颈问题之一, 网格生成质量、效率、灵活性、自动化程度和鲁棒性是非结构网格生成的关键问题. 在非结构网格生成中, 网格空间尺度分布控制至关重要, 直接影响网格生成质量、效率和求解精度. 采用传统的背景网格法进行空间尺度分布控制需要在背景网格上求解微分方程得到背景网格上的尺度分布, 再将网格尺度从背景网格插值到真实空间点, 过程十分繁琐且耗时. 本文从效率和自动化角度提出两种网格尺度控制方法, 首先发展了基于径向基函数(RBF)插值的网格尺度控制方法, 通过贪婪算法实现边界参考点序列的精简, 提高了RBF插值的效率. 同时, 还采用人工神经网络进行网格尺度控制, 初步引入相对壁面距离和相对网格尺度作为神经网络输入输出参数, 建立人工神经网络训练模型, 采用商业软件生成二维圆柱和二维翼型非结构三角形网格作为训练样本, 通过训练和学习建立起相对壁面距离和相对网格尺度的神经网络关系. 进一步实现了二维圆柱、不同的二维翼型的尺度预测, RBF方法和神经网络方法的效率与传统背景网格法相比提高了5~10倍, 有助于提高网格生成的效率. 最后, 将方法推广应用于各向异性混合网格尺度预测, 得到的网格质量满足要求.      

动态混合网格生成及隐式非定常计算方法

建立了一种基于动态混合网格的非定常数值计算方法. 混合网格由贴体的四边形网格、外场 的多层次矩形网格和中间的三角形网格构成. 当物体运动时，贴体四边形网格随物体运动而 运动，而外场的矩形网格保持静止，中间的三角形网格随之变形；当物体运动位移较大，导 致三角形网格的质量降低，甚至导致网格相交时，在局部重新生成网格. 新网格上的物理量 由旧网格上的物理量插值而得. 为了提高计算效率，采用了双时间步和子迭代相结合的隐式 有限体积格式计算非定常Navier-Stokes方程. 子迭代采用高效的块LU-SGS方法. 利用该 方法数值模拟了NACA0012振荡翼型的无黏和黏性绕流，得到了与实验和他人计算相当一致 的结果.     

汽车覆盖件工具曲面有限元网格自适应转换方法

提出一种适用于汽车覆盖件曲面有限元网格转化和在单元水平上提高模拟精度的方法,将平面下通过合并三角形单元成四边形单元的有限元网格转换方法的应用范围扩展到曲面,并且降低了对初始网格形状的要求。算法的关键在于增加了对曲面相邻单元不同夹角情况下的处理和优化规则,以使其能够更好地拟合原始CAD曲面。     

基于Youngs界面重构技术的自适应网格细分方法

Euler型多物质流体动力学数值方法中,常采用Youngs界面重构技术处理混合网格。Youngs方法在输运步中需要同时考虑两种物质,程序编写复杂,效率低。本文在Youngs方法的基础上,对混合网格进行多层细分,用细分后的纯物质子网格代替原混合网格。分析了网格细分的具体方案;对细分后子网格,同时考虑往周边八个网格的输运,给出了所有可能分配量的表达式。最后编程实验结果表明,在不增加计算量的基础上,网格细分的方法有效地提高了计算精度。     

搅拌摩擦焊接数值模拟的网格敏感性分析

利用完全热力耦合模型,通过对具有不同网格尺寸的焊接构件有限元模型的计算,分析了网格敏感性对模拟结果的影响,同时简要分析了焊接过程中温度分布和残余应力大小及分布形式。数值结果表明,网格密度影响计算误差,同时决定着计算效率和计算成本。随着网格密度的增加,计算结果的精度得到提高,当网格加密到一定程度,计算结果的精度并没有随着网格密度的增加成比例的增加。焊接过程中温度近似呈稳态分布,焊接构件的纵向残余应力分布呈现典型双峰特征,这些现象都与已有试验所得结论吻合。     

非结构混合网格在气动热标模模拟中的应用

非结构混合网格消除了结构网格节点的结构性限制,可以较好地处理边界,同时兼顾了粘性边界层模拟的需求,具有灵活性大、对复杂外形适应能力强和生成耗时短等优点,在飞行器气动特性模拟中得到广泛应用.本文针对非结构混合网格的特点,把前期针对非结构混合网格气动力高精度模拟发展改进的梯度计算方法和Roe格式熵修正方法推广应用到气动热流的数值模拟.以典型钝锥标模外形的高超声速绕流为研究对象,开展了不同网格形式和第一层网格不同间距的影响研究.结果 表明,热流计算时,头部物面网格最好采用四边形或四边形交叉剖分得到的三角形网格,物面法向的网格雷诺数取20左右,为热流计算时非结构混合网格的生成提供了指导,同时验证了计算方法的有效性和可靠性.     

一种基于单元几何变形的网格修匀方法

基于单元几何变形操作提出一种高效的非结构网格质量修匀方法。其基本过程是先对每个单元独立地进行拉伸-收缩操作以优化单元的形状,然后在整个网格中通过对各单元的节点位置进行加权平均来获得改善后的网格。为进一步提高修匀方法对网格质量的优化效果,并使得该方法具备一定的网格调整能力,结合动网格技术提出了对单元进行大范围和较大幅度移动的策略;在修匀过程中还通过适当算法调整单元形心位置和单元尺寸,进一步增强了修匀方法对网格局部进行疏密调节的能力。本文方法可适用于平面和三维非结构网格的质量改善及网格调整。若干算例表明了方法的有效性。     

一类多线程并行四面体网格优化算法

提出了一类多线程并行、组合了光滑化与局部重连操作的四面体网格优化算法。采用传统的基于拓扑的数据分解策略实现了并行光滑化算法,利用图染色算法将待光滑化的点分解成多个独立点集。同时提出将一类基于几何的数据分解策略应用于局部重连操作的并行化,在每个局部重连操作涉及的几何区域中定义一个特征点,然后沿希尔伯特(Hilbert)曲线对特征点进行排序,曲线的均匀分解对应局部重连操作在各线程的分配。这一分配策略的优点是使并行执行局部重连操作时重连区域相互干涉的情形极少出现。因此,当干涉情形出现时,可选择放弃产生干涉的操作,并行优化效率和效果并无明显的负面影响。最后,数值实验验证了本文算法的效率和有效性。     

NND格式在非结构网格中的推广

在张涵信提出的无波动、无自由参数的差分格式（ＮＮＤ格式）的基础上，构造了适用于非结构网格的二阶精度ＮＮＤ有限体积格式，解决了现有非结构网格方法中为抑制激波附近的波动而必须引入含自由参数的人工粘性项的困难，并采用网格自适应技术以提高效率．通过对二维平板激波反射和前台阶在管道内的流动问题的计算，表明本方法可有效地用于Ｅｕｌｅｒ方程的求解．     

A high‐order element based adaptive mesh refinement strategy for three‐dimensional unstructured grid

Adaptive mesh refinement (AMR) shows attractive properties in automatically refining the flow region of interest, and with AMR, better prediction can be obtained with much less labor work and cost compared to manually remeshing or the global mesh refinement. Cartesian AMR is well established; however, AMR on hybrid unstructured mesh, which is heavily used in the high‐Reynolds number flow simulation, is less matured and existing methods may result in degraded mesh quality, which mostly happens in the boundary layer or near the sharp geometric features. User intervention or additional constraints, such as freezing all boundary layer elements or refining the whole boundary layer, are required to assist the refinement process. In this work, a novel AMR strategy is developed to handle existing difficulties. In the new method, high‐order unstructured elements are first generated based on the baseline mesh; then the refinement is conducted in the parametric space; at last, the mesh suitable for the solver is output. Generating refined elements in the parametric space with high‐order elements is the key of this method and this helps to guarantee both the accuracy and robustness. With the current method, 3‐dimensional hybrid unstructured mesh of huge size and complex geometry can be automatically refined, without user intervention nor additional constraints. With test cases including the 2‐dimensional airfoil and 3‐dimensional full aircraft, the current AMR method proves to be accurate, simple, and robust.     

前沿推进曲面四边形网格生成算法

将一类前沿推进三角形曲面网格生成算法拓展到曲面四边形网格生成。新算法逐个单元推进前沿,避免了铺路法（Paving）逐排推进方式的鲁棒性问题,针对四边形算法在理想点计算、候选点列表构建和新单元生成等环节存在的特殊技术问题给出了系统的解决方案。数值实验表明,本文算法能针对复杂的组合参数曲面自动生成全四边形网格,网格质量优于...     

A high‐precision unstructured adaptive mesh technique for gas–liquid two‐phase flows

Adaptive mesh techniques are used widely in the numerical simulations of fluid flows, and the simulation results with high accuracies are obtained by appropriate mesh adaptations. However, gas–liquid two‐phase flows are still difficult to be simulated on adaptive meshes, especially on unstructured adaptive meshes, because the physical phenomena near gas–liquid interfaces are highly complicated and in general, not modeled appropriately on adaptive meshes. In this paper, a high‐precision unstructured adaptive mesh technique for gas–liquid two‐phase flows is developed and verified/validated. In the unstructured adaptive mesh technique, the PLIC algorithm is employed to simulate interfacial dynamic behaviors and, therefore, the reconstruction method for the interfaces in refined cells is developed, which satisfies the gas and liquid volume conservations and geometrical conservations of interfaces. In addition, the physics‐based consideration is performed on the momentum calculations near interfaces, and the calculation method with gas and liquid momentum conservations is developed. For verification, the slotted‐disk revolution problem is solved. As a result, the unstructured adaptive mesh technique succeeds in reproducing the slotted‐disk shape accurately and well maintaining the shape after one full‐revolution. The dam‐break problem is also simulated and the momentum conservative calculation method succeeds in providing physically appropriate results, which show good agreements with experimental data. Therefore, it is confirmed that the developed unstructured adaptive mesh technique is very efficient to simulate gas–liquid two‐phase flows accurately. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

三维有限元六面体网格几何自适应再生成方法

基于几何自适应的六面体网再生成方法,提出了一种以栅格法为基本方法,对有限元网格再划分过程中的网格再划分标准、几何形状的获取以及新旧网格之间物理量的传递等关键问题进行了研究.重点介绍了基于几何自适应的六面体网格再生成算法,首先对旧网格实体模型进行识别,根据实体模型几何特征建立加密源点信息场;然后采用栅格法生成核心网格并对...     

一种新的求解对流占优问题的自适应网格细化方法

在均匀网格上求解对流占优问题时,往往会产生数值震荡现象,因此需要局部加密网格来提高解的精度。针对对流占优问题,设计了一种新的自适应网格细化算法。该方法采用流线迎风SUPG(Petrov-Galerkin)格式求解对流占优问题,定义了网格尺寸并通过后验误差估计子修正来指导自适应网格细化,以泡泡型局部网格生成算法BLMG为网格生成器,通过模拟泡泡在区域中的运动得到了高质量的点集。与其他自适应网格细化方法相比,该方法可在同一框架内实现网格的细化和粗化,同时在所有细化层得到了高质量的网格。数值算例结果表明,该方法在求解对流占优问题时具有更高的数值精度和更好的收敛性。     

An approach of dynamic mesh adaptation for simulating 3‐dimensional unsteady moving‐immersed‐boundary flows

In this paper, we present an approach of dynamic mesh adaptation for simulating complex 3‐dimensional incompressible moving‐boundary flows by immersed boundary methods. Tetrahedral meshes are adapted by a hierarchical refining/coarsening algorithm. Regular refinement is accomplished by dividing 1 tetrahedron into 8 subcells, and irregular refinement is only for eliminating the hanging points. Merging the 8 subcells obtained by regular refinement, the mesh is coarsened. With hierarchical refining/coarsening, mesh adaptivity can be achieved by adjusting the mesh only 1 time for each adaptation period. The level difference between 2 neighboring cells never exceeds 1, and the geometrical quality of mesh does not degrade as the level of adaptive mesh increases. A predictor‐corrector scheme is introduced to eliminate the phase lag between adapted mesh and unsteady solution. The error caused by each solution transferring from the old mesh to the new adapted one is small because most of the nodes on the 2 meshes are coincident. An immersed boundary method named local domain‐free discretization is employed to solve the flow equations. Several numerical experiments have been conducted for 3‐dimensional incompressible moving‐boundary flows. By using the present approach, the number of mesh nodes is reduced greatly while the accuracy of solution can be preserved.     

一种简单快速的多块网格生成方法

利用有限元中的形函数进行网格插值映射分块生成网格,构造了一种块网格拓扑结构,使得块与相邻块之间自动组合,并利用该方法对二维、三维复杂区域进行分块网格生成,说明该方法生成的网格质量较好,适合于复杂区域分块求解。