基于背景网格变形的动态网格移动方法

基于Delaunay背景网格插值技术的动态网格生成方法无需迭代计算,效率较高。但对复杂构形大幅运动的动边界问题,尤其当边界大幅转动时,背景网格极易交叉重叠。重新生成背景网格和重新定位网格节点信息不仅费时而且会导致网格质量的严重下降。本文提出改进的基于背景网格的动态网格变形方法,通过在初始Delaunay背景网格中添加辅助点,生成一层新的背景网格和新的映射关系;采用ball-vertex弹簧法驱动新背景网格的变形,进而牵动目标网格的变形。算例表明,本文提出的动态网格变形方法对所关心区域的网格具有良好保形性,边界可转动更大角度而不会出现网格交叉重叠问题,总体上提高了动态网格更新的效率和质量。     

涡轮叶片的持久寿命预测模型

镍基高温合金用于制造发动机的高压涡轮叶片.为了提高涡轮叶片持久寿命设计参数选取和设计方法的可靠性,从涡轮叶片代表性部位取材并设计、加工试验试件,进行持久寿命试验.试验过程中记录试件的变形量,进而推算出其蟠变应变,然后利用修正θ-Project Concept法来建立其持久寿命预测方程,并对其进行验证.     

基于分区径向基函数配点法的大变形分析

无网格法因为不需要划分网格, 可以避免网格畸变问题,使得其广泛应用于大变形和一些复杂问题. 径向基函数配点法是一种典型的强形式无网格法,这种方法具有完全不需要任何网格、求解过程简单、精度高、收敛性好以及易于扩展到高维空间等优点,但是由于其采用全域的形函数, 在求解高梯度问题时 存在精度较低和无法很好地反应局部特性的缺点. 针对这个问题,本文引入分区径向基函数配点法来求解局部存在高梯度的大变形问题. 基于完全拉格朗日格式,采用牛顿迭代法建立了分区径向基函数配点法在大变形分析中的增量求解模式.这种方法将求解域根据其几何特点划分成若干个子域, 在子域内构建径向基函数插值, 在界面上施加所有的界面连续条件,构建分块稀疏矩阵统一求解. 该方法仍然保持超收敛性, 且将原来的满阵转化成了稀疏矩阵, 降低了存储空间,提高了计算效率. 相比较于传统的径向基函数配点法和有限元法, 这种方法能够更好地反应局部特性和求解高梯度问题.数值分析表明该方法能够有效求解局部存在高梯度的大变形问题.      

一种基于径向基函数的两步法网格变形策略

基于径向基函数(RBF) 的网格变形方法是一种可靠的网格变形技术,对于任意拓扑的网格都能获得高质量的变形网格. 缩减控制点的RBF 网格变形方法可以大幅提高网格变形效率,但也存在变形后物面误差较大、边界层网格交错的问题. 在缩减控制点方法的基础上,提出了一种适合于带有边界层的黏性网格变形的方法,该方法从物面中选择两组控制点,利用其中一组控制点粗略计算变形后网格位置及变形误差,利用第二组控制点与变形误差插值得到更为精确的变形网格. 利用该方法完成带襟翼的NLR 7301 二维构型和带发动机短舱的DLR F6 翼身组合体的网格变形问题,结果表明该方法可以较大幅度降低变形网格的物面误差,并且有效避免边界层网格交错问题.      

钻井液流体特性对井下涡轮性能的影响

涡轮结构广泛应用于钻井工具,在对其进行仿真分析研究过程中通常采用清水作为介质,但该方法并不能比较确切地反映涡轮结构在井下实际的工作特征。针对该问题,本文建立了某型涡轮三维模型,采用Turbo Grid软件确定合理的网格参数,并进行了网格划分。采用Herschel-Bulkley钻井液流变模型研究了钻井液流体参数对涡轮结构的输出扭矩和效率的影响。基于响应面法,采用Box-Behnken设计方法得到了钻井液流体参数与涡轮性能指标的关系。结果表明,相较于稠度指数和流变指数而言,钻井液的密度和动切力对涡轮结构的输出扭矩和效率影响显著。因此,在探讨钻井液流变参数对涡轮性能影响时,应该优先考虑钻井液的密度和动切力特性。     

功能梯度材料动态断裂力学的径向积分边界元法

采用径向积分边界元法分析功能梯度材料动态断裂力学问题. 该方法使用与弹性模量无关的弹性静力学开尔文基本解作为问题的基本解,在导出的边界-域积分方程中含有由材料的非均质性和惯性项引起的域积分,通过径向积分法将域积分转化为等效的边界积分,得到只含边界积分的纯边界积分方程;从而建立只需边界离散的无内部网格边界元算法. 采用候博特方法求解关于时间二阶导数的系统离散的常微分方程组. 最后通过数值算例验证本文方法的精度和有效性.      

基于随机响应面法的可靠性灵敏度分析及可靠性优化设计

基于随机响应面法建立了可靠性灵敏度分析方法,并将其用于结构可靠性优化设计。建立的方法利用随机响应面法将隐式的结构响应函数转换成显式函数,在显式的响应函数基础之上求解失效概率和进行可靠性灵敏度分析,得到的可靠性灵敏度能为基于函数梯度的优化算法提供梯度信息。算例表明,本文提出的可靠性灵敏度分析方法具有较高的效率和精度,提高了结构可靠性优化设计的效率。     

碳纤维叶片的鸟弹冲击响应及损伤

通过实验和数值模拟研究了T300碳纤维叶片的抗冲击性能,探讨了碳纤维叶片的变形损伤模式及纤维层数对叶片抗冲击性能的影响。采用明胶鸟弹对不同层数碳纤维叶片开展了冲击实验,基于宏观连续损伤力学理论和Hashin失效准则针对碳纤维材料的失效形式编写了用户材料（vectorized user-material,VUMAT）子程序,采用光滑粒子流体动力学方法模拟明胶鸟弹,运用ABAQUS有限元软件对不同层数碳纤维叶片的动态响应过程进行了数值模拟,在鸟弹冲击过程中叶片变形、鸟流状态、冲击持续时间等方面,模拟结果与实验结果吻合较好。在鸟撞叶片初始冲击阶段,三种不同层数的叶片都有较大的变形,且叶片的变形模式相近;在冲击衰减阶段与恒流稳定阶段,不同层数碳纤维叶片的挠度与断裂位置都有较大差别。在鸟弹冲击叶片过程中,叶片以弯曲和扭转耦合变形模式为主,其中弯曲变形对其损伤破坏起主导作用。实验结果表明,碳纤维叶片损伤模式主要表现为：（1）叶根部边缘损伤,（2）叶根部完全断裂,（3）叶根部与叶顶部完全断裂。碳纤维抗冲击性能受层数的影响较大,通过实验和数值模拟对鸟弹冲击叶片进行机理分析,可为碳纤维叶片的工程设计和应...     

基于径向基函数的无网格方法

改进的基于径向基函数的强形式的无单元法（improved radial-basis-function strong-form meshless method,简称IRBFS）是真正意义上的无网格方法,介绍基本原理,求解弹性平面问题,验证了径向基函数的自由参数的最佳取值公式和稀疏化规律的适用性．     

航空发动机叶片气动弹性动力响应的数值方法研究进展

流动诱发振动造成的航空发动机叶片高周疲劳失效问题深受关注.对叶片的气动弹性动力响应研究的数值方法及进展进行了回顾,总结了航空发动机叶片振动响应实验研究和数值模拟研究的典型成果与特点,并对未来研究发展趋势进行展望.指出进一步的机理研究将集中于不稳定流动因素引发叶片强迫振动发作规律的探索以及更贴近流固耦合物理机制的气动弹性数值模拟方法的发展;在工程需求牵引下,建立适用于工程预测的动力响应分析模型,在设计过程中科学评价叶片气动弹性动力响应问题的潜在风险和发展流动控制基础上的气动阻尼减振技术值得进一步关注.      

一种微型轴流风扇扭叶片设计方法及其气动特性的数值研究

本文利用"径向平衡"原理,建立了轴流叶轮出口通流速度沿叶高的分布方程,并基于此提出了一种新的扭叶片设计方法.将该方法运用于某微型风扇的设计,并采用CFD技术,数值研究了不同扭曲形式下该型风扇的气动特点.通过与用传统方法设计的扭叶片及原始直叶片的气动性能的对比发现,按本文提出的方法所设计的扭叶片不仅能扩大微型风扇小流量稳定工况范围,而且其风压明显增加,有助于提高微型风扇的气动性能.     

响应面方法在二维连续体形状优化中的应用

简单介绍了响应面方法的实质,并将其应用于二维连续体结构形状优化中,结合有限元方法,近似拟合出了状态约束(应力和位移)对设计变量的显函数,代替了复杂的解析灵敏度分析,以MSC/Patran为平台采用PCL语言开发了二维连续体形状优化的程序．文中算例通过与差分法的比较表明了这一方法的有效性和可靠性．     

柔性机构动态可靠性分析的新方法

为了改善柔性机构动态可靠性分析的效率和精度,基于支持向量机SVM(Support Vector Machine)回归理论,提出了一种柔性机构动态可靠性分析高效率高精度的SVM回归极值法SREM(SVM Regression Extremum Method)。首先,介绍了柔性机构可靠性分析的基本理论;其次,融合蒙特卡洛法MC(Monte Carlo)和SVM回归理论,建立了柔性机构动态响应极值的代理模型,并利用代理模型进行柔性机构可靠性分析。最后,利用SREM法对柔性机构实例进行了可靠性分析,并与MC和人工神经网络ANN(Artificial Neural Networks)的分析结果进行比较。结果显示,在小样本情况下,进行柔性机构动态可靠性分析时,SREM的计算效率和计算精度都比ANN高;SREM的计算效率比MC大大提高,计算精度与MC相当。验证了在柔性机构可靠性分析中SREM的高效率和高精度,并证明了SREM在柔性机构可靠性分析中的可行性和有效行性。     

一种高效的局部径向基点插值无网格方法

提出了一种弹性动力分析的高效局部径向基点插值无网格方法(MLRPI).该方法采用径向基点插值形函数近似解变量,运用局部Petrov-Galerkin法推导出了相应的离散方程,并根据波动模拟的精度要求,得到某一结点的动力方程.然后采用Newmark常平均加速度法和中心差分法相结合的显式积分格式进行时域积分,得到每个自由度的一种解耦递推格式.最后,对一平面应变问题进行了求解,比较了该文提出的解耦MI.RPI方法、常规MLRPI方法和ANSYS有限元方法的精度和计算时间,结果表明解耦MLRPI方法与常规MLRPI方法的精度相当,但计算效率大大提高.     

钢-混凝土组合梁收缩徐变效应的随机分析

钢-混凝土组合梁是由混凝土板和钢梁通过剪力键连接而成的组合结构。由于混凝土的收缩徐变,将引起结构内力和应力重分布。混凝土收缩徐变具有离散性大的特点,进而导致结构长期响应表现出随机性。本文综合考虑徐变模型、收缩模型、混凝土抗压强度、混凝土弹性模量、环境湿度、钢材弹性模量、荷载以及剪力键刚度的随机性对钢-混凝土组合梁结构响应的影响。利用拉丁超立方抽样技术和基于响应面方法的蒙特卡洛抽样,研究了钢-混凝土组合梁挠度和应力时变效应的概率问题。     

钢-混凝土组合梁收缩徐变效应的随机分析

钢-混凝土组合梁是由混凝土板和钢梁通过剪力键连接而成的组合结构。由于混凝土的收缩徐变,将引起结构内力和应力重分布。混凝土收缩徐变具有离散性大的特点,进而导致结构长期响应表现出随机性。本文综合考虑徐变模型、收缩模型、混凝土抗压强度、混凝土弹性模量、环境湿度、钢材弹性模量、荷载以及剪力键刚度的随机性对钢-混凝土组合梁结构响应的影响。利用拉丁超立方抽样技术和基于响应面方法的蒙特卡洛抽样,研究了钢-混凝土组合梁挠度和应力时变效应的概率问题。     

串列叶片式前向离心风机气动与噪声特性的优化研究

对采用串列叶片的某前向离心风机内部三维非定常流动进行了数值计算,重点研究了串列叶片不同叶片相对长度和不同叶片相对周向位置两个参数对风机气动性能及气动噪声的影响.通过响应面方法对数值结果进行二次回归拟合,得到两个参数与风机效率和A声级间的函数关系,并进行了优化分析.数值结果表明:两个参数对串列叶片式前向离心风机效率和A声级均有较大影响,合理的串列叶片设计能够在保持气动性能基本不变的情况下降低风机的气动噪声.将可靠的CFD数值技术与响应面方法结合起来用于指导离心风机的改进及试验设计是可行的,本文的研究结果可为串列式离心风机在节能与降噪的总体设计方面提供参考.     

GPS RTK技术用于滑坡动态实时变形监测的研究

为了研究GPS RTK技术用于滑坡动态变形监测的精度和可靠性,本文结合某类滑坡的大型物理模型试验,在滑坡体上布设了若干监测点,并用GPS RTK技术、全站仪三维测量技术和GPS单历元定位技术实时跟踪监测了该滑坡在自然状态下从稳定到产生破坏的全部过程。通过对监测数据的处理和分析,获得了RTK技术用于滑坡变形监测的可靠性和精度等技术参数,即在基准站和流动站同步观测到的卫星数在7颗以上且RTK系统的数据链能够正常工作的情况下,RTK测量的平面和高程精度就能分别控制在15mm和20mm以内。研究结果表明,RTK技术在一定条件下完全可用于滑坡灾害的动态实时变形监测。     

基于压电纤维复合材料的旋转叶片主动控制

旋转叶片结构的振动失效占据了航空发动机整机故障的相当比重.发展针对旋转叶片结构的减振技术对于减轻叶片重量,提升叶片性能,延长叶片寿命具有重要意义.通过引入压电纤维复合材料(macro fiber composite,MFC)传感器和作动器,研究预变形旋转叶片2:1内共振的主动控制.建立考虑时滞效应的旋转叶片比例微分闭环...     

基于响应面法多自由度微机电陀螺的优化设计

为提高多自由度微机电陀螺的灵敏度及带宽的鲁棒性,提出了一种依据特征分析确定约束条件的新方法,即从参数限定的角度对结构参数对微机电陀螺动态性能的影响特征进行提取,以此为依据确定优化设计的约束条件,结合响应面法对多自由度微机电陀螺的灵敏度及带宽进行了优化设计。优化后灵敏度最高提升了19%,相应的带宽也提升了11%;带宽最高提升了28%,相应的灵敏度则提升了16%。结果表明了该优化方法的有效性,同时仿真分析结果也验证了优化分析结果的可靠性。