耦合算法

摘要： 为深入分析振动深松过程中耕层土壤扰动过程,该研究采用离散元法(Discrete Element Method,DEM)与多体动力学(Multi-Body Dynamics,MBD)耦合算法对振动深松作业过程进行仿真分析。采用MBD构建拖拉机-振动深松机-土壤系统仿真模型,利用DEM建立耕作土壤的离散元模型,考虑土壤颗粒的黏性、弹性和塑性,采用非线性粘结弹性塑形(Edinburgh Elasto-Plastic Adhesion,EEPA)接触模型分析振动作用下全方位深松铲对土壤的扰动作用。仿真结果表明:作业过程中土壤扰动分界面与铲尖运动轨迹重合;在入土行程阶段铲尖对土壤扰动形成新月形扰动区域;在振动频率f为5 Hz且前进速度v为0.56 m/s条件下,振动作业阶段土壤颗粒速度呈现出低速0~0.1 m/s、中速0.1~0.3 m/s和高速0.3~0.5 m/s分布,依此将铲尖附近区域划分为过渡区、回填区和扰动区,各个区域随时间周期规律性变化和循环;深松铲在空间范围内对土壤的扰动主要聚集在铲体结构内部,扰动范围取决于全方位深松铲的最大横截面积,通过土槽试验验证了土壤扰动截面轮廓形状与仿真结果具有一致性。研究结果直观呈现了振动深松机对土壤的扰动过程及土壤颗粒的速度分布情况,可为定性解释全方位深松铲对土壤的扰动情况提供参考。

摘要： 采用耦合算法研究不同因素对船舶艉轴承弹流润滑性能的影响。以重载工况的船舶艉轴承为研究对象,建立轴瓦三维有限单元模型;通过有限单元法结合耦合算法求解油膜压力、油膜厚度、弹性变形,探讨了弹性模量、轴承间隙、长径比3种影响因素对艉轴承弹流润滑特性的动态影响。结果表明:弹性变形和油膜压力沿周向和轴向都近似抛物线分布,呈现先增后减的趋势,在周向180°附近取得最大值,因此在轴承周向和轴向的中点附近受轴承参数的影响较大,润滑状况需要特别关注;随弹性模量增加,油膜峰值压力增加,最大弹性变形量和最小厚度均减小,摩擦力和端泄流量同时增加,因此在一定区间内增大弹性模量能有效减小轴瓦产生的弹性变形;随轴承间隙增大,油膜峰值压力增加,最大弹性变形量和最小油膜厚度均减小,摩擦力和端泄流量变化不明显,因此在轴承安装时需控制合理的轴承间隙,确保轴承处于良好的润滑环境;随长径比增大,最大弹性变形量近似线性增加,油膜峰值压力、摩擦力、端泄流量均减小,最小油膜厚度几乎不变,因此在设计艉轴承长径比时,应综合考虑艉轴承在重载工况下可能产生的弹性变形以及弹性变形对润滑特性的影响。

摘要： 为了探究旋转导向钻具在导向钻进过程中井底岩屑运移规律,采用计算流体动力学和离散单元法耦合算法(CFD-DEM)建立描述井底钻井液与岩屑颗粒复杂两相流动的模型,运用有限元软件与离散元软件分析旋转导向钻具井底岩屑颗粒的运动学特性;探讨旋转导向钻头偏置角度、钻井液流速、钻头转速、岩屑颗粒粒径对井底岩屑颗粒运移特性的影响规律。结果表明:提高转速与钻井液流速,岩屑颗粒的运移速度随之增大,对于井底岩屑颗粒的运移起到正反馈的作用,可提高井底清洁度;岩屑颗粒粒径的增大会减小岩屑颗粒的运移速度,当岩屑颗粒的直径大于3 mm时,岩屑运移速度减小更加明显;旋转导向钻具钻头偏置会导致井底空间结构的变化,岩屑颗粒动能和钻井液水力能量也会削弱,最终会加剧钻头磨损,产生泥包等。

摘要： 为考虑热源形态及通风条件对腔内流体流动及传热性能的影响,本文采用基于多参数弛豫时间模型格子Boltzmann法与有限差分法的耦合算法,对中心热源条件下开口方腔内的混合对流现象进行研究.在不同进、出流口位置和热源形状下,分析了混合对流的流动、温度及换热特性,并给出了流函数线和等温线分布以及热源表面的努赛尔数.数值计算结果明:当进、出流口的位置固定时,热源形状决定了局部对流换热强度,但对温度场的影响较小;平均努赛尔数随着圆角半径R的增大而增大,并在进、出流口分别位于中部和顶部时,取得最大值.

摘要： 旋翼飞行器处于地效(IGE)悬停状态易吸入沙尘从而引起沙盲现象.为了研究出现沙盲现象时的悬停流场与沙尘的运动规律,采用基于雷诺平均N-S方程及k-ω(SST)湍流模型,结合计算流体力学(CFD)与离散元(DEM)耦合并行算法,使用Fluent软件进行流场连续相计算;通过API传递流场信息至离散相,计算直升机旋翼的悬停流场,并与可得到的PIV测量结果进行对比;再将流场动量数据传输给离散相,计算沙尘的完整运动轨迹和颗粒分布.结果表明:在对流场精确模拟的同时,采用离散元方法对沙尘颗粒受力运动以及空间分布较好地模拟,能够多参数化地了解地效流场和细微沙尘颗粒受力运动规律,直观呈现沙盲的发展过程.

摘要： 针对类天宫飞行器服役期满再入大气层多次解体过程残骸碎片绕流对气动特性干扰影响的问题,在数值求解N-S方程的CFD和DSMC方法程序研究基础上,采用MPC耦合处理原理,发展了基于Chapman-Enskog非平衡速度分布函数的耦合区域双向信息交换亚松弛计算技术,建立了适于残骸碎片两体不同间隔绕流干扰流场的N-S/DSMC耦合算法.对天宫飞行器两舱结构体在过渡流区低密度风洞试验状态进行了耦合计算,计算结果与风洞试验结果吻合很好,验证了所建立的耦合算法对再入解体残骸碎片气动特性计算的有效性和可靠性.通过对天宫飞行器解体碎片的简化外形球和球柱体在过渡流区高超声速两体干扰气动特性进行不同间隔绕流场耦合计算分析,结果表明,在一定的距离范围内,两体干扰会对残骸碎片的气动特性产生较强的影响,不同的残骸碎片外形在不同距离的干扰规律不一致.计算结果为天宫飞行器再入解体气动融合轨道数值预报提供设计依据.

摘要： 在跨流域复杂流动问题的模拟中,基于求解速度分布函数演化方程的气体动理论方法的效率问题一直受到工程应用领域关注.研究提升气体动理论方法在定常流动模拟中的计算效率具有重要意义.为了提升定常流动计算收敛速度,本文提出了一种耦合宏观方程数值本构关系的气体动理论加速收敛方法.通过求解Boltzmann模型方程,将应力、热流高阶项的数值解与宏观方程耦合,实现了宏观方程的封闭;另一方面,宏观方程的计算结果被用来更新Boltzmann模型方程的当地平衡态速度分布函数中的宏观物理量,以此构造求解Boltzmann模型方程的全隐式数值格式.通过跨流域方腔流动、超声速圆柱绕流及双圆柱干扰绕流案例的数值模拟,对方法进行了广泛考核.计算结果与常规气体动理论统一算法、直接模拟蒙特卡罗法符合良好,证明该方法很好地描述了稀薄流动中的非线性本构关系,以及激波、强壁面剪切、流动分离等强非平衡特征.进一步,对于低努森数Kn的流动,方法能显著加速收敛过程,提升计算效率;随着努森数Kn增加,气体对流输运效应减弱,方法的加速收敛效果降低.与此同时,如何减少内迭代耗时,进一步提升效率有待更多研究.

摘要： 采用一种新型耦合算法,将有限差分法和3D有限元法综合应用于求解油膜压力和轴瓦弹性变形过程中.与其他算法相比,该算法更为科学、合理,同时具有收敛快、精度高的特点.通过对固定瓦-可倾瓦组合径向滑动轴承的研究,分析轴瓦弹性变形对油膜厚度、油膜压力、油膜承载力、摩擦阻力及轴承端泄量等润滑性能的影响.研究结果表明,在大偏心率的情况下,轴瓦弹性变形对轴承润滑性能影响较大.

摘要： 自激振动深松机的设计主要采用田间试验及理论分析方法,但田间试验成本高、周期长,同时理论分析尚不具备完整准确的解析解。为提高该类机具的设计效率,保证设计结果的准确性和可靠性,本文在课题组研制的Agri-DEM软件平台上,添加了离散元法(DEM)与多体动力学(MBD)耦合算法,然后利用该算法对自激振动深松单体作业过程进行仿真分析。耦合算法中,采用MBD方法建立了台车深松机悬挂架土壤的系统动力学模型,包括7个活动刚体、1个滑移铰、7个转动铰、1个滑移驱动、1个弹簧力约束和1个阻尼约束,同时利用广义坐标分块算法将系统微分代数方程组转化为微分方程组,并通过亚当斯莫尔顿校正算法进行积分,求解获得各刚体的运动学参数和动力学参数;采用DEM方法建立了耕作土壤的离散元模型,考虑土壤颗粒的黏附力,提出一种适合于土壤等湿颗粒间的接触力学模型——湿颗粒模型,模型参数通过试凑法确定。对模型进行深松铲的动力学响应分析、弹簧及牵引力动力学响应分析和土壤扰动过程分析,仿真结果表明:土槽台车前进速度为0.5 m/s时,机具牵引力周期性变化的区间为-331.06~1492.75 N,最大牵引力为1492.75 N;深松铲的入土角周期性变化的区间为0^-0.11 rad,在高度方向上铲柄质心的变化区间为-400.33^-581.37 mm;激振弹簧受载也呈周期性变化,变化区间为2623^-2231 N;深松铲铲尖部位抬升土壤,土壤颗粒扰动量在铲尖区域最大,并沿深松铲前进方向和侧向依次递减。仿真结果直观的呈现了自激振动深松机的作业过程及土壤颗粒的运动情况,定性的解释了自激振动深松机的减阻机理。本文添加的DEMMBD耦合算法,为自激振动深松机工作过程分析和优化设计提供了一种新方法。

摘要： 过渡流区气动问题的数值模拟一直是空气动力学领域的困难.本文首先介绍了在已有N-S(Navier-Stokes)解算器和DSMC(Direct Simulation Monte Carlo)方法研究基础上,采用MPC(Mouduler Particle-Continume)耦合技术建立了N-S/DSMC耦合算法,把DSMC方法和N-S方法的应用范围拓展到近连续过渡流区.然后详述了基于国家超算无锡中心的国产十亿亿次超级计算机开展的耦合算法多级并行优化技术,并首次实现了耦合算法的众核并行.测试表明,本文的进程级优化技术取得了超线性加速比;众核级优化受制于原算法特点和系统特点没有取得预期效果,但进行了探讨和分析,为N-S/DSMC耦合算法的众核并行提供了研究和分析依据,为过渡流区高超声速气动特性数值模拟研究提供了有效的途径.

摘要： EPSR(Empirical Potential Structure Refinement)是利用逆蒙特卡罗模拟方法,使用中子散射谱来分析出物质微观结构的一款软件.EPSR可以获得接近真实情况的分子构型,但是由于其在逆蒙特卡罗方法进行能量最小化时每一步的所得构型紧密依赖于上一步,很难实现较好的并行化,导致在使用EPSR能量最小化时速度比较慢.GROMACS是一个功能强大的分子动力学模拟软件,主要设计用于生物化学分子,其在系统能量最小化的计算过程中有比较好的效果.但是GROMACS和EPSR在接口上有一些差异,为了将GROMACS的能量最小化应用于EPSR的模拟中,实现EPSR模拟的加速,本文提出了一种GRMACS和EPSR的耦合算法.其基本思想是将GROMACS和EPSR的原子坐标、分子模型以及原子间作用势能等信息进行耦合,充分利用GROMACS能量最小化的并行优势,通过与纯EPSR的模拟算法做比较,验证了本算法能够获得更快的模拟效果,为进一步的研究工作奠定了基础.

摘要： 在近连续过渡区高超声速流动中,流场参数变化很大,导致流场部分区域处于连续流状态,部分区域处在过渡流状态,如钝体飞行器高超声速再入绕流,在飞行器前部流场中,来流被激波压缩和加热,流动可以认为是连续流,而在尾迹流中,气流膨胀为稀薄流.整个流场中包含了不同的流态,需要发展相应的计算方法. 为了研究不同气体动理论速度分布对N-S/DSMC祸合算法影响，本文在数值求解N-S方程CFD算法和稀薄流DSMC方法研究基础上，采用MPC ( Modular Particle-Continuum )耦合技术，研制了N-S/DSMC耦合算法，在耦合边界上分别采用Maxwell平衡态速度分布与Chapman-Enskog非平衡态速度分布，对一维激波结构和球头绕流流场进行了数值仿真，并与DSMC方法的结果进行了比较，分析了不同类型速度分布对计算精度与效率的影响。预期能为近连续过渡流区高超声速流动数值模拟研究提供一种工程适用的预测分析手段。

摘要： 在这次报告中,本文主要讨论针对双曲守恒律的基于间断有限元方法(Runge-Kutta discontinuous Galerkin method)与加权本质非振荡格式(Weighted essentially non-oscillatory scheme)的多区域耦合方法.本文给出了两种多区域耦合方式:一种是基于三阶精度间断有限元方法和五阶精度有限体积型的加权本质非振荡格式的多区域耦合;另一种是基于三阶精度的间断有限元方法和五阶精度有限差分型的加权本质非振荡格式的多区域耦合.多区域耦合算法的目的是为了在边界附近区域采用间断有限元方法来处理复杂边界条件,在内部流场区域采用加权本质非振荡格式来提高计算效率.理论分析和数值算例可以显示了多区域耦合算法具有高阶精度,很好稳定性和鲁棒性.本文将基于三阶精度的间断有限元方法和五阶精度有限差分型的加权本质非振荡格式的多区域耦合算法推广至求解一维和二维欧拉方程,通过数值算例可以看到耦合算法取得了较好的计算效果.

摘要： 本文研究了广泛应用于耦合算法中的非周期性边界条件(NPBC)，获得了耦合算法中粒子区边界附近原子所受边界力与边界处局部密度和温度的关系。基于此，本文拟合得到了边界力与局部密度和温度的关系式，与平衡态分子动力学模拟结果的对比验证了拟合公式的可靠性。最后本文将边界力的拟合公式应用到耦合算法中求解Poiseuille流动，结果表明粒子区边界附近的密度振荡大大减小，且速度和温度分布曲线能很好地与纯MD方法结果吻合。

摘要： 外源驱动次临界系统是一类广泛存在且重要的核能系统.固有的射线效应和存在空间局部源,使得离散纵标(SN)法难以精确计算该类系统内的中子注量率.虽然蒙特卡罗(MC)方法可有效地模拟局部源问题,但存在计算效率较低的不足.因此,单一的SN方法或MC方法难以兼顾计算精度和效率.为充分发挥两种方法的优点,提出了以中子首次裂变为耦合点的MC/SN耦合算法.首先,采用MC方法模拟源中子在发生裂变反应之前的输运过程,并统计出首次裂变中子源;其次,采用SN方法求解对应于首次裂变中子源的输运方程;最后叠加两种方法计算的中子注量率,得到最终结果.算例表明,该耦合算法可有效地模拟外源驱动次临界系统的中子输运过程.

摘要： 基于通用计算流体软件FlUENT，通过用户自定义函数(User Defined Function)实现了伪三维DEM-CFD耦合算法，其中连续相控制方程由通用计算流体软件FLUENT求解。构建空隙率标量场，重组基于局部平均并考虑流-固耦合作用的连续相控制方程，提高了连续相控制方程的求解稳定性。最后，将该算法用于球形颗粒的气固两相流数值模拟中，数值模拟计算结果与有关数值模拟及试验结果定性一致。

摘要： 本文针对复合材料及界面热传导问题,采用耦合分子动力学和多尺度有限元的方法,计算复合材料中的温度场。采用多尺度有限元方法求解宏观热传导方程,并将其解当成大尺度的背景。在界面处,采用分子动力学方法,并将其解作为小尺度修正。耦合分子动力学和多尺度有限元的方法,能够以较低的计算代价求解很大区域内的解。本文给出了详细的算法流程,并演示了一系列具有代表性的数值算例。

摘要： 针对爆炸毁伤多层介质靶问题，采用Euler/Lagrange耦合算法建立了爆炸毁伤计算模型，分析了炸深和弹姿对靶板毁伤的影响。研究结果表明：炸深和弹姿对靶板毁伤效果有显著的影响。对于文中指定的弹靶系统，炸深设在第3、4层的交界面时，毁伤面积最大；水平方向弹姿对靶板毁伤比垂直方向弹姿更严重。

摘要： 基于动态混合网格技术,通过耦合求解刚体六自由度动力学方程、非定常NS方程、舵偏控制率,建立了适用于飞行器姿态角控制、过载控制等机动飞行过程数值模拟研究的一体化数值模拟技术.其中动态混合网格技术采用了弹簧松弛法以及Delaunay背景网格映射法,动力学方程、NS方程通过弱耦合方式进行求解.采用该方法,对某导弹的姿态角控制过程进行了数值模拟,并对变马赫数情况下的过载控制过程进行了初步的数值研究.

摘要： 本发明公开了一种基于SPH‑FEM耦合算法的航油管道滑坡灾害主控因素辨识方法，包括以下步骤：选取管道滑坡灾害影响因素，并建立管道滑坡灾害主控因素识别表；获取目标区域的滑坡体参数以及管道参数，结合所述管道滑坡灾害主控因素识别表，对所述目标区域的管道滑坡灾害影响因素进行识别，确定所述管道滑坡灾害影响因素中的主控因素。本发明能够定量评估土质滑坡灾害下管体的受力特征，初步识别影响管道完整性的主控因素，从而研究制定穿越土质滑坡段管道地质灾害风险的工程缓解措施、识别程序及作业指导文件，为航油管道滑坡风险管控提供快速决策工具。

摘要： 本发明公开了一种基于耦合算法的多林区航线调度规划方法，包括以下步骤：S1、设置模拟退火算法控制参数；S2、产生初始解；S3、计数器count＝0；S4、将k＝1；S5、解变换、变异、逆转得到新解；S6、根据Metropolis准则判断是否接受新解；S7、得到新解S1，并将k＝k+1；S8、判断k>L；S9、执行count＝count+1，T＝qT；利用降温速率q进行降温。S10、判断T是否小于Tend；S11、输出作业顺序路径解集；S12、设置遗传算法种群大小、交叉概率、变异概率；S13、遗传算法初始化种群Chrom2；S14、计算适应度值；S15、进行选择、交叉、变异操作；得到更新后种群Chrom2；S16、检测迭代次数；S17、输出最短的全局区域间调度路径。

摘要： 本发明涉及耦合算法优化技术领域，具体公开了一种用于N‑S/DSMC耦合算法的区域边界优化方法。本发明所述的一种用于N‑S/DSMC耦合算法的区域边界优化方法，将使用不同算法的流场小网格重新划分成大网格，判断每一个大网格中小网格数目占优的算法，并确定为当前大网格的算法，再对大网格进行消除孤岛的二次优化。可以对根据流场参数判据生成的不同算法区域边界进行有效的优化，进而提高N‑S/DSMC耦合算法的计算效率与计算稳定性。

摘要： 本发明公开了城市供水领域的差分进化算法‑自回归耦合算法城市需水量预测模型，包括以下步骤：S1：确定城市需水量预测模型；S2：对学习样本时间序列进行处理得到零均值；S3：计算学习样本时间序列的自相关系数rk；S4：确定模型参数的优化目标函数f；S5：生成模型参数集P，并将模型参数集P设置为目标向量；S6：采用差分进化算法对群体进行初始化；S7：对目标向量采用差分进化算法变异操作，生成变异向量；S8：对变异向量采用差分进化算法杂交操作，生成试验向量；10：使用最优模型参数的城市需水量预测模型进行预测，本发明达到达到提高模型预测精度的目的。

摘要： 本发明设计一种基于CPG‑Hopf网络耦合算法的水下六足机器人步态生成与转换方法，旨在解决六足机器人在运动过程中协调腿部的动作和改善步态转换时动作的顺滑度。现有的步态生成方法多数基于模型法和行为控制法，对动作的可控性不强，且不是高智能行为。基于CPG‑Hopf网络耦合振荡器是模仿动物产生的节律运动的机理，并运用到机器人的控制当中，其效果是可控性高、更稳定、运动效率更快。同时在CPG‑Hopf网络耦合振荡器的基础上优化CPG‑Hopf网络耦合算法，利用线性插值对CPG‑Hopf网络耦合算法中的关键参数进行插值解算，实现水下六足机器人在步态切换时更稳定、顺滑，从而避免了中弧形腿的关节角度发生突变，对机器人的机械与控制系统造成冲击，保证了水下六足机器人的结构安全性。

摘要： 本发明公开了一种基于力热耦合算法的航天遥感器热控指标制定方法，包括：建立四种力热耦合的假设工况；根据力热耦合弹性变形理论，以及光机结构变形与光学系统转换关系，计算MTF的值用于定量的评价成像质量；根据成像质量的整体指标与分系统指标的关系，确定遥感器热控子系统和机械子系统耦合情况下对应的综合成像质量指标；对耦合工况进行迭代计算并以达到成像质量阈值时对应的温度作为热控指标，完成光学指标到热控指标的转换。本发明的指标可保证在轨时的遥感器成像质量满足指标的前提下，降低约20%的热控系统功耗并在一定程度上的缩短了遥感器研制周期。

摘要： 本发明公开了一种基于机器视觉与深度学习耦合算法的实时监测方法；该方法包括以下步骤：1、激光器发射激光束，在筒纱端面上留下光斑。同时，RGB‑D摄像机发生转动，在不同的俯仰角下采集筒纱的RGB图像和深度图。2、对不同俯仰角下拍摄得到的RGB图像和深度图像进行图像处理，获得图像中光斑中心及各筒纱中心的深度值，并提取出各筒纱及其线轴的轮廓。3、计算视觉测量的筒纱边距；4、计算深度学习的筒纱边距；5、融合视觉测量的筒纱边距与视觉测量的筒纱边距。本发明采集不同视角下的RGB图像和深度图像；然后对这些所采集的图像分别采用计算机视觉方法测量各个筒纱端面边距，并取平均值，能够有效地减少线卷边距的跳动误差。

摘要： 本发明公开了一种基于RKPM‑PD耦合算法的岩石裂纹扩展预测方法。与原有算法相比，RKPM‑PD耦合算法继承了基于PD的非局部特性，不需要对裂纹尖端进行动态追踪；另一方面，该耦合算法有效解决了PD方法中的数值震荡现象，具备较好的数值稳定性。该算法在位移连续处采用RKPM方法，并应用PD中键的思想处理裂纹，有效结合了两方法的优势，非常适用于求解岩石材料内复杂三维裂纹扩展问题。

摘要： 本发明公开了一种基于SPH‑FEM耦合算法的航油管道滑坡灾害主控因素辨识方法，包括以下步骤：选取管道滑坡灾害影响因素，并建立管道滑坡灾害主控因素识别表；获取目标区域的滑坡体参数以及管道参数，结合所述管道滑坡灾害主控因素识别表，对所述目标区域的管道滑坡灾害影响因素进行识别，确定所述管道滑坡灾害影响因素中的主控因素。本发明能够定量评估土质滑坡灾害下管体的受力特征，初步识别影响管道完整性的主控因素，从而研究制定穿越土质滑坡段管道地质灾害风险的工程缓解措施、识别程序及作业指导文件，为航油管道滑坡风险管控提供快速决策工具。

摘要： 本发明公开了一种基于耦合算法的多林区航线调度规划方法，包括以下步骤：S1、设置模拟退火算法控制参数；S2、产生初始解；S3、计数器count＝0；S4、将k＝1；S5、解变换、变异、逆转得到新解；S6、根据Metropolis准则判断是否接受新解；S7、得到新解S1，并将k＝k+1；S8、判断k>L；S9、执行count＝count+1，T＝qT；利用降温速率q进行降温。S10、判断T是否小于Tend；S11、输出作业顺序路径解集；S12、设置遗传算法种群大小、交叉概率、变异概率；S13、遗传算法初始化种群Chrom2；S14、计算适应度值；S15、进行选择、交叉、变异操作；得到更新后种群Chrom2；S16、检测迭代次数；S17、输出最短的全局区域间调度路径。