自适应网格

摘要： 弹性波数值模拟的所需的计算资源与网格点数相关。传统均匀网格有限差分方法的网格大小由复杂模型中的最小传播速度决定,导致高速区不必要的过密网格。比起已有的变网格,自适应网格(AMR,adaptive mesh refinement)灵活的结构使其可沿低速区的不规则区间使用密网格,因而计算效率提升更明显。本文将自适应网格同有限差分法结合,发展了适用于复杂模型的二维弹性波高效数值模拟算法。控制方程为一阶速度-应力方程组形式的弹性波方程,一阶空间导数采用高阶同位网格中心差分格式和显式滤波算子计算,时间积分采用四阶Runge-Kutta法。基于现有的自适应网格程序通用框架,实现自适应网格存储结构、网格生成和并行计算的负载均衡问题。数值算例表明,本文提出的方法适用于复杂速度模型的地震波传播计算,计算结果与传统均匀网格结果较一致,相位误差和幅值误差在10%左右。本文提出的方法从两个方面提高了计算效率:一是减少网格点数;二是通过增大高速区网格大小提高满足稳定性的时间步长。

摘要： 为准确地模拟流域洪水传播和淹没情况,基于自适应网格技术,以有限体积法为离散格式构建数值模型。模型以二维浅水方程为控制方程,采用HLL格式近似黎曼解计算界面通量,采用WAF格式对计算的通量进行加权修正,保证时间和空间上的二阶精度,并使其满足TVD条件,减小数值振荡。底坡源项采用水深差分重构,摩阻源项采用半隐式格式,保证数值计算的和谐性和稳定性。自适应网格形式为四叉树网格,在水位梯度较大的区域进行网格细化。算例验证表明:自适应网格技术可以自动识别参数梯度较大的区域以及干湿边界,自行调整网格尺寸,准确模拟水流传播的动态变化,可应用于实际的洪水模拟。

摘要： 为科学选择舰船建造工艺参数,缩短建造时间,提升建造稳定性,降低建造过程中的能源消耗,构建舰船建造工艺参数优化的数学模型。以舰船建造切削过程的切削时间、切削稳定性与切削能耗为优化目标,切削功率、工件表面粗糙度与切削力等为约束条件,建立工艺参数优化的数学模型;利用自适应网格的多目标粒子群算法求解数学模型,获取最佳工艺参数优化结果。试验证明:该模型可有效获取最佳工艺参数优化结果,降低建造时间与能源消耗,模型求解过程中收敛效果较优;工艺参数优化后可有效降低切削过程刀尖振动幅值,增强建造稳定性。

摘要： 当粒子群算法(PSO)解决多目标优化问题时,由于PSO有较快的收敛效果,使得种群在寻优过程中多样性不足,易使算法早熟收敛。为有效设计多目标粒子群算法,提出基于自适应网格混合机制的多目标粒子群算法(ammmMOPSO)。该算法采用自适应网格和混合机制的一种双重维护策略,以保证外部存档中的非劣解分布均匀,避免种群快速退化,影响粒子开发能力;利用混合机制中的加权策略在外部存档的非劣解中确定全局最优样本,增加了种群的多样性,提升粒子飞向真实Pareto前沿的概率;同时,为防止算法停滞,陷入局部最优的问题,还引入一个变异操作对粒子的位置进行动态变异,增强了粒子的探索能力。仿真实验结果表明:所提算法与其他3个国际经典的多目标粒子群算法相比,具有较优的收敛性和多样性,且有较好的空间化效果。

摘要： 本文讨论非守恒型线性奇异摄动两点边值问题的基于弧长等分布原理的自适应差分解法及其误差分析。引入对应的线性算子的伴随算子,利用伴随算子的格林函数的性质,证明了关于线性算子的稳定性。引入二次插值函数,可得在任意网格上提出的差分格式的后验误差估计。在均匀分布数值解弧长的自适应网格上,将引入的伴随线性算子离散化,利用离散格林函数的性质,证明了原问题数值解弧长的有界性,又由后验误差估计结论,最终可以证明原问题基于弧长等分布原理的自适应差分格式关于小摄动参数的一阶的一致收敛性。文章最后进行了数值实验,数值结果表明了误差分析的正确性和方法的可行性。

摘要： 通过摄动系数建立分层网格,用多尺度有限元法捕捉对流扩散方程的两端边界层,研究二维奇异摄动模型。基于分层网格并利用多尺度基函数刻画了边界层的微观信息,用有限的计算资源、较短的计算时间,得到了不依赖于摄动系数、一致稳定的模拟结果。

摘要： 针对具有高速、高机动性能的HTV2(hypersonic technology vehicle 2)目标,对采用直接碰撞拦截策略拦截弹的中制导进行了研究,给出了一种基于轨迹跟踪预测的中制导算法。该中制导算法首先使用自适应网格交互式多模型(adaptive grid interactive multi-model,AGIMM)滤波器对目标轨迹进行稳定跟踪,获取目标运动信息。之后使用基于遗忘因子的最小二乘法对目标进行轨迹预测,获取目标预测交班点处的运动状态。最后,将预测交班点处的目标状态量作为中制导约束,并使用高斯伪谱法计算最优中制导指令。使用该中制导算法对HTV2目标进行了拦截仿真,仿真结果证明了该算法的有效性。

摘要： 液舱晃荡对船舶运动产生的影响不可忽略,晃荡引起的冲击载荷与效应将造成舱壁结构的局部破坏。本文以矩形和棱形液舱为研究对象,基于自适应网格加密技术(AMR)对液舱遭遇不同外部激励的情况进行数值模拟。将自由面波高的计算值与理论值对比,吻合较好,验证了AMR的准确性。通过对比液舱在不同工况下的波高变化及舱内的气液分布,探究了液舱晃荡过程中的非线性动力学行为和作用机理。结果显示,液舱遭遇横摇激励后,舱内自由面波高的非线性程度明显比遭遇水平余弦激励低;高装载率下两侧围壁的波高幅值较中等装载率低,舱内液体越多,抵抗外部激励的力矩越大,液体的晃荡程度越不明显。不同于矩形液舱遭遇水平激励的情况,棱形液舱遭遇横摇激励时,舱内液体晃荡的非线性程度较弱,自由面几乎不会发生大幅度波浪翻卷或破碎,波浪形态主要是行进波和驻波。本文对液舱晃荡过程中的非线性动力学行为研究有一定借鉴作用。

摘要： 针对临近空间短距滑翔飞行器机动模式多变、弹道参数变化剧烈等特点,本文设计了一种基于变结构交互式多模型滤波的轨迹预测方法.该方法基于飞行任务结合自适应网格构建时变的机动模型集,解决机动模式多变的问题.通过引入渐消因子、修正Markov概率转移矩阵,提出一种变结构交互式多模型方法辨识机动模型特征参数.最后通过更新机动模型中的控制参量,实现数值积分条件下的轨迹预测.仿真结果表明,该方法对典型机动模式下的短距滑翔飞行器,具有高精度和强鲁棒的轨迹跟踪能力并且在轨迹预示过程中具有较强的收敛性,因此具有一定的理论意义和工程应用价值.

摘要： 凝结是自然界中很常见的一种现象,其真实感仿真对虚拟现实、影视特效及游戏娱乐等领域都有重要的意义.针对传统的基于物理的仿真方法难以保持凝结小尺度液滴细节的问题,提出一种基于光滑粒子流体动力学与自适应流体隐式粒子法耦合的仿真方法.首先基于光滑粒子流体动力学离散建模空气的热传导,并辅以相对湿度模型和露点描述相变过程;然后结合基于八叉树的自适应背景网格和流体隐式粒子法仿真凝结液滴,突出了小尺度液滴高精度的细节;最后引入表面张力、黏附力与阻力,逼真地仿真了复杂固体表面上液滴的运动.实验结果表明,该方法可以真实、高效地反映复杂固体表面的凝结现象.

摘要： 随着算法和计算机浮点运算能力的进步,直接数值模拟逐渐成为分析复杂两相流动机理的有效手段.传统直接数值模拟方法对数值格式耗散控制和网格分辨能力有较高的要求,大幅增加了计算负载.本研究采用多矩有限体积法(CIP-CSL,即Constraint Interpolation Profile-Semi-Lagrangian格式)离散两相流动控制方程;在单元内部使用代数方法重构VOF(Volume of Fluid)界面;同时改进了高度函数法计算局部曲率的精度.除此之外,为保证直接数值模拟计算效率,采用块自适应网格方法对自由面、大速度梯度等关键区域进行局部加密.本研究设计了数值实验,计算表面张力波(Capillary Wave)在不同Laplace数下的自由表面流动不稳定性问题,其自由面变形率与经典势流理论吻合较好.然后,使用该自适应网格求解器对不同Weber数和Reynolds数下的液滴碰撞问题进行了直接数值模拟,数值结果与实验数据进行了比对,充分证明了本方法的数值精度和有效性.

摘要： 空化流动具有高度非定常性,界面模糊而且处于不断地形变之中.本研究基于开源的CFD平台OpenFOAM,利用interPhaseChangeDyMFoam求解器对Clark-Y水翼的空泡流进行数值模拟,并利用自适应网格技术对空化区域尤其是两相界面附近的网格进行了局部加密,考察并分析了水翼的水动力性能和空泡形态.文中将模拟结果与试验结果相比较,发现通过自适应网格加密可以有效捕捉空泡形态的变化尤其是片空泡脱落过程.研究表明,针对空化区域的自适应网格加密能够在计算量一定的情况下有效提高空泡流模拟精度.

摘要： 本文基于自适应网格开发了三维两相流数值波浪水池,并进行相应验证.采用分步法求解两相Navier-Stokes方程,并采用VOF方法捕捉自由表面,网格结构的变化使用开源库Paramesh进行控制.首先模拟剪切流问题验证VOF方法,然后分别模拟线性液舱晃荡问题和孤立波传播问题验证当前模型.所有计算结果均与理论解进行比较,结果吻合良好,计算效率相对于均匀网格大大提升,证明了当前模型的准确性和可行性.

摘要： 基于自适应网格开发了二维数值水池,并模拟孤立波的生成.采用分步法求解Navier-Stokes方程,采用多重网格方法求解压力泊松方程,自由表面流动的捕捉采用VOF方法.首先在均匀网格上模拟溃坝问题验证VOF方法;然后在自适应网格上,模拟线性液舱晃荡问题和孤立波问题,验证当前模型,并分析模型效率.所有计算结果均与理论解、实验值或有可靠来源的数值解进行比较,结果吻合良好,计算效率相对于均匀网格大大提高.

摘要： 随着人们对高超飞行器的重视,对于稀薄高超声速的研究需求日益增加.诸如稀薄高超平板流动等基本问题的准确模拟至关重要.然而传统的NS求解器,却因为连续条件假设的失效而不能胜任此类计算.能够捕捉稀薄流动特征的DSMC则是解决方案之一.DSMC是计算昂贵的微观算法,自适应网格技术能够有效的将计算资源分配到需要计算的区域,以获得更高的计算性价比.然而如何有效的将自适应网格应用于DSMC模拟中仍然有待进一步探索.传统的依据分子平均自由程的加密方法忽略了流动的梯度特征,而本文则使用了具有梯度特征的加密标识得到了高效的DSMC自适应方案.同时通过对比自适应网格策略,揭示了稀薄激波当中分子平均自由程和属性梯度之间的关系.

摘要： 有限元和离散元混合程序——DFEM,通过将网格自适应划分与材料侵彻技术相结合,能够用于深入揭示陶瓷/金属复合装甲在冲击荷载作用下的动态响应.通过数值模拟,我们发现将自适应网格划分技术与标准的材料侵彻技术的进行耦合,能克服伴随大变形问题而来的不良单元边界,该区域网格更新技术相对传统材料侵彻技术拥有潜在优势.

摘要： 本文所述可离散有限元法是有限元法与离散元法的有机结合,可用来模拟准脆性材料连续体结构在外力作用下产生裂纹到破裂成离散子块的过程,摒弃了单一有限元或离散元方法在处理连续体到非连续体过渡的局限性.本文在可离散有限元理论的基础上进行了如下的研究工作:通过自适应网格算法中的网格密度控制技术,以及网格密度多重控制流程,成功应用在穿甲弹冲击准脆性复合装甲的数值模拟中.本文中创新点位于对软件中采用的Erosion算法和自适应网格技术进行了研究,成功地进行了高速冲击鍥入实验的数值模拟,得到了与实验结果相近的数据.

摘要： 在模拟高超声速流动时,激波位置及强度的预测直接影响到气动力计算的精度,为了提高激波的捕捉精度和计算效率,本文提出采用图像处理的思想,将流场计算网格与图像像素类比,借鉴图像处理的方法,提出了一种三维笛卡尔网格自适应算法.将算法嵌入到流场求解器中,根据流场求解结果对网格进行自适应,以某型飞机超音速流动为例,对算法进行了验证,结果表明,此方法能很好的在激波区域进行网格加密,计算结果与实验值吻合良好.

摘要： 本文针对红细胞形态的相场模型研究并行自适应算法.依据界面追踪的原则设计了自适应网格的更新准则,并基于离散能量下降准则设计了时间步长的自适应算法.在基于MPI的块结构自适应网格管理软件包PARAMESH的基础上设计并实现了MPI+OpenMP的混合并行算法.通过红细胞稳定态的自适应计算验证了自适应算法的正确性并测试了混合并行实现的效率.测试结果显示混合并行算法具有良好的可扩展性.

摘要： 运用自主开发的计算流体力学软件包,对三维仿生鱼非定常自主游动以及控制进行了模拟,分析了其游动的流体机理,该软件包组合了自适应八叉树结构网格的有限体积法、内置边界法、VOF(volume of fluid)的思想和游动控制策略.首先,主要运用头部摆动的方向控制策略,同时考虑鱼体波动和尾鳍摆动对头部方向控制的影响,实现了三维仿生鱼的快速转向,证明了头部方向控制策略的有效性.然后分析了三维仿生鱼快速转向的流场特征,尤其是从涡动力学角度揭示了三维仿生鱼是如何通过控制涡的产生和演化形成了对旋转有利的力矩.

摘要： 本发明公开了一种基于局部网格分裂的网格偏离空时自适应处理方法，包括：获取杂波空间的空时自适应处理字典及杂波协方差矩阵；初始化杂波空间的正交投影矩阵和噪声投影矩阵，初始化空时导向矢量集合、杂波原子下标集合、全局迭代次数、全局迭代门限、局部迭代次数、局部迭代的误差门限、局部的最大迭代次数；在所述空时自适应处理字典中搜索杂波的空时导向矢量，将其构成更新后的杂波空间的空时导向矢量集合，并计算更新后的杂波空间的噪声投影矩阵；根据更新后的杂波空间的噪声投影矩阵获得网格失配的空时自适应处理加权矢量。该方法克服了估计精度与局部网格划分的个数有关的问题，减小了运算量，并具有更优的处理效率。

摘要： 一种规则网格速度模型的自适应非结构三角网格化方法，该方法将网格生成过程类比为骨架平衡的过程，生成网格大小随速度自适应分布的高质量网格。此外该方法考虑速度模型的二阶梯度场的信息，将网格节点映射到规则网格模型定义的隐式物性分界面上，使非结构网格单元的边与速度模型中的物性分界面自适应贴合，实现了规则网格模型向非结构网格的准确转化，达到保存重要物性分界面的目的，为有限元的数值模拟方法提供可靠的非结构网格模型。

摘要： 本发明包括：频带分割滤波器(102、103、104、105)，具有预先设定的不对称的冲击响应，输入语音信号，将输入的语音信号的频带分割为预先设定的多个子带，取得频带分割出的多个子带语音信号；多个量化部件(110、111、112、113)，按预先设定的分割数对频带分割出的多个子带语音信号分别进行量化；以及编码部件(115)，对量化过的多个子带语音信号进行自适应差分脉冲编码调制编码。

摘要： 本发明公开了一种基于局部网格分裂的网格偏离空时自适应处理方法，包括：获取杂波空间的空时自适应处理字典及杂波协方差矩阵；初始化杂波空间的正交投影矩阵和噪声投影矩阵，初始化空时导向矢量集合、杂波原子下标集合、全局迭代次数、全局迭代门限、局部迭代次数、局部迭代的误差门限、局部的最大迭代次数；在所述空时自适应处理字典中搜索杂波的空时导向矢量，将其构成更新后的杂波空间的空时导向矢量集合，并计算更新后的杂波空间的噪声投影矩阵；根据更新后的杂波空间的噪声投影矩阵获得网格失配的空时自适应处理加权矢量。该方法克服了估计精度与局部网格划分的个数有关的问题，减小了运算量，并具有更优的处理效率。

摘要： 一种规则网格速度模型的自适应非结构三角网格化方法，该方法将网格生成过程类比为骨架平衡的过程，生成网格大小随速度自适应分布的高质量网格。此外该方法考虑速度模型的二阶梯度场的信息，将网格节点映射到规则网格模型定义的隐式物性分界面上，使非结构网格单元的边与速度模型中的物性分界面自适应贴合，实现了规则网格模型向非结构网格的准确转化，达到保存重要物性分界面的目的，为有限元的数值模拟方法提供可靠的非结构网格模型。

摘要： 本发明包括：频带分割滤波器(102、103、104、105)，具有预先设定的不对称的冲击响应，输入语音信号，将输入的语音信号的频带分割为预先设定的多个子带，取得频带分割出的多个子带语音信号；多个量化部件(110、111、112、113)，按预先设定的分割数对频带分割出的多个子带语音信号分别进行量化；以及编码部件(115)，对量化过的多个子带语音信号进行自适应差分脉冲编码调制编码。

摘要： 本发明公开了一种用于核废物处置库网格建模的参数化自适应网格生成及加密方法。本发明的方法是先设定固化体高度、固化体半径、回填材料高度和回填材料半径四个尺寸参数；然后设定空间坐标系的原点，计算10个关键点坐标，根据10个关键点生成8个关键半圆弧段，然后生成内圆柱体的关键面，向正上方拉伸为内圆柱体；再生成外圆柱体的关键面，向正上方拉伸为外圆柱体，使用外圆柱体减去内圆柱体，得到中空的网格模型，使用自适应算法，对网格模型进行初次3维剖分，最后采用自适应加密算法对网格进行3维加密，结束。本发明简化核废物处置库网格模型建立的流程，减少时间消耗，且能够自动生成符合要求的网格数据。

摘要： 本发明公开了一种非均匀软组织网格模型的自适应网格细化方法，属于计算机图形学技术领域，包括：根据用户注视一级四面体网格模型的眼动数据生成眼动热点图；根据眼动热点图提取一级四面体网格模型的初次细化区域，获取一级四面体网格模型的顶点密度值；对初次细化区域进行基于顶点密度值的初次细化，得到二级四面体网格模型；根据外力的传导范围从二级四面体网格模型中提取再次细化区域；对再次细化区域进行基于顶点密度值的再次细化，得到与非均匀软组织相适应的三级四面体网格模型；其中，所述一级四面体网格模型通过非均匀软组织的CT图像构建获取；提高了模拟仿真的真实性和实时性。

摘要： 本发明公开了一种用于核废物处置库网格建模的参数化自适应网格生成及加密方法。本发明的方法是先设定固化体高度、固化体半径、回填材料高度和回填材料半径四个尺寸参数；然后设定空间坐标系的原点，计算10个关键点坐标，根据10个关键点生成8个关键半圆弧段，然后生成内圆柱体的关键面，向正上方拉伸为内圆柱体；再生成外圆柱体的关键面，向正上方拉伸为外圆柱体，使用外圆柱体减去内圆柱体，得到中空的网格模型，使用自适应算法，对网格模型进行初次3维剖分，最后采用自适应加密算法对网格进行3维加密，结束。本发明简化核废物处置库网格模型建立的流程，减少时间消耗，且能够自动生成符合要求的网格数据。

摘要： 本发明公开了一种三维自适应网格R+树混合索引构建、维护、查询方法，属于软件安全和计算机技术领域，构建方法包括采用基于正态分布的多级网格自动划分算法处理数据集，构建多级网格，达到快速分割整个数据空间的目的，然后建立R+树，构建混合索引结构；维护方法包括插入、删除和修改操作，保证索引结构的健壮性；查询方法包括精确点查询和k近邻查询。本发明首先利用基于正态分布的多级网格自动划分算法处理数据集，得到网格划分的长宽高，然后利用R+树兄弟结点零相交的优势，进行高效的空间索引，使得面对海量三维数据分布布均匀的情况下，无论是在索引结构的构建，还是查询方面都具有良好的性能。