重叠网格洞面优化技术的改进与应用

针对传统割补法在壁面狭缝处网格重叠失败的问题,提出了以单元顶点状态进行洞面优化的vertex方法及以单元大小进行洞面优化的volume方法的两种改进方法。这两种方法将传统割补法中切割和填补两步搜索方法改为一步搜索方法进行重叠网格的洞面优化。通过数值试验证明:两种洞面优化方法都能很好地解决壁面狭缝网格重叠问题,网格重叠区域流场数值传递正确,计算结果与试验值吻合,优化效率高,收敛速度快。volume优化方法与vertex优化方法相比可以减少由网格大小不对等引起的数值误差,计算结果和计算精度均优于vertex优化方法。     

粒子群优化算法在微型无人机设计中的应用

针对一种翼展为550mm的电动力微型无人机的优化设计问题．对粒子群优化算法进行了改进，弥补了原来算法当最优解在设计变量上下限边界时无法找到最优解的缺陷，然后对电动力无人机的电池容量的优化选取进行了探讨，最后对该机进行了研制和试飞。由试飞结果可知，该机的留空时间为68min，与优化计算结果十分相近，证明了优化计算结果的可行性和高精度。     

构造含结点旋转单元的坐标变换法

Ａｌｌｍａｎ提出了带角结点旋转的三角形单元及相应的四边形单元，法向位移的二次插值保证了该单元的精度，但带来了构成单元的复杂。本文把Ａｌｌｍａｎ单元看成是对一个有边中结点单元进行坐标变换的结果，大大提高了计算效率。     

基于非协调单元的液体火箭发动机推力室热结构分析

用巴兹公式和发动机的热力计算数据,得到了推力室内的燃气壁面对流传热系数和燃气温度的分布,并用有限单元法计算了推力室的温度场.在温度场计算基础上,采用Wilson非协调单元,对推力室的应力场进行了计算,其中位移函数采用二阶形式,将计算精度提高到二阶.结果表明:相比常规单元,Wilson非协调单元在计算结构比较复杂,温度梯度比较大的结构时,精度比较高,结果合理.      

非结构混合网格鲁棒自适应技术

数值格式、湍流模型和计算网格是影响CFD数值模拟精度的3个主要因素。结合流场信息的网格自适应技术具备动态优化计算网格的能力，被NASA列为未来CFD发展的一项关键技术。本文针对非结构混合网格，发展了网格单元分布优化、表面网格几何投影和空间网格协调匹配3项关键技术，建立了高鲁棒性几何保真的网格自适应系统。首先，为了提高自适应方法的鲁棒性和通用性，发展了基于标准面网格的多面体网格单元分布优化方法。其次，发展了仅依赖表面网格信息的局部曲面重构技术，采用参数点映射方法实现了新增表面网格点的几何投影，消除了自适应系统对几何CAD系统的依赖。再次，采用改进的距离函数方法实现了空间网格与投影后表面网格的快速匹配。最后，结合基于流场特征的自适应探测器，采用二阶格式的有限体积方法，开展了30P30N三段翼绕流和三角翼大迎角绕流的网格自适应数值模拟。结果表明，通过网格自适应对网格单元的分布进行优化后，流场求解的收敛性和模拟精度都得到了显著提高。     

若干周期性复合材料结构数学均匀化方法的计算精度

数学均匀化方法(MHM)一般需要通过有限元方法(FEM)来实现,摄动阶次和单元阶次直接影响计算结果。在解耦格式中,各阶摄动位移是相应阶次的影响函数和均匀化位移导数的乘积。单元阶次的选取取决于影响函数和均匀化位移的精度要求,而摄动阶次的选取则主要依赖于虚拟载荷的性质和均匀化位移各阶导数的计算精度;针对周期性复合材料杆的静力学问题,在施加不同阶次的载荷时,通过选择合适阶次的单元和摄动阶次得到了精确解。使用类似的方法研究了2D周期性复合材料静力学问题,指出了四边固支作为周期性单胞边界条件以及宏观位移求导精度对计算结果将有很大的影响。强调了二阶摄动对数学均匀化方法计算精度的作用;在数值结果中,应用最小势能原理评估了各阶摄动数学均匀化方法的计算精度,数值比较结果验证了结论的正确性。     

液体火箭发动机推力室冷却通道流动与传热数值研究

采用气固耦合算法对液体火箭发动机推力室再生冷却通道的流动与传热过程进行了三维湍流流动与传热数值模拟，冷却工质为氢气，其密度、导热系数、动力粘度随着温度和压力而变化。应用大涡模拟及标准k-ε双方程模型两种湍流模型分别进行数值模拟，详细揭示了再生冷却通道固体区和流体区内的速度场和温度场，并在不同的计算网格数目下对两种湍流模型的计算结果进行了对比。结果表明，在相同的网格条件下，标准k-ε双方程模型与实验数据的吻合精度比大涡模拟模型更好，且满足工程计算精度。随着网格数的增加，大涡模拟的计算精度逐渐得到改善。     

一种提高机器视觉检测精度的方法

本文提出一种提高机器视觉标定精度的方法。首先，设置标准参考点位置，对机器视觉系统进行标定获得初始标定矩阵；其次，对图像进行处理，视觉检测算法提取标准参考点的准确位置；最后，通过修改初始标定矩阵参数，使计算结果无限接近标准参考点，从而获得更高精度的标定矩阵。实验表明，该方法可提高狭缝测量和圆孔定位的检测精度，为实现高精度机器视觉检测提供了新途径。     

对转涵道风扇桨叶高效设计方法

基于叶素动量理论的对转涵道风扇桨叶设计方法虽然设计速度快，但设计精度不高。为提高设计方法的设计精度，同时保留设计的快速性，通过CFD计算对基于叶素动量理论的桨叶快速设计方法进行修正，提出一种耦合CFD修正的对转涵道风扇桨叶高效设计方法。通过CFD计算与修正设计的不断迭代，可使设计结果收敛至CFD计算结果，得到满足设计要求的桨叶。结果表明：MRF方法对对转涵风扇性能的求解精度不足，需采用非定常CFD方法。而通过CFD计算结果修正桨叶的拉力占比、入流角及叶素气动力后，对转涵道风扇总拉力设计精度提高10.4%，扭矩设计精度提高18.2%。文中提出的高效设计方法只需进行少量的CFD计算修正便能较好地满足设计要求，进行加速处理后，设计效率进一步提高25%。     

飞机气动外形的优化设计

本文给出了一种飞机的气动外形优化设计方法。在优化算法方面，采用“可变误差多面体”方法，在气动力计算方面，采用定常势流的格林函数方法，其中零升阻力用工程估算方法求得。文中对优化算法作了一定的改进。实际计算表明，上述算法计算结果合理，能保证足够的精度且通用性好。     

绝对节点坐标列式实体梁单元建模方法及应用

在多体系统动力学建模方法中,传统非等参梁单元的建模方法主要基于Euler-Bernoulli梁或Timoshenko梁理论,无法准确描述截面变形;而传统绝对节点坐标列式索梁单元虽然能够准确描述截面变形,但需引入额外描述及处理闭锁问题;与上述单元不同,绝对节点坐标列式实体单元可以通过节点坐标直接描述截面变形,避免单元变形带来的闭锁问题。本文在实体单元方法基础上,首次提出了考虑单元连续性条件和黏弹性阻尼模型的绝对节点坐标列式实体梁单元,并使用实体梁单元实现了对多体系统的建模。仿真结果表明,对比传统有限单元及绝对节点坐标列式单元,实体梁单元能够更好地表征柔性梁的非线性特性,满足大变形柔性计算的需求。     

分析实体-壳体组合结构及抗拉压平板-平面梁组合结构的一类过渡元素

本文建立了一类过渡元素,它与同阶次标准等参数实体（或平面）元素及超参数壳体（或平面梁）元素配合协调,可用来处理实体-壳体及抗拉压平板-平面梁这样的非标准交接组合结构。叙述了建立这类过渡元素的一般方式。给出了2次过渡元素的公式系统。数值计算结果表明,这类过渡元素是十分有效的。     

斜削梁协调元素族及其在梁固有振动分析上的应用

本文给出了位移函数为三次、五次、七次幂多项式时斜削梁元素刚度与质量矩阵的显表达式以及计算任意奇次幂高阶斜削梁元素族刚度与质量矩阵显表达式的一般方法。然后应用高阶协调元素计算了六种线性斜削梁在悬臂支持、二端简支、二端固支等情况下的头五阶固有频率及振型。结果表明,在所有情况下,与低阶元素相比,高阶元素均显出有较好的收敛性。但若施加以力的边界条件,则在使用少量元素和梁的斜削度较大的情况下,高阶元素的结果反而不如低阶元素的结果好。     

复合阻尼结构梁动力特性分析

提出一种基于Layerwise层合理论的复合阻尼结构梁单元用于计算嵌入多阻尼层的复合阻尼结构梁。通过与NASTRAN软件的计算结果进行对比，证明该梁单元满足层间位移、应力连续条件并避免了剪切自锁，并且具有单元数量和节点数量少、计算精度高的优点。     

基于MSC.Nastran优化梁元偏置的分析

在有限元结构设计分析中,对梁的受力形式以及在空间放置方式等的理解直接影响整个分析计算结果。文中将加筋板离散为板元和梁元,用大型通用有限元商业软件MSC.Nastran的SOL200优化了梁元考虑偏心和不偏心的4种工况,其结果满足位移和应力约束。对几种工况中优化后的加强筋的不同尺寸,表明存在巨大差异,且符合真实物理模型的有限元模型,即带梁元偏心的情况质量达到了最轻。将优化结果参数用于原模型,用MSC.M arc进行了模态分析,并比较了前三阶模态。最后,得出了结论,如设计中不考虑梁元偏心,会给梁元尺寸的优化结果带来极大的误差,并对刚度的影响也不可忽略。考虑梁元偏置的加筋板不仅具有最小质量,而且具有广泛的实用价值。     

旋翼桨叶动力分析及内力计算中有限元法的改进

提高用有限元法进行桨叶动力分析、特别是动内力计算的精度是本文工作的主要目的。本文建立了变剖面旋转梁协调单元族;提出利用单元动刚度矩阵直接由节点位移计算桨叶内力（简称为计算内力的“动刚度法”）。作为例子,用所导出的不同精度的有限单元和建议的内力计算方法计算了具有不连续结构特性的变剖面桨叶弯曲振动固有频率、振型和模态内力。计算结果表明,工作可以达到预期的目的。     

低量程高精度应变式压力传感器研制

为了提高低量程应变式压力传感器的精度,将测力轮毂应变梁与带中央硬芯的测压膜片相结合,构成了新颖的梁膜一体的弹性元件。通过有限元方法对弹性元件的结构参数进行匹配,找到了最佳参数值,并制作实物加以验证,表明所选参数是适当的,使传感器的精度得到了大幅度提高,满足了低量程压力范围内高精度测量的要求。同时该传感器具有结构简单、易于加工装配、成本低廉的特点,符合传感器技术发展的需要。     

复合材料桨叶振动特性分析的一种新方法

 本文研究了复合材料桨叶振动特性的分析方法。基于连续介质力学理论,提出了一个新的等参曲梁单元,详细推导了梁上任意一点的形状函数,讨论了复杂翼型剖面的积分技术。算例表明,本文的计算结果与实验结果非常吻合。     

应用ANSYS进行汽车车架结构优化设计的探讨

为了应用ANSYS对结构进行优化设计,总结了ANSYS结构优化设计的数学描述以及模型建立的原则。以汽车车架为研究对象,采用ANSYS构建了其参数化有限元,给出了生成分析文件、定义优化变量以及设置与优化的具体步骤。通过仿真,对纵梁截面尺寸进行了优化设计,并使车架总体积降低了9%。     

激光焊接机大理石横梁的有限元分析

采用有限元分析方法,设计了激光焊接机大理石横梁,利用Solid Works建立了大理石横梁的三维实体模型,使用ANSYS有限元分析软件,分析大理石横梁的静动态特性,为横梁的设计提供了理论基础和有效方法,对高精度激光焊接机产品的研发具有指导意义。