离散速度方法及其在跨流域问题中的应用研究进展

往返大气层跨流域飞行器的气动力和气动热计算一直是当前流体力学研究的难点和热点之一。由于该类飞行器面临的流动场景不再是单一的连续流或稀薄流,采用Navier-Stokes方程求解器或DSMC方法均不能获得全流域的准确结果。近年来,以不依赖于连续性假设的Boltzmann模型方程为基础,通过在位置空间和速度空间同时离散求解该方程,实现了跨流域问题的统一求解。本文对该类算法的研究进展进行回顾和分析,着重介绍气体动理论统一算法（Gas kinetic unified algorithm, GKUA）、统一气体动理学格式（Unified gas kinetic scheme, UGKS）和改进离散速度方法（Improved discrete velocity method, IDVM）3种数值途径,分析它们的基本假设和实现方式,关注它们目前取得的进展和应用情况。同时,本文还将IDVM进一步扩展到非定常情形,以便用于非定常跨流域问题求解。最后,本文对该类算法存在的一些问题进行讨论,期望在后续的研究中能予以解决。     

振动环境下焊点疲劳失效与裂纹扩展分析

采用子结构方法对振动加载条件下组装有EBGA器件的印制电路板系统进行有限元建模,研究了振动环境下焊点疲劳速率与环境温度、振动频率之间的关系;然后又利用局部/整体相结合的方法对EBGA焊点中由于热循环试验导致的微裂纹在振动试验条件下的扩展情况进行了分析,研究结论可以为HALT试验中振动试验方案的制订以及热循环与振动试验结合方式的优化提供理论指南,最后对分析结果进行了试验验证。     

基于PID控制方法的模糊变增益振动主动控制试验研究

结合模糊控制方法智能化的特点,设计出一种不依赖模型参数且可以自动调节控制器增益的控制算法。该方法以比例、积分和微分(Proportional integral and derivative,PID)控制为基础,根据系统输出及输出变化率自动调节控制器增益,使控制系统具有更强的适应能力。同时针对振动测试信号中含有噪声干扰和直流分量的情况,构造依赖模型部分参数的二阶窗函数,在保证不改变受控模态信号特征的同时有效衰减非受控模态信号干扰及直流分量。建立悬臂梁模型进行试验验证。结果表明,该方法能够使受控系统的振动幅值减小到开环时的5%以下,其效果明显优于普通PID控制。并且,通过引入二阶窗函数,系统在具有非受控模态信号干扰的情况下能够保持有效控制,使算法具有更好的稳定性和鲁棒性。     

求解代数Riccati方程的一种新算法

本文讨论了Hamiltonian矩阵在辛相似变换下的标准形,由此给出代数Riccati方程存在非负定解的一个充分条件,提出了求解代数Riccati方程的一种新的算法。该方法节省运算量,且精度较高,尤其适合于解阶数不太高、系数矩阵为满阵的Riccati方程。最后给出了一个数值例子,并将该方法与其他方法作了比较.     

李雅普诺夫方程AX-XB=C的误差界

本文对李雅普诺夫方程AX-XB=C及(A+δA)(X+δX)-(X+δX)(B+δB)=C+δC的解X及X+δX给出了相对误差‖δx‖/‖X‖的一个上界。     

双曲型守恒律方程的一个大时间步长二阶TVD差分格式

本文根据Harten,A.的大时间步长差分分格式构造思想,为双曲型守恒律方程弱解计算构造了一个2K 3点大时间步长二阶显式差分格式——LTS-LF格式,得到了其在CFL限制K下为总变差不增差分格式(TVD格式)。文章按照Roe的方法推广格式到方程组情形,并就Burger’s方程和Euler方程组黎曼问题进行数值试验,结果令人满意。     

串列叶栅粘性紊流流场有限分析数值研究

本文将近年发展起来的有限分析方法(Finite Analytic Method)用于曲线坐标系上紊流N-S方程的数值计算。计算了来流雷诺数为2.0×10~5,气流攻角分别为0°,10°,-10°三种情况的二维粘性紊流串列叶栅流场。文中用k—ε紊流模型模化紊流,以壁面函数方法处理近壁区流动参数。数值计算结果与实验结果相比较,吻合程度令人满意。     

随机粗糙面的双站散射模型分析

以先进积分方程模型(AIEM)为工作模型,从理论上系统分析了随机粗糙面的双站散射特征,探讨了不同粗糙程度下散射系数在方位平面上的谷点位置,并利用数值仿真模拟、实测值对理论预测的散射系数进行了说明与验证.结果显示,散射系数在方位向上的谷点位置与粗糙程度和极化特征密切相关.利用数值仿真模拟,可从物理的角度更系统深入地分析统计粗糙表面的散射特性,从而有利于设计以后的更有效的双站探测模式.      

基于CUDA的超声二维声场EFIT仿真

随着图形处理器（GPU）的快速发展,基于计算设备统一构架（CUDA）可以方便地将并行计算技术应用于超声声场数值仿真计算,极大地提升计算效率。阐述了弹性动力学有限积分算法（EFIT）的原理,在采用CPU实现带吸收边界的钢材料二维点源激励声场仿真的基础上,基于GPU实现了仿真模型的并行计算,介绍了GPU程序的设计流程和参数优化方法,包括纹理内存使用、吸收边界优化和数据传输优化。对比了相同条件下CPU和GPU仿真计算的耗时和平均计算效率,定量分析了GPU对于EFIT模型效率的提升。比对结果表明,EFIT具有良好的并行计算条件,采用并行计算方法能够有效提升模型计算速度,对于复杂声场仿真应用具有广阔的应用前景。