基于ADAMS的四轮转向汽车建模与仿真

利用ADAMS的CAR模块,建立四轮转向汽车(4WS)的整车虚拟样机模型.采用前后轮转角成比例的控制策略,对模型进行角阶跃实验仿真,并对仿真结果进行了分析.结果表明,4WS汽车能提高低速行驶时的机动性和高速行驶时的平稳性,但是高速行驶时易增加驾驶员疲劳强度.     

PDP模型的理论框架

并行分布处理(Parallel Distributed Processing,简称PDP)模型,主要探索认知过程的微结构,也就是说,在网络层次上模拟人的认知活动.当前,PDP模型势如长风出谷,迅若雷电,它正在向我们提供一利新的计算形式,一种不同于冯·诺依曼计算机的体系结构.     

数字驾驶与交通安全

进入 2 1世纪 ,如何提高道路交通安全、减少交通事故已经是人类面临的一项全球性的挑战 .在机遇与挑战并存的现实面前 ,科技就是生产力 ,现代高新技术的突飞猛进为解决交通安全问题构建了新的解决平台 .本文提出了智能交通信息网络环境下数字驾驶的新概念 ,试图运用计算机、通信、控制、心理学等多学科交叉的技术手段 ,研究未来数字车辆的驾驶行为 ,揭示出数字驾驶的典型特征 ,旨在进一步增进车辆的行驶安全性 ,提高整个社会的运行效率和人类的生活质量     

基于相变过程的格子Boltzmann模型及应用

基于SC模型提出了一种新的描述气液相变过程的格子Boltzmann模型. 通过对单组分相变过程的模拟, 验证了该模型的正确性. 通过对vdW流体的模拟以及与Maxwell构建原理的对比, 发现相对于SC和Zhang模型, 新模型能够得到与理论解相近的结果, 计算产生的最大伪速度介于SC和Zhang模型之间, 但扩大了温度的变化范围, 提高了模型的最大分离密度比, 使得新模型计算更加稳定, 适用范围更加广泛. 根据工程热力学中的对比态原理, 以工程中常用氨和水两种工质为例, 利用新模型分别模拟不同状态方程控制下的相变过程, 并与实验值进行了比较, 结果表明P-R状态方程更加适合描述氨和水等物质的相变过程, 特别地, P-R状态方程模拟结果与氨的实验值更加接近, 结果具有重要工程意义.     

具有无线充电功能的高速路

通过电磁波共振技术,将电源线连接着的线圈埋设在高速路上,当电动汽车在行驶中,该线圈与设置在汽车底盘上的线圈产生共振频率,进而完成充电。这就是斯坦福大学一团队目前正在开发的一种能在高速路上完成无线充电的系统。道路施工、野蛮开车和公路拥堵已经对驾车人构成了相当的压力,可如今,司机们又增添了一项新烦恼:里程焦虑。电磁波共振技术里程焦虑,这是一个专业术语,系指电动汽车驾驶员因担心充电不足没法抵达目的地而心生的突发恐惧。大多数司机恐怕都经历过这样的场景:当橙色指示灯显示油量不足且附近没有加油站时,都不免会心生忐忑。     

论地理系统模拟基本模型*

地理计算模型和地理信息系统（GIS）的集成是实验地理学研究急需解决的技术难点。地理系统丰富的内容、复杂的结构和功能的多样性,给人们分析、模拟地理系统带来了挑战。本文针对众多地理计算模型侧重表达、地理分析,多方法应用、众多模型无法筛选等现状, 从计算地理学、地图学、地理信息科学等前沿需求出发, 将地理系统模拟的基本模型归纳为在GIS平台支持下由点[CD*2]多智能体（AB）、面[CD*2]元胞自动机（CA）、流[CD*2]系统动力学（SD）构成的地理系统模拟基本模型,并探讨了地理系统模拟基本模型的框架、结构与通讯,深入解析了各模型的原理、集成的关键技术与应用途径, 为地理系统模型进一步发展及地理系统模拟平台研制与开发提供参考。     

有限容积法与格子Boltzmann方法耦合模拟传热流动问题

自然界和工程领域中的许多物理现象的发生通常涵盖几个数量级的几何空间及时间范围, 我们将其统称为多尺度物理现象. 在模拟多尺度问题时, 如果仅采用宏观方法, 则会存在一些不足, 如无法预知微小部分的细节以及引入复杂的经验关联式; 如果仅采用介观/微观方法, 则需要消耗大量的计算资源. 构造宏观-介观、宏观-微观、宏观-介观-微观等多种层次上方法的耦合体系, 可以在很大程度上克服这些不足. 构造了宏观有限容积法(FVM)与介观格子Boltzmann方法(LBM)的耦合模型(CFVLBM), 给出了由宏观物理量重构密度分布函数和温度分布函数的两个重构算子, 解决了LBM与宏观方法耦合的关键难题. 选取二维、三维典型传热流动问题对耦合模型进行了考核, 计算结果同基准解符合得很好. 最后将CFVLBM应用于计算多孔介质内的复杂流动问题. 研究表明, 基于文中重构算子的CFVLBM可以准确有效地应用于模拟传热流动问题.     

“20%的概率获得蛋糕”=“获得蛋糕的20%”?检验风险决策的期望法则假设

风险决策主流理论以期望法则的计算为核心假设,认为决策者需要进行"加权求和"的期望值计算过程.为检验这一基本假设,本研究采用相同的视觉材料设计了两类任务:将"%"看成"概率"的概率决策任务(风险决策)和将"%"看成"比例"的比例决策任务(计算决策).两任务均要求被试选择自己偏好的选项.考虑到被试在比例决策任务中须执行"加权求和"的期望值计算,方能使其收益最大化,我们推测,若被试在概率决策任务中也是根据"加权求和"规则做出决策,我们应当会发现影响"期望值计算"的诸因素(如计算难度、算术能力)同时影响两类任务.结果发现:计算难度和算术能力只影响比例决策任务绩效(其反应时更长,基于期望值选择的比例更高),但不影响概率决策任务绩效.相反,与"期望值计算"无关的"概率能力"和"感觉寻求人格"只影响概率决策任务绩效,但不影响比例决策任务绩效.该结果表明,概率能力和人格对风险决策的行为绩效起调节作用,人们在风险决策中可能并未按照期望法则的精确计算方式做出决策.期望法则家族理论将"加权求和"结果作为人类风险偏好的单一指数,或许是一种人为创造的错误指数.     

页岩气超临界吸附机理及模型

页岩气吸附机理和模型的研究对于页岩气地质储量计算和开发方案编制等具有重要意义.结合低温氮气吸附实验和高压甲烷等温吸附实验,对龙马溪组页岩的微观孔隙结构和超临界吸附特征进行了分析.结果表明,孔隙体积和比表面积主要受中孔(2~200 nm)控制;在压力较大时(10 MPa),页岩过剩吸附量随着压力增大而降低.4种常用吸附模型的对比分析表明:对于微孔充填方式,D-A模型的拟合效果要优于D-R模型;对于单层吸附方式,L-F模型的拟合效果要优于Langmuir模型.结合孔隙体积分析结果,通过两种假设,证明了甲烷不是以单一的微孔充填或者单分子层吸附方式在页岩中进行吸附的,推测其吸附机理为微孔充填和单分子层吸附并存.并基于该吸附机理,建立了页岩气超临界吸附新模型——DA-LF模型.新模型比4种常用模型具有更好的拟合效果,并可以分别计算出微孔和中孔的吸附量.计算表明微孔充填吸附量比单层吸附量大,占总吸附量的76%左右.这表明页岩气超临界吸附机理可以进一步深化为:微孔充填为主、单分子层吸附并存.     

前后排列柔性细丝在黏性流体中自主推进的稳定形态及动力学机制

鱼类集群运动行为蕴含着复杂的水动力学机制.针对一种简化的鱼类集群运动模型,利用浸没边界方法对黏性流体中做自主推进运动的两个前后排列柔性细丝进行数值模拟,对其稳定运动时的排列形态以及相应的涡相互作用模态开展研究.为保证进行长时间的自主推进运动,本文将流体和固体运动方程写在非惯性系下,通过基于投影思想的隐式动量力实现流固耦合,避免了自主推进运动对计算域尺寸要求过大的问题,可以有效节省计算量.通过改变前后细丝的初始水平间距和垂向偏移距离,发现了3种稳定排列形态:远距离前后排列、近距离前后排列和并行排列.对于远距离前后排列形态,后排细丝受垂向偏移距离的影响较小,始终会穿过前排细丝脱落的涡;对于近距离前后排列形态,前排细丝表面的剪切层在脱落成涡之前和后排细丝表面的剪切层合并,脱落成较强的涡,推进速度较快,前后细丝的运动和受力会有一定的相位差;当垂向偏移距离增大,后排细丝受前排细丝的影响减小,最终稳定于并行排列同步运动,上下细丝两侧的同号剪切层合并脱落成较强的涡,但由于迎风面积增大而推进速度变慢.     

高温超导-永磁混合悬浮车基本系统的理论模型与实验

具有磁通钉扎特性的高温超导磁悬浮是自然界唯一一种悬浮导向一体化自稳定悬浮系统,但其载重能力相对较弱;永磁体斥力式的永磁悬浮具有结构简单、载重能力强的优点,但在横向上不稳定.针对两种磁悬浮技术特征,基于现有的高温超导磁悬浮环形实验线"Super-Maglev",本研究以实现高温超导磁悬浮实验车大载重为目标,提出了一种新型的高温超导-永磁混合悬浮车系统概念及理论设计方法.首先,通过分别对永磁悬浮模块和超导导向模块建立在同一磁轨条件下的电磁模型,仿真对比分析两模块的磁力特性发现,两模块在垂向上的悬浮工作区间差异明显,在横向上具有相反的横向刚度.其次,结合恩肖定理,预测了混合悬浮系统在横向稳定条件下的最大载重能力及稳定工作区间.最后,基于仿真结论和现有的高温超导磁悬浮实验车,设计选用具有垂向解耦横向刚接功能的垂向直线轴承连接两悬浮装置,始终保持两模块在垂向上独立运动及横向上刚性连接,实现车载永磁载重与超导导向的功能匹配互补,搭建了高温超导-永磁混合悬浮原理实验样车,可载一人安全运行.进一步的准静态力学及动态振动实验共同验证了混合悬浮原理实验车具有成本低、结构简单、无源自稳定等优点,在载重能力提升上有一定的优势.该工作为超导磁浮轨道交通应用提供了新的技术途径.     

C2H2, C2H4和C2H6在强激光场中的场致电离

运用HOMO场致电离模型, 分别计算了C2H2, C2H4 和C2H6分子在不同强度激光场中的隧道电离几率, 得到了3种分子发生场致电离的理论计算电离阈值.利用飞行时间质谱, 进行了C2H2, C2H4和C2H6分子在脉宽为100 fs, 波长为800 nm, 激光功率密度为1013～1014 W/cm2的激光脉冲下的电离实验, 得到了3种分子在强场发生电离的实验电离阈值.实验结果与计算结果符合得较好, 说明HOMO场致电离模型可以较好地模拟多原子分子在强激光场中的电离行为.     

公交车逃生利器

2013年6月,福建省厦门市一辆快速公交车在行驶过程中突然遭遇人为纵火,造成47人死亡、30余人受伤.经公安机关初步认定,这是一起严重的刑事案件.这次惨烈的事故再次为我们敲响警钟,让我们意识到公交车安全的重要性.以后,万一我们遭遇到类似的公交车灾害事故,我们该如何逃生?我们不但要懂得一些逃生常识,还要了解哪些逃生设备可以更好地帮助我们. 自动爆玻器 最近,厦门市开始在全市快速公交(BRT)车辆上安装自动爆玻器.自动爆玻器由司机在驾驶位控制,能在瞬间将车窗玻璃爆出无数裂痕,使乘客遇到险情时能迅速从车窗逃生.自动爆玻器是为提高车辆安全性能而新研制的,在车窗上安装自动击打玻璃爆裂装置,使客车在遭遇自燃、人为纵火、恐怖袭击等紧急情况下,车内人员可以从车窗快速逃生.     

全球植被分布对陆面气温影响的半解析分析

植被分布对全球环流及其温度分布有极其重要的影响, 对于自由大气的无黏性绝热、斜压、大尺度定常有限扰动, 通过三维环流控制方程来描述, 再结合P坐标下的静力方程得到温度的控制方程, 化成到地形坐标系下, 得到环流温度的三维控制方程. 结合下边界辐射平衡条件与常数上边界条件, 可以给出全球环流温度的半解析解. 本文只讨论了陆面气温的分布, 可以看到该模型能够较好地反映全球陆面气温的分布, 而且当考虑到植被反照率对温度的反馈时计算的结果更加符合观测值. 对于敏感性试验, 考虑到全球陆面为冰雪覆盖时陆面气温有较大的降低, 全球陆面为森林覆盖时陆面气温偏高. 所以本模型能够从理论上半解析地给出陆面气温随植被分布的变化, 是研究陆面生态分布对陆面气温变化的一个较好的工具.     

基于高压输电线路实时观测的电线积冰条件

利用2008～2009年冬季华中电网湖北地区500kV高压输电线路覆冰状况的实时观测资料,结合2009年1～3月恩施雷达站的积冰厚度、云雾微物理观测以及同期的自动气象站资料,总结了500kV高压输电线覆冰与模拟电线覆冰发生和脱落时气象条件的异同,并对液水含量进行了计算.结果表明:通过恩施雷达站处的气温可以较好地推断出张恩#307杆塔处的气温;高压输电线表面温度比环境气温高2～4℃,且二者呈正相关关系;高压输电线积冰发生和脱落时的气温明显低于模拟电线积冰观测到的阈值,其中发生时气温为2℃左右,脱落时气温为2～1℃;在积冰厚度较小时,厚度受气温变化影响明显;液水含量计算值与观测值的变化趋势基本一致,但计算值偏大.     

电动汽车热泵全生命周期气候性能评估模型与环保制冷剂减排分析

为满足我国“双碳”(碳达峰、碳中和)目标和《<蒙特利尔议定书>基加利修正案》的要求,采用低全球变暖潜能值(global warming potential, GWP)的热泵系统有助于从直接和间接两个方面全面减少新能源汽车碳排放.然而,目前对于采用何种低GWP工质尚无定论,几乎所有研究仅仅采用GWP值来衡量制冷剂的环保性能,对低GWP工质热泵系统全生命周期气候性能(life cycle climate performance, LCCP)的认识明显不足,同时也缺少适用于新能源汽车热泵的LCCP评估模型.为此,本文基于7个城市的气候数据、当地供电特性、真实世界驾驶循环、乘员舱冷热负荷与舒适性、热泵系统台架测试等,新开发了适用于电动汽车热泵的完整LCCP模型.基于该模型,对传统高GWP工质R134a和R410A、低GWP工质CO₂,以及先前开发的新型高效环保工质CO₂/R41(GWP为49)、M2(非共沸混合物, GWP为137)在电动汽车热泵中的全生命周期环境影响作了评估.结果表明,建立的LCCP模型对热泵系统性能系数(coeffic...     

基于区域模拟的火灾发展模型

将总辐射能量判据及以前工作中提出的木材点燃复合判据引入到室内火灾的区域模拟中, 通过计算可燃物在火灾发展过程中接受到的总辐射能量或表面温度变化确定各可燃物的点燃情况, 从而对火灾的发展过程进行定量的判断. 改进的火灾模型克服了以往模型在确定轰燃的发生时机械地应用热烟气层温度达到600℃或地板接受的热辐射强度达到20 kW/m²这一标准, 比传统的区域模拟更好地体现出不同可燃物对火灾发展过程的影响.     

基于非结构化VOSET方法的沸腾传热

将非结构化VOSET方法推广至求解气液界面存在相变的流动传热问题.为准确计算界面两侧因相变导致的能量跳跃,给出了含界面非结构网格控制单元温度的计算方法,并对非界面网格温度场采用隐式求解以提高计算精度.为验证所构建相变模型的正确性,编写程序分别模拟了恒壁面过热度和恒热流密度两种边界条件下的水平表面膜态沸腾,计算结果与Klimenko经验关联式吻合良好.通过圆弧表面膜态沸腾问题,验证了本文基于带相变非结构VOSET方法对不规则区域沸腾相变问题的适用性.通过模拟近临界压力水的膜态沸腾问题,并与Berenson和Klimenko经验关联式对比,验证了本文方法对实际沸腾问题的适用性.     

仿蜥蜴机器人单腿运动水动力特性仿真及实验

仿蜥蜴机器人是模拟蛇怪蜥蜴运动方式实现水面行走的机器人,其脚掌的运动特性决定了机器人能否实现水面行走.本文通过构建机器人单腿驱动机构及脚掌模型,运用ADAMS软件分析了机器人单腿驱动机构在不同速度时脚掌处入水特性;利用计算流体动力学分析软件FLUENT中动网格技术,仿真分析脚掌拍水、扑水和恢复运动过程,分析机器人单腿驱动速度与空气腔形成的关系,结果表明转速不低于270 r/min时,脚掌能够形成空气腔;最后在实验室环境下进行机器人水面行走实验,实验结果与理论分析结果相符.     

磁性液体数值模拟研究进展

磁性液体(magneticfluid)是一种力学性能受磁场调控的磁流变智能材料,在医学与工业生产中有广泛应用.近年来,随着计算机性能的发展,数值模拟日益成为研究磁性液体力学行为细观机理的重要方法.本文综述并评价了磁性液体理论与数值模拟领域的最新研究进展,介绍了磁性液体在剪切、挤压和阀模式3种工作模式下的力学模型,对磁性液体的现有模拟方法进行了总结,讨论了磁性液体数值模拟的研究现状,并展望了数值模拟的发展前景.磁性液体的数值模拟亟待开展以下三方面研究:(1)建立涵盖多种微观相互作用的精细理论模型,研究颗粒表面包覆、添加剂等非磁性成分对磁流变效应的影响;(2)将不同数值模拟方法相结合,建立磁性液体的多尺度模型,进一步提高模拟精度,利用机器学习协调不同尺度的数值模拟,压缩计算量,已成为一种可行思路;(3)将力学模型与电、磁学模型相结合,发展多尺度、多物理场耦合的数值模拟方法,模拟磁性液体其他物理性能.最终为高性能磁性液体的研制及其应用研究提供技术和理论支撑.