保形动网格策略在CFD/CSD耦合中的应用

提出了一种基于有限元插值投影,径向基函数(RBF)和无限插值(TFI)的保形动网格策略,并将其用于考虑舵偏扰动的舵身组合体CFD/CSD耦合分析。研究思路为:首先采用RBF方法完成刚性运动组合体投影基面的弹性变形;其次采用基于有限元插值的投影方法按照点、线、面的顺序将上一步的物面网格向投影基面投影,获得变形后的物面网格,期间通过TFI技术保持原始网格的分布;再采用TFI技术将物面网格的变形均匀地插往全场网格,获得最终的全场网格;最后通过CFD/CSD松耦合策略配合耦合边界条件实现耦合计算。通过算例获得的主要结论有:(1)在刚性舵偏16°的算例中,保形动网格策略实现了组合体物面点保形率100%;(2)在考虑舵偏扰动的舵身组合体算例中,保形动网格策略在保持了弹身和舵面几何形状的同时,还保持了合理的网格分布,而总计算时间仅增加2.1%。     

基于紧支径向基函数的局部径向点插值方法

文章对紧支径向基函数进行完备性修正,利用完备性修正的紧支径向基函数,并结合局部残差的思想,建立了局部径向点插值方法.由于该方法中的插值函数满足Delta函数性质,因此本质边界条件可以像传统的有限元方法一样容易施加,在计算过程中不需要积分网格,是一种"纯无网格方法".将该方法用于二维弹性静力问题的求解,导出其相应的离散方程.数值算例初步验证了该方法的有效性与合理性.     

US-FE-LSPIM四边形单元的自由振动研究

为了提高在网格变形时的数值计算精度,基于非对称有限单元的概念,提出US-FE-LSPIM四边形单元.该单元是利用两种不同的形函数集合,即:传统的四节点等参形函数集和FE-LSPIM四边形单元形函数集分别作为检验函数和试函数构成.它能方便地施加整段长度的位移边界条件.通过研究该四边形单元在悬臂梁二维自由振动中的表现,表明该单元具有很高的计算精度;并且在变形网格下该单元结果优于QUAD4单元,对网格变形不敏感.     

扫掠体六面体网格生成算法研究

为了提高网格最终生成质量，内部节点定位是采用扫掠法生成六面体网格过程中的关键一步.在研究复杂扫掠体六面体网格生成算法过程中，提出了一种基于4D Shepard插值的内部节点定位新算法，该算法分别计算源面和目标面网格的边界节点到每个中间层对应边界节点的矢量，通过Shepard方法插值这些矢量，计算得到分别对应于源面和目标面的中间层内部节点，再线性插值两组内部节点，得到当前中间层的最终内部节点. 实例表明，该算法快速、稳定、可靠，可处理大量复杂212维实体六面体网格生成问题.     

弹性力学问题的径向点插值法

径向点插值法是一种新型的无网格方法。该法构造出的形函数具有δ函数特性,克服了以往无网格方法难以实现位移边界条件的难点。此外,由于其插值函数采用径向基和多项式基的线性组合,从而完全有效地解决了单纯采用多项式基的点插值法在计算插值函数时矩阵易于奇异的问题。本文介绍了该方法基本原理,并尝试将该方法应用于弹性力学问题的求解,推导出了其相应的离散方程,最后用算例初步验证了该方法的有效性与合理性。     

三维有限元局部网格细化边界条件插值计算与数据自动采集

本文就整体三维结构粗网格局部细化后,其边界位移条件根据形函数进行了插值处理,并自动采集数据,以供细网格进行有限元分析计算。通过实例分析证明了所采用方法,节约了大量的人工计算时间,且保证了计算精度,具有一定的工程价值和较广的适用性。     

基于径向基函数的曲面重建算法

针对基于传统径向基函数的数据插值方法在重建大量数据点云曲面时的困难,提出将数据点先分割再分别重建的方法.将点云的包围盒沿坐标轴分割,两两合并相邻的方块,使得方块相互重叠且覆盖整个包围盒.对每个包围盒内的点用径向基函数方法插值,利用窗口函数将每个函数限制在各小方盒内求和得到最终的整体插值曲面.借助MC（marching cubes）方法得到三角网格曲面.每个方块内点云的重建过程可以并行实现,因此该方法非常适用于对重建效率要求较高的场合.     

基于径向基函数的曲面重建算法

针对基于传统径向基函数的数据插值方法在重建大量数据点云曲面时的困难,提出将数据点先分割再分别重建的方法.将点云的包围盒沿坐标轴分割,两两合并相邻的方块,使得方块相互重叠且覆盖整个包围盒.对每个包围盒内的点用径向基函数方法插值,利用窗口函数将每个函数限制在各小方盒内求和得到最终的整体插值曲面.借助MC(marching cubes)方法得到三角网格曲面.每个方块内点云的重建过程可以并行实现,该方法非常适用于对重建效率要求较高的场合.     

基于嵌入空间变形体法的流固耦合网格更新

为解决在传统基于松耦合技术的流固耦合计算中由于单元类型和数量的不同,网格变形不协调、计算收敛困难以及计算误差大等问题,在进行流固耦合网格更新计算中引入了计算机图形学中基于自由变形（FFD）原理的嵌入空间变形体方法,通过将少量结构节点作为控制点来完成大量流体网格的高阶连续变形功能.计算中考虑了湍流来流边界条件的影响,与采用分区插值方法的计算结果进行了比较,并对流固耦合中的气动阻尼特性进行了分析.验证算例表明：该方法实现了高层建筑的任意复杂连续侧弯及扭转变形,且不受建筑外形复杂程度的影响|计算收敛性和精度更高,数值计算结果与风洞试验的结果吻合更好.     

稳定相容节点积分的无网格算法

首先形成了弹性力学控制方程的等效积分弱形式.针对域内高斯积分的缺陷以及直接节点积分的不稳定性,采用了基于应变光滑理论的稳定相容节点积分方案,从而改进了二维问题的无网格全局弱形式.该方案的积分域-Voronoi图是伴随于域节点的,是“天然”的网格形式.选择了添加多项式项的径向基点插值形函数,以便容易地施加本质边界条件.算例显示该方法的数值结果与解析解吻合良好,从而展现了其稳定性、精确性以及很好的鲁棒性.     

基于变弹翼方式的非结构动网格建模方法研究

针对变弹翼导弹包含运动边界的复杂非定常流场的求解问题,基于弹簧变形原理,即在网格变形时,网格点与静止边界和运动边界的相对位置关系均保持不变,分别推导了旋转弹翼运动边界上的网格点和受运动边界扰动流场子域上网格点的变形算法,从而发展了一种新的非结构动网格方法,该方法在不降低计算效率的前提下,大大提高了网格的变形能力,并解决了现有研究通常忽略弹翼运动受弹身影响而产生的非刚性变形问题,是基于非结构网格框架下,求解具有复杂运动边界且网格变形较大的非定常流场的一种简单有效的方法。     

Effects of mesh style and grid convergence on numerical simulation accuracy of centrifugal pump

In order to evaluate the effects of mesh generation techniques and grid convergence on pump performance in centrifugal pump model, three widely used mesh styles including structured hexahedral, unstructured tetrahedral and hybrid prismatic/tetrahedral meshes were generated for a centrifugal pump model. And quantitative grid convergence was assessed based on a grid convergence index(GCI), which accounts for the degree of grid refinement. The structured, unstructured or hybrid meshes are found to have certain difference for velocity distributions in impeller with the change of grid cell number. And the simulation results have errors to different degrees compared with experimental data. The GCI-value for structured meshes calculated is lower than that for the unstructured and hybrid meshes. Meanwhile, the structured meshes are observed to get more vortexes in impeller passage.Nevertheless, the hybrid meshes are found to have larger low-velocity area at outlet and more secondary vortexes at a specified location than structured meshes and unstructured meshes.     

跨音速三维操纵面嗡鸣数值方法研究

在非结构化动态网格耦合欧拉方程求解跨音速非定常流场的基础上,考虑了翼面-操纵面系统的缝隙间网格运动问题。采用中心有限体积法进行空间离散和双时间方法进行时间推进求解非定常欧拉方程。通过与气动力方程的联立求解,在时域内用四步龙格-库塔方法求解结构运动方程。数值分析研究了NA SA三维操纵面嗡鸣标模算例——全翼展操纵面NA SP(N ationalA eroSpace P lane)基本型机翼-操纵面嗡鸣现象,并和风洞实验结果进行了对比,取得了一致的结果,说明了该方法的正确性。     

非结构化四面体网格生成方法及改进

对生成三维非结构化网格的D e launay方法进行了分析,给出四面体网格生成的基本步骤.改进判断非结构化网格质量的方法,提出采用四面体单元无量纲棱长的标准差对网格质量进行评价.对于已经生成的初始化网格,在棱长标准差最大的四面体单元内加入新点重新构造网格,反复进行迭代直到所有的标准差小于设定值.该方法比较灵活且易于实现.通过不同的算例对网格生成及改进方法进行了验证,获得了理想的结果.     

适应于3维非结构化网格数据场的切片可视化技术研究

针对３维非结构化网格数据场出现的各种网格单元，设计了相应的直边４面体化剖分方案，并在此基础上提出了一种关于非结构化网格数据场的切片可视化方法，简化了切平面与网格单元间相交多边形的计算，保证了各相交多边形的自然合法性．实践表明：所用的直边４面体化剖分方案同样适用于等值面构造技术     

结构与非结构网格之间的转换及应用

结构化网格转换成非结构化网格是网格生成技术的一个分支．通过这种转换，可以同时得到两种网格的优势，即结构化网格收敛快和非结构化网格适应边界广的特性，并且也拓展了非结构化网格计算程序的应用范围．笔者给出了正交网格和适体网格的转换模型，用基元有限客积法和二阶精度格式，在转换后的非结构化网格中离散热传导方程，同时也提供多个三维不同几何形状和不同边界条件的热传导算例，以此检验这种转换的正确性和可行性．     

非结构网格特定条件下热传导的数值计算

用基元有限容积方法,在非结构化网格中离散和求解热传导方程,二阶迎风格式和全程隐式迭代求解稳态导热问题.在验证求解方法的算例中,结构化和非结构化网格同时采用,并且提供了3种非结构化网格(三角形网格、四边形网格和混合网格)的计算结果,同时用精确解与得到的数值解相比较.虽然两种网格形式都能得到满意的精确度结果,但对于非正交的非结构化网格,二次扩散项对提高精度是十分重要的.     

基于邻接表的非结构网格快速生成算法

目的 优化Delaunay方法,提高网格生成效率并通过拉普拉斯光顺化提高网格质量.方法 用图这种数据结构来表示三角形网格并用邻接表存储以优化存储方式.结果 该数据结构同传统结构数组算法相比时间大大缩短、提高了网格生成效率.从网格生成的算例看出,该算法不仅提高了网格生成的速度,而且生成的网格质量较好,便于局部加密.结论 通过用图表示三角形网格并用邻接表优化储存,提高了网格生成效率.将生成的网格进行拉普拉斯光顺化,可使网格质量得到进一步的提高.     

基于直角叉树切割网格的复杂外形N-S方程数值模拟

对于粘性绕流的数值模拟，在直角叉树切割网格的基础上，结合三角形非结构网格和矩形结构化网格，利用其各自的优势和特点，提出了一种生成混合染交网格的思路和方法，在物面附近生成了适合粘性流计算的大长宽比矩形网格，地远场分布直角叉树切割网格，快速离散计算空间。对于复杂的多体问题，采用三角形网格来连接 各体网格，并运用网格合并的方法，保证了各网格之间的光滑过渡过连接，提高了网格的质量，针对复杂多段翼型绕流问题，在上述网格基础上，采用B－L代数湍流模型和中心有限体积法，完成了Navier-Stokes方程（N－S方程）的数值模拟，计算结果表明，网格生成和流场计算都是正确的。     

阶背式MIRA模型气动阻力数值模拟网格无关性研究

对汽车气动阻力数值模拟结果影响较大的网格划分形式和方法进行了对比研究.利用现有充分的计算资源,建立阶背式MIRA模型,通过划分常见的四面体网格和混合网格,分别对两种网格形式在整车周围和车身尾部对网格进行加密,并保证足够多的网格数量,得到了数值稳定的网格无关性的阻力系数结果,总结出了阻力系数随网格加密的变化趋势,并与现有风洞试验值进行对比分析.结果表明：网格一旦加密后阻力系数即有显著下降,随着网格数的不断增加,阻力系数均呈现出明显的下降趋势,且下降幅度逐渐减小,最后都能在3000万网格左右得到网格无关性的结果.最终四种方案的阻力系数值均小于风洞试验值,且与之存在一定的误差.