基于IB-LBFS和NFE的大变形膜结构流固耦合数值模拟

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作者 佟莹 牟永飞 +2 位作者 刘钒 肖中云 雷勇强 《力学学报》 北大核心 2025年第5期1216-1232,共17页

在航天航空工程领域,以降落伞、飞艇等为代表的柔性织物飞行器在非定常气动力作用下呈现的非线性动力学响应与复杂流动特征,已成为大变形流固耦合(fluid structure interaction,FSI)研究的前沿挑战.这类超弹性膜结构在气动载荷作用下产... 在航天航空工程领域,以降落伞、飞艇等为代表的柔性织物飞行器在非定常气动力作用下呈现的非线性动力学响应与复杂流动特征,已成为大变形流固耦合(fluid structure interaction,FSI)研究的前沿挑战.这类超弹性膜结构在气动载荷作用下产生的几何非线性、材料非线性和边界非线性耦合现象,给传统数值模拟方法带来了网格畸变、界面追踪和能量守恒等多重技术难题.文章面向此类FSI数值模拟需求,提出将浸入边界-格子玻尔兹曼通量求解(immersed boundary-lattice Boltzmann flux solver,IB-LBFS)方法和膜结构非线性有限元(nonlinear finite elements,NFE)方法结合,建立了双向流固耦合计算框架,实现了四大核心功能:黏性流动动态变形边界识别、流体-结构载荷与物面动态重构、超弹性材料非规则薄膜结构求解和大规模并行计算.以恒压充气囊体为研究对象,对自由来流作用下气囊与黏性流体间的流固耦合效应进行分析.结果表明,该算法预测数据符合流场分布特性及结构响应发展规律.开发的双向强流固耦合计算程序可进一步应用于航空降落伞、飞艇等充气式飞行器的流固耦合效应评估,为未来柔性飞行器结构设计、强度校核及飞行可靠性评估提供理论参考. 展开更多

关键词 流固耦合 IB-lbfS方法 非线性有限元法 织物薄膜

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基于LBF法的车体点焊结构疲劳寿命预测方法

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作者 梁炬星 孙佳 吴浚豪 《机械设计与研究》 北大核心 2025年第3期198-202,共5页

为了提升不锈钢车体的抗疲劳性能,研究预测不同车体点焊结构疲劳寿命的方法,首先,对12种不同规格车体结构的不锈钢电阻点焊以及电弧击穿焊对接接头试样进行了疲劳试验,在此基础上,采用德国LBF研究所提出的结构应力计算方法(以下简称LBF... 为了提升不锈钢车体的抗疲劳性能,研究预测不同车体点焊结构疲劳寿命的方法,首先,对12种不同规格车体结构的不锈钢电阻点焊以及电弧击穿焊对接接头试样进行了疲劳试验,在此基础上,采用德国LBF研究所提出的结构应力计算方法(以下简称LBF法)计算焊点位置的结构应力,对试验数据进行拟合得到了不同焊接方式试样所对应的Δσ-N曲线。同时,对某地铁不锈钢车体结构进行了有限元仿真分析,提取疲劳工况计算结果中关键点焊位置的节点力,运用LBF法计算其结构应力,依据疲劳试验得到Δσ-N曲线,评估了车体关键点焊位置疲劳寿命。计算结果表明:车体点焊位置寿命满足1E+07次要求。通过结合疲劳试验、理论计算与仿真分析,提出了一种预测车体点焊结构疲劳寿命的方法,为不锈钢点焊车辆的设计制造以及疲劳寿命评估提供了理论依据。 展开更多

关键词 点焊结构 有限元分析 lbf法 疲劳寿命预测

原文传递

基于MultiLayer水平集的脑MRI图像分割框架 被引量：2

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作者 朱晓舒 孙权森 +1 位作者 夏德深 孙怀江 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2014年第9期297-300,共4页

提出了一种新的自动初始化水平集的方法和基于MultiLayer水平集的活动轮廓模型。该模型同时进行偏移场去除和图像分割,因此可以有效地克服灰度不均匀性的影响。最后利用了大脑皮层的距离信息,在框架中增加了厚度约束项。实验结果显示,... 提出了一种新的自动初始化水平集的方法和基于MultiLayer水平集的活动轮廓模型。该模型同时进行偏移场去除和图像分割,因此可以有效地克服灰度不均匀性的影响。最后利用了大脑皮层的距离信息,在框架中增加了厚度约束项。实验结果显示,相比著名的LBF模型,该框架不但可以获得更高的分割精度,而且分割时间也大大减少。 展开更多

关键词 图像分割框架 lbf模型 MultiLayer水平集 变分法

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快速稳定的局部二元拟合分割算法 被引量：2

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作者 林亚忠 顾金库 +1 位作者 郝刚 蔡茜 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2011年第5期1249-1251,共3页

基于局部区域信息的局部二元拟合(LBF)模型在处理弱边界或灰度不均匀的图像分割方面有一定优势,但该方法非常依赖于初始轮廓,不当的初始轮廓不仅会导致分割时间较长,甚至分割失败。针对这一不足,提出一种快速稳定的LBF模型。首先通过添... 基于局部区域信息的局部二元拟合(LBF)模型在处理弱边界或灰度不均匀的图像分割方面有一定优势,但该方法非常依赖于初始轮廓,不当的初始轮廓不仅会导致分割时间较长,甚至分割失败。针对这一不足,提出一种快速稳定的LBF模型。首先通过添加带有变权系数面积项的LBF模型进行初始分类以获取较好的初始轮廓,然后采用传统的LBF模型对图像进行进一步的分割。实验证明,在保证良好分割效果的前提下,该方法对初始轮廓的选择更加灵活,分割速度明显快于传统的LBF模型。 展开更多

关键词 图像分割 活动轮廓模型 水平集算法 局部二元拟合模型 偏微分方程

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基于核特征距离的局部活动轮廓模型

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作者 朱晓舒 孙权森 夏德深 《计算机应用研究》 CSCD 北大核心 2012年第10期3987-3989,共3页

提出了一种基于核特征距离局部活动轮廓分割模型。在模型中使用核特征距离来构造局部拟合能量,从而可以获取精确的局部图像特征,可以分割存在灰度不均匀的图像。并通过引入水平集规范项以避免水平集演化的重新初始化,提高了分割的效率... 提出了一种基于核特征距离局部活动轮廓分割模型。在模型中使用核特征距离来构造局部拟合能量,从而可以获取精确的局部图像特征,可以分割存在灰度不均匀的图像。并通过引入水平集规范项以避免水平集演化的重新初始化,提高了分割的效率。实验结果表明,本模型可以很好地克服灰度不均匀性,同时在分割精度上有了较大的提升,特别是分割速度比LBF模型快1.3～1.5倍。 展开更多

关键词 图像分割 灰度不均匀 lbf模型 水平集 核特征距离

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灰度不均的弱边界血管图像分割方法 被引量：2

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作者 吴杰 朱家明 张辉 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2016年第A01期154-156,共3页

针对灰度不均的弱边界现象通常发生在真实世界的图像中,可能会增加图像分割的难度,传统的局部二值拟合(LBF)模型分割方法需要建立复杂的数学模型,局部化属性也导致了该模型更容易陷入局部极值,且需要较多的算法迭代次数。为了克服上述缺... 针对灰度不均的弱边界现象通常发生在真实世界的图像中,可能会增加图像分割的难度,传统的局部二值拟合(LBF)模型分割方法需要建立复杂的数学模型,局部化属性也导致了该模型更容易陷入局部极值,且需要较多的算法迭代次数。为了克服上述缺陷,提出了一种新的图像分割处理方式,首先用形态学运算去除血管图像的背景,以达到增强图像的目标。然后对处理后的血管图像采用双边滤波器滤波,使用最大类间方差法(Otsu)进行分割,将最优阈值代入Canny算法中,进行再分割。实验结果表明,该方法不需建立复杂的数学模型和数值分析算法,可以用较少的迭代次数,对于灰度不均且弱边界的医学图像实现较好的分割。 展开更多

关键词 局部二值拟合模型 形态学处理 双边滤波器 最大类间方差法 CANNY算法

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数值求解优化问题在活动轮廓模型上的应用 被引量：1

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作者 廖翠萃 李敏 +1 位作者 梁久祯 廖祖华 《智能系统学报》 CSCD 北大核心 2015年第6期886-892,共7页

针对活动轮廓模型图像分割过程中迭代次数多,分割速度慢的问题,提出一种高阶的数值求解方法。分析活动轮廓模型中基于全局信息的CV模型,以及基于局部信息的LBF模型,LIF模型。使用二阶、三阶Runge-Kutta方法,原始Euler方法对模型进行数... 针对活动轮廓模型图像分割过程中迭代次数多,分割速度慢的问题,提出一种高阶的数值求解方法。分析活动轮廓模型中基于全局信息的CV模型,以及基于局部信息的LBF模型,LIF模型。使用二阶、三阶Runge-Kutta方法,原始Euler方法对模型进行数值求解实验对比分析。并对LBF模型中平滑项系数,时间步长的选取进行讨论。通过对非同质图像、同质图像的实验结果分析表明,所采用的数值方法能够有效地提高数值收敛精度、减少迭代次数、计算效率高。对不同系数和时间步长,数值方法也能表现出较好的稳定性。 展开更多

关键词 CV模型 lbf模型 RUNGE-KUTTA方法 数值求解优化 图像分割

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基于对偶方法和局部统计信息的快速图像分割

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作者 王海军 柳明 《计算机工程》 CAS CSCD 2012年第3期221-223,共3页

CV模型和局部二值拟合模型用于图像分割时往往只能得到局部最优解,且计算量大,分割速度慢。为此,引入一个变量,将其与已知变量组成对偶变量,并利用图像的局部统计信息,建立主动轮廓模型的对偶模型,实现图像的快速分割。针对合成图像、... CV模型和局部二值拟合模型用于图像分割时往往只能得到局部最优解,且计算量大,分割速度慢。为此,引入一个变量,将其与已知变量组成对偶变量,并利用图像的局部统计信息,建立主动轮廓模型的对偶模型,实现图像的快速分割。针对合成图像、多目标物体图像和灰度不均匀的医学图像进行实验,结果表明,该模型能自动处理拓扑结构的变化,从而快速准确地分割图像。 展开更多

关键词 主动轮廓模型 对偶方法 局部统计信息 图像分割 局部二值拟合模型

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时空联合的鼠兔视频序列图像分割

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作者 胡士亚 陈海燕 葛浩 《宜宾学院学报》 2020年第6期39-45,共7页

针对鼠兔视频序列帧中某些帧的运动目标处于运动状态、另一些帧的运动目标处于静止状态的特点,提出一种结合快速目标检测和水平集的时空联合分割方法 .时域上采用快速目标检测方法获取运动目标的初始区域,空间域上采用改进的局部二值拟... 针对鼠兔视频序列帧中某些帧的运动目标处于运动状态、另一些帧的运动目标处于静止状态的特点,提出一种结合快速目标检测和水平集的时空联合分割方法 .时域上采用快速目标检测方法获取运动目标的初始区域,空间域上采用改进的局部二值拟合(Local Binary Fitting, LBF)模型在得到的初始活动轮廓曲线上迭代演化.在确定运动目标初始活动轮廓曲线时,首先通过交互式分割得到第一帧鼠兔图像的初始轮廓,再用两帧差法检测相邻两帧图像是否有像素变化,判断鼠兔目标的运动状态,最终快速准确得到每一帧鼠兔图像的初始活动轮廓曲线.实验结果表明:与传统方法相比,所提出的用于鼠兔视频序列图像的时空联合分割方法可以更精确、更快速地得到运动目标轮廓. 展开更多

关键词 图像分割 高原鼠兔 帧差法 lbf模型 水平集

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Rayleigh-Bénard热对流中non-Boussinesq效应的数值研究 被引量：3

10

作者 张宇 曹玉会 《气体物理》 2017年第5期11-17,共7页

采用变物性格子Boltzmann通量求解器(VPLBFS)研究了Rayleigh-Bénard热对流.以超临界流体为例,采用VPLBFS的简化形式和标准形式分别得到了通常关注的基于Boussinesq假设的常物性解,只考虑部分物性变化的基于partial Boussinesq假设... 采用变物性格子Boltzmann通量求解器(VPLBFS)研究了Rayleigh-Bénard热对流.以超临界流体为例,采用VPLBFS的简化形式和标准形式分别得到了通常关注的基于Boussinesq假设的常物性解,只考虑部分物性变化的基于partial Boussinesq假设的PBA解,以及考虑流体全部物性变化的变物性解,分析了non-Boussinesq效应对Rayleigh-Bénard热对流的影响,讨论了不同温差条件下的non-Boussinesq效应.研究结果表明:non-Boussinesq效应对超临界流体的Rayleigh-Bénard热对流有非常显著的抑制作用,论证了在研究热对流时考虑流体全部物性变化的必要性. 展开更多

关键词 non-Boussinesq效应 Rayleigh-B6nard热对流 变物性 格子BOLTZMANN方法 格子Boltzmann通量求解器

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基于浸入边界-格子波尔兹曼通量求解法的并列双圆柱流动特性数值研究（英文）

11

作者 Xiao-di WU Hua-ping LIU Fu CHEN 《Journal of Zhejiang University-Science A(Applied Physics & Engineering)》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第5期384-398,共15页

目的:本文旨在应用新型数值求解方法,即浸入边界-格子波尔兹曼通量求解法,研究并列双圆柱流动特性,并探索该数值方法在工程应用中的可行性。创新点:1.将浸入边界法与格子波尔兹曼求解法相结合,简单并高效地实现在非均匀直角网格下求解... 目的:本文旨在应用新型数值求解方法,即浸入边界-格子波尔兹曼通量求解法,研究并列双圆柱流动特性,并探索该数值方法在工程应用中的可行性。创新点:1.将浸入边界法与格子波尔兹曼求解法相结合,简单并高效地实现在非均匀直角网格下求解不可压流动以及动边界问题;2.应用浸入边界-格子波尔兹曼求解法研究并列双圆柱流场特性。方法:1.通过理论推导,建立状态变量和通量与格子波尔兹曼方程中粒子密度分布函数之间的关系(公式(8)^(10));2.采用强制浸入边界法处理流固界面使固壁表面满足无滑移边界条件,实现在笛卡尔网格下求解运动边界问题;3.通过数值模拟,探讨雷诺数和圆柱间距对静止双圆柱受力及流场尾流特性的影响以及雷诺数、间距和旋转速度对旋转并列双圆柱受力及尾流特性的影响规律。结论:1.浸入边界-格子波尔兹曼求解法可以简单实现采用非贴体网格求解不可压流动及动边界问题。2.对于并列静止双圆柱,随着间距的增加,双圆柱尾流场的相互作用逐渐消失,尾迹由无规则性转变为规则的同相位流动或反向流动;雷诺数影响圆柱受力系数。3.对于并列旋转双圆柱,雷诺数对旋转圆柱受力影响较弱;旋转速度可以抑制单圆柱尾流场的非定常效应;随着圆柱间距的增加,双圆柱后方形成固定的相位关系以及同一频率的脱落涡。 展开更多

关键词 浸入边界法 格子波尔兹曼通量求解法 运动边界 并列圆柱

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