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基于自适应泡泡法的结构动力学破损-安全拓扑优化设计 被引量:1
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作者 李顺 蔡守宇 +2 位作者 卫洪涛 徐文涛 段德路 《振动与冲击》 北大核心 2025年第13期139-147,共9页
为克服动力学拓扑优化设计结果因无冗余结构,而在振动载荷下对局部破损异常敏感的不足,该研究结合自适应泡泡法(adaptive bubble method,ABM)和破损-安全设计理念,发展出一种结构动力学破损-安全拓扑优化设计框架。ABM相较于传统拓扑优... 为克服动力学拓扑优化设计结果因无冗余结构,而在振动载荷下对局部破损异常敏感的不足,该研究结合自适应泡泡法(adaptive bubble method,ABM)和破损-安全设计理念,发展出一种结构动力学破损-安全拓扑优化设计框架。ABM相较于传统拓扑优化方法(变密度法、水平集法等),不仅具有设计变量少、优化结果边界光滑清晰且可直接导入到CAD系统等优点,还能在动力学拓扑优化中有效避免因存在弱单元而导致的局部模态现象。破损-安全设计理念早已引入到静力学拓扑优化设计中以避免局部破损引发的结构整体失效,但尚未用于解决工程中更为普遍的振动失效问题。鉴于此,该研究结合ABM将破损-安全设计理念拓展应用于动力学拓扑优化设计:首先,采用一种通用的引孔准则实现基于ABM的结构动力学拓扑优化;然后,全面考虑各种破损情况,通过移除不同区域的材料以模拟结构局部破损;进而,使用KS(Kreisselmeier-Steinhauser)函数对所有破损情况下的结构基频或动柔顺度进行凝聚,将其作为优化目标;最后,建立考虑破损-安全的结构动力学拓扑优化模型,结合灵敏度分析结果开展优化设计。通过两个代表性算例验证了该方法在提升结构振动安全性方面的有效性。 展开更多
关键词 拓扑优化 自适应泡泡法(abm) 破损-安全 固有频率 动柔顺度
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基于界面非等间距加密的自适应网格方法及应用
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作者 杨玉肖 刑博 刘成 《水动力学研究与进展(A辑)》 北大核心 2025年第6期921-927,共7页
在两相流数值模拟中,自适应直角网格加密策略能够依据流场的局部特性动态调整网格分辨率,从而提升计算效率。当两相界面穿过非等间距邻接网格时,由于压力点定义并非处于同一高度,基于投影法使用压力梯度算子计算速度场时会产生虚假的速... 在两相流数值模拟中,自适应直角网格加密策略能够依据流场的局部特性动态调整网格分辨率,从而提升计算效率。当两相界面穿过非等间距邻接网格时,由于压力点定义并非处于同一高度,基于投影法使用压力梯度算子计算速度场时会产生虚假的速度。通过修正界面附近粗细网格邻接时的压力梯度算子,可以获得正确的速度结果。数值测试结果表明结合压力梯度修正方法的非等间距网格模拟结果具有和均匀网格模拟结果相近的收敛精度。最后采用该方法对方艉船周围的水气泡混合流进行了模拟,模拟结果表明了该方法在处理复杂界面流动问题中的稳定性和高效性。 展开更多
关键词 自适应直角网格 压力梯度 两相流 投影法 气泡流
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基于高速摄影测量气泡体积的图像处理技术研究 被引量:13
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作者 汤华鹏 温济铭 谷海峰 《应用科技》 CAS 2019年第2期108-115,共8页
为获得鼓泡过滤装置内尺寸较大且存在明显变形的气泡的体积,介绍了4种图像处理气泡体积的方法:等效直径法、椭球体积公式法、水平切片法和自适应切片法。分析每种方法的基本思想和使用条件,并利用这些方法计算出气泡的体积。同时,采用... 为获得鼓泡过滤装置内尺寸较大且存在明显变形的气泡的体积,介绍了4种图像处理气泡体积的方法:等效直径法、椭球体积公式法、水平切片法和自适应切片法。分析每种方法的基本思想和使用条件,并利用这些方法计算出气泡的体积。同时,采用气泡收集法对气泡体积进行实验测量,将4种图像处理技术计算出的气泡体积与实验测量值进行对比,来评价各种方法的准确性。结果表明:等效直径法和椭球体积公式法因需要获取表述气泡整体几何特征的参数来计算气泡体积,因此当气泡变形严重时,特征参数会发生较大变化进而整体处理精度受影响较大;水平切片法对椭球形气泡具有高精度的处理结果,但当气泡对称轴发生偏转或气泡形状为碟形时,处理精度明显变差;自适应切片法能根据圆形度来识别气泡形状,同时,针对不同的气泡形状,以对称轴为参考来确定合适的切片方向,具有很强的适用性和较高的计算精度。 展开更多
关键词 鼓泡塔 气泡体积 图像处理 光学法 切片法 自适应 气泡变形 实验
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基于VOF方法的可调参数对气泡聚并过程计算精度与成本的影响 被引量:3
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作者 周萍 蒋怡 +1 位作者 廖义香 李家栋 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期2867-2877,共11页
气泡聚并通过改变气液两相间界面面积,影响相间的传热和传质,而聚并时间和液膜厚度是描述2个气泡聚并过程的重要物理参数。采用流体体积(VOF)方法对气泡聚并过程进行数值模拟时,合理设置计算流程中可调参数(例如网格尺寸、最大库朗数以... 气泡聚并通过改变气液两相间界面面积,影响相间的传热和传质,而聚并时间和液膜厚度是描述2个气泡聚并过程的重要物理参数。采用流体体积(VOF)方法对气泡聚并过程进行数值模拟时,合理设置计算流程中可调参数(例如网格尺寸、最大库朗数以及方程循环次数等),有助于提高求解过程的收敛性、节省计算时间。因此,本文基于OpenFOAM开源软件,采用VOF方法与自适应网格相结合的方法,以同轴两气泡聚并过程为例,探究最大库朗数Co_(max)、相方程循环次数nα和控制方程循环次数n_(pimple)这3个参数对气泡聚并过程数值模拟的计算量与计算精度的影响,同时,得到气泡间液膜厚度在可调参数不同取值时随时间的变化规律。研究结果表明:气泡间液膜的变薄速度与最大库朗数Co_(max)成反比,与相方程循环次数nα和控制方程循环次数n_(pimple)成正比,这主要是由于减小最大库朗数Co_(max)以及增大相方程循环次数nα和控制方程循环次数n_(pimple)提高了计算精度,改善了流体在网格单元上移动滞后的现象,加快了两气泡聚并以及液膜减薄过程;综合考虑计算精度与计算成本,得到了基于VOF方法的气泡聚并数值模拟较优的可调参数组合,即(Co_(max),nα,n_(pimple))=(0.05,3,8)。 展开更多
关键词 OPENFOAM 气泡聚并 流体体积方法 自适应网格 可调参数 计算精度 计算成本
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基于复杂自适应系统与库龄策略的血液供应链绩效评估 被引量:2
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作者 李志 张熙培 +1 位作者 周愉峰 毛国伟 《商学研究》 2023年第6期106-117,共12页
提升血液供应链保障绩效,有效应对临床血液需求,具有重要的实践意义。为此,文章基于复杂自适应系统视角,运用智能体建模方法研究血液供应链保障绩效演进问题。以血小板为研究对象,集成物流、信息流和效益流,采用数学语言描述血液供应链... 提升血液供应链保障绩效,有效应对临床血液需求,具有重要的实践意义。为此,文章基于复杂自适应系统视角,运用智能体建模方法研究血液供应链保障绩效演进问题。以血小板为研究对象,集成物流、信息流和效益流,采用数学语言描述血液供应链各Agent的行为方式,并分析供应链系统的总体特征。利用Anylogic平台构建一个考虑血制品库龄,由医院Agent、血液中心Agent、献血车Agent以及献血者Agent组成的四级供应链模型;对血液供应链系统的总体特征进行了仿真分析;针对血液供应链主要Agent的关键参数,做了敏感性分析。研究表明:(1)血液供应链系统具有复杂自适应特征。(2)考虑血制品库龄信息,可有效降低短缺率与过期率。(3)扩大初始献血者人数,加大宣传力度,均能降低血液中心Agent的短缺率,但同时会提高过期率。在初始献血者人数较少时,加大宣传力度对降低过期率的效果不明显;当初始献血者人数较多时,加大宣传力度对降低短缺率的效果同样不明显。(4)提高最大库存水平、缩短血小板保质期均能降低医院的血液短缺率,但也会提高过期率。当医院Agent最大库存水平较高时,缩短保质期对降低短缺率的效果不明显。研究成果有助于血液供应链重要节点的控制与决策优化,对血液供应链管理具有指导意义。 展开更多
关键词 血液供应链 复杂自适应系统 abm方法 库龄 绩效评估
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基于固定网格和拓扑导数的结构拓扑优化自适应泡泡法 被引量:11
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作者 蔡守宇 张卫红 +1 位作者 高彤 赵军 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第4期1235-1244,共10页
为继承传统拓扑优化泡泡法变量少、精度高等优点,并克服其网格重划频繁、孔洞合并操作繁琐等不足,提出了一种基于固定网格和拓扑导数的自适应泡泡方法.该方法的主要特点是:(1)采用有限胞元固定网格分析方法计算结构力学响应,在优化过程... 为继承传统拓扑优化泡泡法变量少、精度高等优点,并克服其网格重划频繁、孔洞合并操作繁琐等不足,提出了一种基于固定网格和拓扑导数的自适应泡泡方法.该方法的主要特点是:(1)采用有限胞元固定网格分析方法计算结构力学响应,在优化过程中无需网格更新和重划分,就能保证较高的分析精度;(2)根据拓扑导数信息指导结构区域中孔洞的引入,不仅消除了优化结果对孔洞初始布局的依赖性,还能有效控制设计变量的数量;(3)引入拓扑导数阈值和孔洞影响区域新概念,实现了孔洞引入频次和位置的自适应调节,保证了拓扑优化过程的数值计算稳定性;(4)采用光滑变形隐式曲线描述孔洞边界,不仅设计参数少、变形能力强,而且便于处理孔洞间的融合/分离操作以及与固定网格分析方法的有机结合.理论分析和数值算例表明,改进后的自适应泡泡法能够消除传统泡泡法因采用拉格朗日网格和参数化B样条曲线模型而存在的实施困难,采用很少的设计变量就可获得边界光滑清晰的优化结果. 展开更多
关键词 泡泡法 拓扑优化 固定网格 拓扑导数 自适应
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一种新的求解对流占优问题的自适应网格细化方法 被引量:5
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作者 郭巍 张伟伟 聂玉峰 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期583-589,共7页
在均匀网格上求解对流占优问题时,往往会产生数值震荡现象,因此需要局部加密网格来提高解的精度。针对对流占优问题,设计了一种新的自适应网格细化算法。该方法采用流线迎风SUPG(Petrov-Galerkin)格式求解对流占优问题,定义了网格尺寸... 在均匀网格上求解对流占优问题时,往往会产生数值震荡现象,因此需要局部加密网格来提高解的精度。针对对流占优问题,设计了一种新的自适应网格细化算法。该方法采用流线迎风SUPG(Petrov-Galerkin)格式求解对流占优问题,定义了网格尺寸并通过后验误差估计子修正来指导自适应网格细化,以泡泡型局部网格生成算法BLMG为网格生成器,通过模拟泡泡在区域中的运动得到了高质量的点集。与其他自适应网格细化方法相比,该方法可在同一框架内实现网格的细化和粗化,同时在所有细化层得到了高质量的网格。数值算例结果表明,该方法在求解对流占优问题时具有更高的数值精度和更好的收敛性。 展开更多
关键词 自适应网格细化 泡泡型网格生成 SUPG方法 后验误差估计 对流占优问题
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基于自适应泡泡法的薄壳结构拓扑优化设计 被引量:2
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作者 张华麟 杨东 +1 位作者 史之君 蔡守宇 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期1165-1173,共9页
为有效解决薄壳结构拓扑优化设计难题,并满足其对分析模型精度和优化结果质量的高要求,结合等几何壳体分析方法提出一种基于自适应泡泡法的新型拓扑优化设计框架.等几何分析技术在薄壳分析方面具有天然的优势:一方面可为薄壳结构建立起... 为有效解决薄壳结构拓扑优化设计难题,并满足其对分析模型精度和优化结果质量的高要求,结合等几何壳体分析方法提出一种基于自适应泡泡法的新型拓扑优化设计框架.等几何分析技术在薄壳分析方面具有天然的优势:一方面可为薄壳结构建立起精确的NURBS分析模型,避免了模型转换操作及误差;另一方面还可保证待分析物理场的高阶连续性,无需设置转角自由度等.为了在给定壳面上实现结构的拓扑演化,借助NURBS曲面(即等几何分析中的薄壳中面)的映射关系,仅需在规则的二维参数区域内改变结构拓扑即可.鉴于此,采用自适应泡泡法在壳面参数区域内开展拓扑优化,该方法包含孔洞建模、孔洞引入和固定网格分析3个模块,其在当前工作中分别基于闭合B样条、拓扑导数理论和有限胞元法实现.其中,闭合B样条兼具参数和隐式两种表达形式,参数形式便于在CAD系统中直接生成精确的结构模型;隐式形式不仅便于开展孔洞的融合/分离操作,还能与有限胞元法有机结合以替代繁琐的修剪曲面分析方法.理论分析和数值算例表明,所提优化设计框架将复杂的薄壳结构拓扑优化问题转化为简单的二维结构拓扑优化问题,在保证足够分析精度的基础上使用相对很少的设计变量就可得到具有清晰光滑边界且便于导入到CAD系统的优化结果. 展开更多
关键词 拓扑优化 薄壳结构 自适应泡泡法 等几何分析 闭合B样条
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A Simple Implementation of the Semi-Lagrangian Level-Set Method
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作者 Weidong Shi Jian-Jun Xu Shi Shu 《Advances in Applied Mathematics and Mechanics》 SCIE 2017年第1期104-124,共21页
Semi-Lagrangian(S-L)methods have no CFL stability constraint,and are more stable than the Eulerian methods.In the literature,the S-L method for the levelset re-initialization equation was complicated,which may be unne... Semi-Lagrangian(S-L)methods have no CFL stability constraint,and are more stable than the Eulerian methods.In the literature,the S-L method for the levelset re-initialization equation was complicated,which may be unnecessary.Since the re-initialization procedure is auxiliary,we propose to use the first-order S-L scheme coupled with a projection technique to improve the accuracy at the grid points just adjacent to the interface.Standard second-order S-L method is used for evolving the level-set convection equation.The implementation is simple,including on the block-structured adaptive mesh.The efficiency of the S-L method is demonstrated by extensive numerical examples including passive convection of interfaces with corners/kinks/large deformation under given velocity fields,a geometrical flow with topological changes,simulations of bubble/droplet dynamics in incompressible twophase flows.In terms of accuracy it is comparable to the other existing methods. 展开更多
关键词 Semi-Lagrangian method level-set method interface motion two-phase flow bubble/droplet dynamics block-structured adaptive mesh
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