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《南京航空航天大学》 2008年
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自适应无网格及网格和无网格混合算法研究

马志华  
【摘要】: 无网格方法具有布点灵活性,适合处理复杂外形,但和基于网格的算法相比在计算效率上还不具竞争性。为了提高计算效率并集现有方法各自的特点于一体,本文结合各种管道内流、绕翼型外流及反设计等实际问题,就自适应无网格及网格和无网格混合算法等相关问题开展了深入系统的研究。 首先对无网格算法基本控制单元,即点云结构的概念进行了介绍。在点云结构上空间导数拟合是采用无网格方法首先所要解决的问题,本文运用最小二乘和移动最小二乘方法的原理,使空间导数拟合问题归结为与点云结构密切相关的线性方程组求解问题;分析和讨论了几种较为常见的选点准则,提出了综合选点构造点云结构的方法,有效地避免了可能出现的线性方程组病态问题。 其次研究了用于求解Euler方程的无网格算法。对于翼型后缘等物面边界以及远场边界,提出了适合点云结构的边界条件处理方法。借鉴网格方法中常见的逆风格式和人工耗散模型,构造了适合点云结构的对应处理方法,由此提出求解Euler方程的具体实施方法,并成功地对绕翼型跨音速及超音速典型流动问题进行了数值模拟,为进一步开展无网格自适应以及网格和无网格混合算法的研究打下了基础。 接着研究了自适应无网格算法,以期降低初始布点要求和提高计算效率。提出了基于点云结构的局部加密技术:利用压力梯度探测流场中出现激波的敏感区域,并在这些区域中生成新节点,形成更加精细的点云结构;为进一步控制计算节点总数,提出了自适应节点移动方法:根据点云结构参考半径均布的思想,以压力梯度构造权函数来控制点云的参考半径,通过减小敏感区域内点云的参考半径,实现了节点向流动特征的自适应移动。算例展示出本文发展的自适应方法能使节点的位置或者数量进行合理的调整,激波等流场特征分辨率有了显著提高。 为充分利用无网格方法灵活的优点并且最大限度减少它所需付出的计算工作量,本文进一步提出了基于局部无网格技术的网格与无网格混合算法。与单一的无网格方法相比较,由于在大部分计算区域采用了网格单元填充,使得发展的算法在运算效率上能与网格方法相当;同时在物体附近嵌入了无网格区,只要求局部布点离散,具有灵活性,使得发展的算法适合处理任意外形。在网格与无网格区域的交界处,提出了布置辅助单元和节点等方法构成边界信息,实现了区域间的流动信息传递。控制方程的空间导数分别在两区域用有限体积法和无网格法离散近似,时间方向都采用四步显式Runge-Kutta格式推进求解,数值模拟了喷管内部和绕翼型外部等二维定常流动问题,在此基础上将混合算法推广用于三维非定常流动问题的求解,并分别与整体有限体积法和整体无网格方法进行了比较。算例展示出,本文提出的混合算法能有效捕捉激波间断,且两区域等值线过渡光滑,算法效率如预期与网格算法相当,表明方法是可行的。 最后,本文利用发展的混合算法与遗传算法结合,进行了反设计问题的尝试性研究,展示出本文发展的方法在处理工程实际问题中所具有的潜力和良好的应用前景。
【学位授予单位】:南京航空航天大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TP391.41

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前7条
1 马新建;谭俊杰;任登凤;;三维无网格法及其在超音速弹丸流场模拟中的应用[J];弹道学报;2010年03期
2 胡偶;赵宁;刘剑明;王东红;;基于有限体积格式的自适应笛卡尔网格虚拟单元方法及其应用[J];空气动力学学报;2011年04期
3 蒲赛虎;陈红全;;处理动边界问题的无网格/直角网格混合算法[J];南京航空航天大学学报;2010年04期
4 蒲赛虎;陈红全;;模拟存在运动激波流场的无网格自适应算法[J];航空计算技术;2012年05期
5 蒲赛虎;陈红全;;面向粘性流动问题的无网格/直角网格混合算法研究[J];空气动力学学报;2013年06期
6 蒲赛虎;陈红全;;一种基于三阶WENO重构的无网格算法研究[J];空气动力学学报;2014年04期
7 卓长飞;武晓松;封锋;邓寒玉;;基于无网格算法的化学非平衡流数值模拟[J];推进技术;2014年02期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 孙顺凯;流体力学方程与扩散方程有限点方法的若干研究[D];中国工程物理研究院;2010年
2 马新建;最小二乘无网格法的改进及其拓展应用研究[D];南京理工大学;2012年
3 周星;含动边界复杂非定常流动的无网格算法研究[D];南京理工大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 伍贤洪;基于自适应的EFG法连续体结构拓扑优化研究[D];湘潭大学;2011年
2 胡丽燕;基于预处理方法的流动数值模拟研究[D];南京航空航天大学;2011年
3 涂红艳;自适应伽辽金法在结构拓扑优化中的进一步研究[D];湘潭大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张伟星,庞辉;弹性地基板计算的无单元法[J];工程力学;2000年03期
2 陈建,吴林志,杜善义;采用无单元法计算含边沿裂纹功能梯度材料板的应力强度因子[J];工程力学;2000年05期
3 倪国喜;王瑞利;林忠;;无网格方法中粒子分布与自适应研究[J];计算物理;2006年04期
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 成娟;非结构网格粘性流动计算研究[D];南京航空航天大学;2001年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 张飞,汪继文;一维溃坝问题的间断Galerkin方法[J];安徽大学学报(自然科学版);2005年02期
3 孙小军;焦建民;何俊红;;解优化问题的遗传加速信赖域搜索算法[J];安徽大学学报(自然科学版);2008年03期
4 张家昕;段复建;;一种结合NCP函数的SQP滤子新算法[J];安徽大学学报(自然科学版);2010年05期
5 张寅秋;胡忠玉;王祖元;崔鹏;;水煤气水洗塔填料层高度计算模型的简化[J];安徽化工;2010年05期
6 高洪;孟舒;查为民;李玲纯;张海涛;;6-3-3并联机构物理样机结构优化[J];安徽工程大学学报;2011年03期
7 张伟星;正交各向异性薄板计算新方法[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2000年02期
8 张伟刚;;弹性地基上钢筋混凝土板计算新方法[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2006年02期
9 张伟刚;;钢筋混凝土板分析的边界无单元法[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2006年03期
10 任学军;;改进型无网格Galerkin法与有限元法的耦合及其应用研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2010年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘钰;韩峰;董楠;陆希成;雷鸣;;爆炸容器安全概率的统计分析方法[A];全国危险物质与安全应急技术研讨会论文集(下)[C];2011年
2 姚智颖;刘冬;;基于Kazakov线性化的迭代滤波[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
3 陈会勇;陈宗海;;主动轮廓线模型的算法综述[A];'2003系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2003年
4 魏德洲;高淑玲;刘文刚;;矿石旋流分选技术研究进展[A];2009中国选矿技术高峰论坛暨设备展示会论文[C];2009年
5 姚海祥;;基于非参数估计方法和CARA效用函数的投资组合选择[A];第十三届中国管理科学学术年会论文集[C];2011年
6 边祖光;王亚明;陈伟球;;Winkler地基上功能梯度材料矩形厚板的自由振动[A];第十届全国结构工程学术会议论文集第Ⅲ卷[C];2001年
7 王杰光;肖明贵;刘宝臣;;滑动最小二乘近似函数的拟合特性及其应用[A];第十一届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ卷[C];2002年
8 陈红全;马志华;;显式与隐式无网格算法及其应用研究[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(下)[C];2005年
9 李琼;周进雄;张智谦;邹玮;;Lagrangian RKPM方法在非线性结构大变形分析中的应用[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(下)[C];2005年
10 谢素明;李晓峰;兆文忠;李娅娜;;CAE建模与工程验证[A];首届中国CAE工程分析技术年会暨2005全国计算机辅助工程(CAE)技术与应用高级研讨会论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 陈艺冰;多介质流体力学计算的GKS方法研究[D];中国工程物理研究院;2010年
2 孙顺凯;流体力学方程与扩散方程有限点方法的若干研究[D];中国工程物理研究院;2010年
3 郑兴;SPH方法改进研究及其在自由面流动问题中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 谭佳琳;粒子群优化算法研究及其在海底地形辅助导航中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 张忠;固体炸药冲击起爆的物质点法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 解学参;吊舱推进器推进及空泡性能的数值模拟[D];哈尔滨工程大学;2009年
7 顾璇;近地/海运动过程中的空气动力学分析[D];哈尔滨工程大学;2009年
8 王忠义;船用燃气轮机排气引射装置性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 陈得宇;基于MAS的智能电压控制系统研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 付天光;逐孔起爆技术应用基础研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张小亮;非线性规划的信赖域算法[D];河南理工大学;2010年
2 侯建军;高温矿井热环境数值模拟及热害控制技术研究[D];河南理工大学;2010年
3 崔凯华;高能炸药冲击起爆数值模拟[D];中国工程物理研究院;2010年
4 罗婷婷;飞机钣金叠板数控套裁下料软件系统的研究[D];南昌航空大学;2010年
5 韩福冬;再生混凝土基本力学性能的数理统计分析和可靠度研究[D];山东科技大学;2010年
6 苏超;变压吸附管道流体动力学特性研究[D];山东科技大学;2010年
7 徐芳芳;优化问题的PVD算法研究[D];山东科技大学;2010年
8 朱耿峰;支持向量机在冲击地压预测模型中的应用研究[D];山东科技大学;2010年
9 韩晓峰;高斯混合模型及在探测网络社区结构中的应用[D];山东科技大学;2010年
10 隋晓艳;有限点法在地下水稳定流模拟中的应用[D];辽宁师范大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 隋允康;杨德庆;;A NEW METHOD FOR STRUCTURAL TOPOLOGICAL OPTIMIZATION BASED ON THE CONCEPT OF INDEPENDENT CONTINUOUS VARIABLES AND SMOOTH MODEL[J];Acta Mechanica Sinica;1998年02期
2 龙凯;左正兴;;基于节点独立连续映射方法的变上限周长控制[J];北京理工大学学报;2009年04期
3 周培德,王文明;确定两个任意多边形的并的算法[J];北京理工大学学报;1998年01期
4 王肖钧,张刚明,刘文韬,周钟;弹塑性波计算中的光滑粒子法[J];爆炸与冲击;2002年02期
5 宋顺成,才鸿年;弹丸侵彻混凝土的SPH算法[J];爆炸与冲击;2003年01期
6 邓树升;耿继辉;谭俊杰;;高压储气罐泄漏喷射时冲击载荷数值计算[J];爆炸与冲击;2007年01期
7 耿继辉,许厚谦;加速弹丸诱导的非定常流场数值模拟[J];弹道学报;2001年04期
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9 代淑兰;许厚谦;孙磊;;含动边界的膛口流场数值模拟[J];弹道学报;2007年03期
10 马新建;谭俊杰;任登凤;;三维无网格法及其在超音速弹丸流场模拟中的应用[J];弹道学报;2010年03期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 郭正;包含运动边界的多体非定常流场数值模拟方法研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2002年
2 贾鹏彦;统一坐标系下多介质流体力学计算方法研究[D];中国工程物理研究院;2005年
3 曾清红;无网格数值模拟的并行算法及并行实现研究[D];中国科学技术大学;2006年
4 郭同庆;复杂组合体跨音速非定常气动力和颤振计算[D];南京航空航天大学;2006年
5 王兵;非结构动网格上的多介质流数值模拟方法研究[D];南京理工大学;2008年
6 代淑兰;复杂化学反应流并行数值模拟[D];南京理工大学;2008年
7 勇珩;辐射流体力学高精度的任意拉格朗日—欧拉方法研究[D];中国工程物理研究院;2008年
8 田书玲;基于非结构网格方法的重叠网格算法研究[D];南京航空航天大学;2008年
9 张辉;复杂流场数值方法研究及在炮口制退器设计中应用[D];南京理工大学;2009年
10 吴昊;有限点方法与数值激波不稳定研究[D];中国工程物理研究院;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘林华;汽车车架耐撞性分析及其结构优化设计研究[D];南昌大学;2011年
2 伍贤洪;基于自适应的EFG法连续体结构拓扑优化研究[D];湘潭大学;2011年
3 龚炜;无网格方法在偏微分方程数值解中的应用研究[D];南京航空航天大学;2002年
4 王波兰;二维非结构网格Euler方程的LU-SGS算法[D];南京航空航天大学;2003年
5 江兴贤;用无网格算法求解Euler/N-S方程[D];南京航空航天大学;2004年
6 孙迎丹;无网格算法研究[D];西北工业大学;2005年
7 刘彦红;基于非结构网格的斜爆轰波流场数值模拟[D];南京理工大学;2005年
8 谢昊;并行计算在CFD问题中的应用[D];四川大学;2005年
9 潘沙;预处理方法在全速度及化学非平衡流场数值模拟中的应用[D];国防科学技术大学;2004年
10 陈敏志;基于自适应有限元的结构拓扑优化法[D];河海大学;2006年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前9条
1 卓长飞;封锋;武晓松;;火箭燃气射流流场的无网格方法模拟[J];固体火箭技术;2014年01期
2 马新建;谭俊杰;蔡晓伟;周志超;王芳;;三维最小二乘无网格方法精度与误差分析[J];南京理工大学学报;2012年03期
3 伍贤洪;龚曙光;曾兴国;钟勇文;;积分背景网格对自适应EFG法拓扑优化的影响研究[J];计算力学学报;2012年05期
4 马新建;谭俊杰;蔡晓伟;;无网格法在三维复杂超音速流场模拟中的应用研究[J];计算力学学报;2013年01期
5 王园丁;谭俊杰;蔡晓伟;任登凤;;基于最小二乘无网格方法的大涡模拟研究[J];华中科技大学学报(自然科学版);2013年04期
6 胡偶;赵宁;刘剑明;;壁面函数在激波诱导分离流动中的应用[J];航空计算技术;2013年06期
7 张华杰;周建中;毕胜;宋利祥;;基于自适应结构网格的二维浅水动力学模型[J];水动力学研究与进展A辑;2012年06期
8 周建中;张华杰;毕胜;严凡;赵越;;自适应网格在复杂地形浅水方程求解中的应用[J];水科学进展;2013年06期
9 卓长飞;武晓松;封锋;邓寒玉;;基于无网格算法的化学非平衡流数值模拟[J];推进技术;2014年02期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 赵宁;胡偶;刘剑明;沈志伟;;可压缩流体自适应笛卡尔网格虚拟单元方法研究[A];第十六届全国流体力学数值方法研讨会2013论文集[C];2013年
2 吴伟;许厚谦;王亮;薛锐;;基于无网格方法的化学反应流场数值模拟[A];第十六届全国流体力学数值方法研讨会2013论文集[C];2013年
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 周星;含动边界复杂非定常流动的无网格算法研究[D];南京理工大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前6条
1 万莹;斜切角尾翼对弹箭滚转特性的影响研究[D];南京理工大学;2012年
2 金文佳;强制动边界问题的光滑粒子流体动力学研究[D];南昌大学;2012年
3 涂红艳;自适应伽辽金法在结构拓扑优化中的进一步研究[D];湘潭大学;2012年
4 钟勇文;基于EFG法的渐进结构拓扑优化研究[D];湘潭大学;2012年
5 周常荣;移动粒子法拓扑优化效率影响因素的研究[D];湘潭大学;2012年
6 王文杰;带大阻力环的火箭弹气动力特性研究[D];中北大学;2014年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 黄明恪;用非结构网格与欧拉方程计算复杂区域的二维流动[J];计算物理;1994年04期
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6 黄明恪;用非结构网格和欧拉方程计算多段翼型绕流[J];空气动力学学报;1997年03期
7 陈红全;隐式无网格算法及其应用研究[J];空气动力学学报;2002年02期
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10 周维垣,寇晓东;无单元法及其在岩土工程中的应用[J];岩土工程学报;1998年01期
【相似文献】
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2 吴艳花;陈洁群;;基于GIS的地价管理应用信息系统解决方案[J];沿海企业与科技;2009年07期
3 张栒;湛成伟;邓辉文;唐甘翌;;一种快速减法聚类算法[J];西南师范大学学报(自然科学版);2006年03期
4 来元,冯焕清,诸葛斌;一种用于表面重建的网格点生成算法[J];计算机工程与应用;2002年03期
5 王梅珍;王府梅;王善元;;基于网格的织物虚拟场景真实感模拟及计算机实现[J];东华大学学报(自然科学版);2006年06期
6 江志国;车竞;;基于网格面元法的高超声速飞行器性能分析[J];计算机仿真;2011年03期
7 欧莽;钦明皖;汪继文;;基于非结构三角网格的两种自适应技术研究[J];电脑知识与技术(学术交流);2006年35期
8 刘辉;彭滢;龚斌;代斌;魏代政;;网格环境下期权定价BSDE模型的并行实现[J];华中科技大学学报(自然科学版);2011年S1期
9 郭福成;;基于多级网格搜索的固定单站无源定位方法[J];信号处理;2008年06期
10 谢丹;;Illustrator CS3表现产品的质感[J];电脑知识与技术;2011年19期
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1 杨新颖;龚光红;王行仁;;CTDB地形数据库的多维信息可视化[A];'2008系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2008年
2 王元清;曾文平;朱小羽;贺东哲;;复杂空间管节点有限元网格的自动剖分算法[A];第三届全国现代结构工程学术研讨会论文集[C];2003年
3 李艳;李守先;余真;;Vicon程序模拟三维喷管的可行性探讨[A];计算流体力学研究进展——第十二届全国计算流体力学会议论文集[C];2004年
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7 张雪芬;陈东;邹春辉;陈怀亮;;格点化冬小麦发育期推算方法[A];中国气象学会2005年年会论文集[C];2005年
8 邵爱梅;邱崇践;;4DVAR中插值计算引发的不稳定性研究[A];中国气象学会2005年年会论文集[C];2005年
9 宋国杰;杨顶辉;陈亚丽;;求解声波和弹性波方程的简化近似解析离散化方法[A];中国地球物理学会第二十四届年会论文集[C];2008年
10 何长江;刘军;梁仙红;;三维弹塑性流体力学自适应欧拉方法研究[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
中国重要报纸全文数据库 前10条
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2 记者 陈湘萍;掌控地价走势 预测未来地价[N];南宁日报;2008年
3 本报记者 黄穗诚;广州公布土地使用权基准地价[N];广东建设报;2006年
4 易芳;规划总图PPS介绍[N];建筑报;2000年
5 张睿;穗首批限户型地块今日揭标[N];南方日报;2006年
6 张睿;先查基准地价 后计补交地价[N];南方日报;2007年
7 本报记者 黄穗诚;广州规范土地有偿使用[N];广东建设报;2005年
8 卢风华;广州土地有偿使用出新标准[N];中国国土资源报;2005年
9 田桂丹;二手非商品房交易补地价[N];房地产时报;2007年
10 穗房宣、边防军;广州基准地价实现“大一统”[N];中国房地产报;2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 査文舒;基于PEBI网格的油藏数值计算及其实现[D];中国科学技术大学;2009年
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3 徐小文;可扩展并行代数多重网格算法研究[D];中国工程物理研究院;2007年
4 黄玲;加权本质非振荡格式和快速扫描法和在行人流模型中的应用[D];中国科学技术大学;2008年
5 刘鑫;面向化学非平衡流的CFD并行计算技术和大规模并行计算平台研究[D];解放军信息工程大学;2006年
6 刘新儒;带边界约束的网格和曲面生成理论与方法研究[D];中南大学;2011年
7 王森铭;飞秒强激光场中双原子分子电离与解离动力学研究[D];大连理工大学;2006年
8 孙江龙;绕潜艇三维厚边界层计算和二维自由面波动研究[D];华中科技大学;2006年
9 姚彦忠;流体力学计算中网格优化方法研究[D];中国工程物理研究院;2007年
10 杨建中;复杂多曲面数控加工刀具轨迹生成方法研究[D];华中科技大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王伟;地学应用中的网格数据可视化[D];吉林大学;2013年
2 吕珍;基于OpenGL的流场数据可视化技术[D];武汉理工大学;2007年
3 杜宏云;测地自由曲线及其性质研究[D];南京航空航天大学;2008年
4 尹清波;基于激光网格标记的视觉坐标测量技术的研究[D];青岛大学;2004年
5 周义勇;脉搏图像化检测方法研究[D];兰州理工大学;2006年
6 左莹;基于高阶交错网格的有限差分地震波场数值模拟[D];长安大学;2009年
7 吴贺贺;基于非结构动网格技术及运动物面粘流场数值计算方法研究[D];江苏科技大学;2012年
8 党占威;基于空间剖分的网格特征恢复方法[D];浙江大学;2013年
9 张永华;叶轮机CFD网格生成[D];南京航空航天大学;2007年
10 石磊;基于Richardson外推法的CFD网格误差研究[D];华北电力大学(北京);2011年
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