【摘 要】
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本研究采用多尺度数值方法设计聚合物基颗粒/纤维夹杂复合材料,使其满足所需的力学性能.在微尺度上,通过粗粒化分子动力学(CGMD)方法调整聚合物硬段和软段比例及排序优化聚合物的储能模量和损耗模量;在细观尺度上应用扩展有限元方法(XFEM)进行复合材料的细观力学分析,该模拟中网格边界无须与材料内部夹杂界面重合,极大地提高了含复杂微结构材料的有限元模拟效率,使用该方法我们研究了聚合物基颗粒/纤维夹杂复合
【机 构】
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清华大学航天航空学院,北京100084
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本研究采用多尺度数值方法设计聚合物基颗粒/纤维夹杂复合材料,使其满足所需的力学性能.在微尺度上,通过粗粒化分子动力学(CGMD)方法调整聚合物硬段和软段比例及排序优化聚合物的储能模量和损耗模量;在细观尺度上应用扩展有限元方法(XFEM)进行复合材料的细观力学分析,该模拟中网格边界无须与材料内部夹杂界面重合,极大地提高了含复杂微结构材料的有限元模拟效率,使用该方法我们研究了聚合物基颗粒/纤维夹杂复合材料的静态及动态力学性能.在宏观尺度上,采用均一化方法根据细观力学结果建立新型复合材料的本构模型.
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研究了附加阻尼材料层的壳体结构在受到简谐激励作用时阻尼材料的最优分布问题.采用带有惩罚的人工阻尼材料模型构造了拓扑优化模型,优化目标是在给定阻尼材料用量的情况下最小化结构的动响应.由于结构呈现非比例阻尼特性,采用了降阶的状态空间内的复模态叠加法计算结构的稳态响应,并给出了伴随变量法动响应灵敏度分析的计算格式.拓扑优化算例验证了优化模型和方法的正确性和有效性.
基于三维质点法法程序MPM3D,通过减聚力模型描述材料失效界面的力学行为,发展了模拟延性断裂的有效工具.物质点法具有不需要固定网格连接的特性,相比有限单元法对模拟不连续问题具有较明显的优势.减聚力模型将断裂行为的描述引入到本构方程中,当材料应力达到阈值后破坏界面力通过减聚力模型卸载,可以考虑Ⅰ型、Ⅱ型以及Ⅰ型Ⅱ型混合失效.
报告首先介绍百亿亿次计算机硬件设计面临的挑战,接着探讨新型计算机体系结构下高效数值算法应具有的特征,然后讨论领域应用如何应对来自极大规模的算法方面的挑战,最后介绍一些我们在国产千万亿次超级计算机以及Titan上的大规模计算实践与经验.
介绍了这方面的最新研究进展,包括曲线网格上适合连续流域的高精度多维动理学格式的构造以及格式在可压缩湍流模拟中的应用.研究着重讨论了初场重构以及多维效应对格式精度的影响.研究结果表明了高阶动理学格式在可压缩流动精细模拟中的良好性能,为后续改进和优化工作奠定了基础.
提出了一种结构振动分析的新型超收敛等几何方法.其基本思想是通过构造高阶质量矩阵来提高结构振动频率的计算精度.文中证明高阶质量可以通过一致质量矩阵和缩减带宽质量矩阵的最优组合进行构造,其频率计算精度比传统的一致质量矩阵提高两阶,具有几何精确和超收敛的特点.系列典型算例验证了理论结果.
数值模拟在未知领域探索、物理本质认识等方面展现出巨大作用.随着科学问题的日益复杂,研发CAE软件有效地反应各种结果,重现多尺度下不同物理现象,已成为当前科学研究中亟待解决的问题.我国在计算力学程序开发方面做了诸多工作,但大多不具备良好的图形用户界面和便捷的功能拓展能力,难以形成通用性强、易被用户接受的高质量软件,计算力学软件市场仍被国外软件把持.我国为何研发不出优秀的商业有限元软件昵?
基于SEBSM,提出了一种求解超大型线性方程组的迭代求解法.该方法将系数矩阵分解为下矩阵和上矩阵两部分:下矩阵是迭代矩阵,沿主对角线具有一定的带宽,数据储存空间和迭代收敛速度完全由带宽来决定;上矩阵要比下矩阵有相当程度的小,在迭代中用于形成方程的右端项.由于在本方法中,所需数据储存空间只由所选带宽中的非零元素来决定,而不是由所有下矩阵中的非零元素决定,因此本文方法可以求解超大型工程问题形成的线性代
本文采用满足Kirchhoff假设的薄板理论,推导了各向同性材料系列解析试函数,并在杂交应力函数单元方法的基础上利用该系列解析试函数构造了一个显示格式的三角形厚薄通用板单元VR3H5.在单元构造过程当中,采用三角形面积坐标幂函数在三角形域内以及边界上的积分公式,从而避免了数值积分,给出了单元刚度矩阵的显式表达式,大大减少了计算量,提高了计算效率和精度.通过数值算例可以看出,上述方法构造出的单元具有
介绍了课题组在大尺度光测相机标定技术方面的一些研究工作,主要包括:(1)针对室外大视场近地光测中无法布设空间合理分布标定控制点的情况,基于近地面控制点,在相机位置与标定控制点基本共面分布条件下对相机参数进行标定.在无人机光测助降等光测任务中成功应用;(2)针对室外多相机组网对空中目标进行光测中,无法在相机测量视场中布设标定控制点的情况,通过与测量相机固连副相机,并对测量相机与副相机间的相对外参数进
精确解可以精确满足微分方程和边界条件,不但有重要的理论价值而且计算效率很高,可以作为校核数值方法和解析近似方法结果的基准,可以直观地显示出计算结果对结构设计参数的影响.在板的精确解方面,薄板的精确解被广泛研究,而且已经被熟知.薄板理论忽略了剪切变形和转动惯量,因此高估了固有频率和屈曲载荷、低估了弯曲变形,在薄板的高频振动、弹性模量比较大的复合材料板、石英晶体板的厚度剪切振动等问题中必须考虑剪切变形