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基于等几何分析的动态重分析方法研究及其应用

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目录

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第1章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 等几何分析方法理论及研究现状

1.3 重分析方法理论及研究现状

1.3.1 静态重分析方法及研究现状

1.3.2 动态重分析方法及研究现状

1.4 主要研究内容

第2章 等几何分析基本理论

2.1 非均匀有理 B 样条基函数

2.1.1 B 样条基函数及其性质

2.1.2 NURBS 基函数的构造

2.1.3 NURBS 几何模型的细化策略

2.1.4 NURBS 的裁剪与拼接算法

2.2 等几何结构力学分析

2.2.1 基于单片造型的等几何分析方法

2.2.2 基于拼接造型的等几何分析方法

2.2.3 等几何分析中重控制点的处理

2.2.4 等几何分析中的应力后处理

2.3 算例分析

2.4 小结

第3章 动态等几何重分析方法及其优化框架

3.1 静态等几何重分析求解器

3.1.1 组合近似法

3.1.2 独立系数法

3.2 动态等几何重分析求解器

3.2.1 Newmark-β 法

3.2.2 动态等几何重分析方法

3.2.3 效率提升

3.2.4 算例分析

3.3 动态等几何重分析辅助优化

3.3.1 基于动态等几何重分析的闭环优化框架

3.3.2 盾牌厚度优化

3.3.3 风力涡轮机叶片形状优化

3.4 小结

第4章 瞬态热传导等几何重分析方法及其应用

4.1 瞬态传热问题相关方程

4.2 瞬态热传导等几何重分析方法基本框架

4.3 数值算例

4.3.1 三维凹槽

4.3.2 L 型带孔支架

4.3.3 带孔散热板

4.4 小结

第5章 结论与展望

参考文献

致 谢

附录 A 攻读硕士学位期间发表的论文

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摘要

在几何产品由CAD模型转换为CAE模型时,通常采用传统的有限元方法对其进行网格划分,来近似地描述真实的几何形状。在产品的优化设计过程中,频繁地进行CAD模型与CAE模型之间的转换将会耗费大量的时间,使得整个设计分析过程效率低下。等几何分析利用样条技术进行离散分析,CAE模型直接继承于CAD模型,实现了二者的无缝集成。同时,为了避免对修正后的模型进行完整分析计算,引入了重分析技术,从求解层面提升计算的效率。本文的具体研究工作主要包括:  结合Newmark-β法,引入等几何分析和重分析,构建了动态等几何重分析方法。该方法可以有效地预测结构的动态响应,而不需要求解修正后结构完整的平衡方程。与目前流行的动态重分析方法相比,该方法具有更高的精度,可以求解更为复杂的结构,而不仅仅是简单的桁架或梁结构。同时,通过对数值算例的验证表明,问题的规模越大,计算效率就越高。此外,将提出的动态等几何重分析方法应用到优化问题中,提出了一个闭环优化框架,可以显著提高优化效率。通过两个工程优化算例的结果比对,验证了该方法的准确性与高效性。  在瞬态热传导问题中引入等几何分析和重分析,结合中心差分法提出了一种瞬态热传导等几何重分析方法。得益于等几何分析的样条平滑性,几何模型可以被准确地描述。同时,在迭代计算时,在每个迭代步都基于初始时刻的结果采用重分析技术进行计算,提升了迭代计算的效率。通过几个工程算例,验证了该方法在求解瞬态热传导问题时可以有效提高计算效率。

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