本文關(guān)鍵詞：基于DEM與MBK耦合的CAE軟件改進(jìn)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：在實(shí)際工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，廣泛存在著的散粒物料，例如農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的大豆顆粒、玉米顆粒、小麥顆粒、化肥顆粒等；建筑材料中的土壤顆粒、巖石顆粒、混凝土顆粒等；醫(yī)療領(lǐng)域中的藥品顆粒等。這些顆粒在存在形式上往往不是單一或極少數(shù)存在的，而是以十分龐大的數(shù)量存在于我們的現(xiàn)實(shí)世界中，與我們的生產(chǎn)生活息息相關(guān)。對(duì)這些顆粒與其他介質(zhì)的力學(xué)分析和運(yùn)動(dòng)形態(tài)進(jìn)行研究通常采用離散元法，計(jì)算每個(gè)顆粒的運(yùn)動(dòng)形態(tài)，最終模擬整個(gè)顆粒系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)形態(tài)。 對(duì)于物體的運(yùn)動(dòng)形式，有平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)及平動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)的組合運(yùn)動(dòng)，這些運(yùn)動(dòng)都是一種簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)形式，而現(xiàn)實(shí)世界中存在更多的是一種不能用簡(jiǎn)單的公式表示的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，對(duì)這些具有復(fù)雜運(yùn)動(dòng)方式的物體或者機(jī)械部件進(jìn)行深入研究，有助于我們更好的理解現(xiàn)實(shí)世界。這些復(fù)雜運(yùn)動(dòng)不能與簡(jiǎn)單的平動(dòng)或者轉(zhuǎn)動(dòng)一樣，利用簡(jiǎn)單的物理運(yùn)動(dòng)規(guī)則和數(shù)學(xué)公式進(jìn)行分析，而是將這些具有復(fù)雜運(yùn)動(dòng)方式的機(jī)械部件抽象成一個(gè)多剛體系統(tǒng)，利用多剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)原理，建立多剛體系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程，通過求解多剛體系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程得到每一時(shí)步剛體位置、速度、加速度等運(yùn)動(dòng)信息，以此分析系統(tǒng)中各剛體的運(yùn)動(dòng)形式。 課題組所研制的基于DEM和MBK耦合軟件，實(shí)現(xiàn)了三維離散元法與多剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)的耦合計(jì)算。但是前期為了計(jì)算便捷，只實(shí)現(xiàn)了基于球顆粒的仿真計(jì)算，這樣操作的后果是軟件實(shí)用價(jià)值低，脫離農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，后期農(nóng)業(yè)機(jī)械部件的設(shè)計(jì)上存在很大的誤差，為了更接近生產(chǎn)實(shí)際，需要在顆粒種類上進(jìn)行進(jìn)一步的豐富，以非球顆粒如橢球、多球和超球等為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)離散元法和多剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)方法的耦合是十分必要的。 實(shí)際農(nóng)業(yè)中篩分等過程所涉及到的顆粒數(shù)目是極其龐大的，而利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程進(jìn)行模擬仿真時(shí)，若實(shí)現(xiàn)大規(guī)模顆粒數(shù)量的計(jì)算，則會(huì)導(dǎo)致計(jì)算時(shí)間過長(zhǎng)，計(jì)算性能偏低，在軟件功能已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的前提下，提高計(jì)算性能是當(dāng)前軟件開發(fā)過程中的重中之重，而多核處理器的出現(xiàn)為解決這一問題提供了一種比較新的方法，利用多核處理器的硬件條件，對(duì)應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)并行化處理是提高計(jì)算速度和性能的主要手段。此外，軟件開發(fā)過程中，同一功能的多次實(shí)現(xiàn)所帶來的重復(fù)工作是十分普遍的，同時(shí)也造成了許多人為的未知錯(cuò)誤，浪費(fèi)了大量的人力物力資源，對(duì)軟件的后期維護(hù)也是十分繁瑣的，而動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)資源的共享，多個(gè)應(yīng)用程序可以同時(shí)加載使用同一個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，實(shí)現(xiàn)不同功能模塊的獨(dú)立開發(fā)，減少了軟件開發(fā)的工作量，避免了人為的未知錯(cuò)誤，提高了軟件的質(zhì)量。 耦合軟件實(shí)現(xiàn)球顆粒的模擬仿真后，僅僅通過工作過程的播放來評(píng)價(jià)一個(gè)機(jī)械部件的性能是沒有說服力的，需要通過不同的分析標(biāo)準(zhǔn)，例如孔隙率、顆粒流量、篩分效率等統(tǒng)計(jì)量的定量分析，因此，在軟件中添加性能分析模塊是必要的，，通過性能分析的結(jié)果，評(píng)定當(dāng)前機(jī)械部件的設(shè)計(jì)是否合理，工作性能是否優(yōu)良。 本文介紹了離散元法的基本思想理論，介紹多剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)原理和求解過程，在球顆粒的基礎(chǔ)上，詳細(xì)探討了基于非球顆粒的離散元法與多剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)方法耦合的基本理論并給出具體實(shí)現(xiàn)方法，針對(duì)多剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算過程提出多核多線程并發(fā)計(jì)算的并行化算法，簡(jiǎn)單介紹了OpenMP標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的工作原理及配置方法，最后給出多剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算過程并行算法的具體實(shí)現(xiàn)過程。介紹了動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的創(chuàng)建方法和加載方法，實(shí)現(xiàn)了多剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算過程和離散元法與多剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)方法耦合計(jì)算過程的模塊化設(shè)計(jì)。在提高計(jì)算性能和計(jì)算速度方面，還實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用軟件由32位運(yùn)算平臺(tái)向64位運(yùn)算平臺(tái)的移植。最后，針對(duì)球顆粒篩分過程，設(shè)計(jì)添加了篩分統(tǒng)計(jì)分析模塊，對(duì)標(biāo)識(shí)機(jī)械部件篩分性能、機(jī)械部件與顆粒接觸碰撞等性能進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，評(píng)定機(jī)械部件是否符合實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要。 為了驗(yàn)證對(duì)軟件的改進(jìn)研究是否合理，對(duì)所有改進(jìn)的功能和重新添加的功能模塊進(jìn)行測(cè)試和實(shí)例驗(yàn)證，測(cè)試結(jié)果表明，改進(jìn)后的軟件可以實(shí)現(xiàn)基于非球顆粒的離散元法與多剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)方法的耦合功能，與球顆粒相比更貼近實(shí)際�；趧�(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)技術(shù)對(duì)多剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算過程和離散元法與多剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)方法耦合計(jì)算過程進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)后，可以實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能且不影響軟件中其他模塊的使用和修改，保證了計(jì)算效果并提高了軟件靈活性和代碼的封裝性，當(dāng)計(jì)算顆粒達(dá)到一定數(shù)目后，計(jì)算速度有了明顯提升。多剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算過程進(jìn)行并行化處理后，計(jì)算速度和CPU利用率與傳統(tǒng)串行程序相比有了一定程度的提高。此外，耦合軟件由32位運(yùn)算平臺(tái)移植到64位運(yùn)算平臺(tái)后，提高了計(jì)算精度和計(jì)算性能，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)資源的充分利用。此外，篩分統(tǒng)計(jì)模塊能夠?qū)崿F(xiàn)不同統(tǒng)計(jì)量的統(tǒng)計(jì)分析，將測(cè)試結(jié)果與仿真過程進(jìn)行比對(duì)，基本符合仿真要求，根據(jù)分析結(jié)果評(píng)定當(dāng)前機(jī)械部件的篩分性能。
【關(guān)鍵詞】：離散元法 多剛體運(yùn)動(dòng)學(xué) 非球顆粒 并行計(jì)算 動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù) 篩分統(tǒng)計(jì)
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TP332;O313.7
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第1章 緒論12-20
• 1.1 課題的提出及意義12-14
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及存在的問題14-18
• 1.2.1 三維離散元法14-15
• 1.2.2 多剛體動(dòng)力學(xué)15-16
• 1.2.3 動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)技術(shù)16-18
• 1.3 本文主要工作18-20
• 第2章 離散元法與多剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)方法耦合的改進(jìn)20-32
• 2.1 引言20
• 2.2 多剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)模型20-23
• 2.3 非球顆粒離散元法模型23-28
• 2.4 基于非球顆粒的耦合實(shí)現(xiàn)28-30
• 2.5 本章小結(jié)30-32
• 第3章 基于并行和模塊化技術(shù)的耦合軟件設(shè)計(jì)32-52
• 3.1 引言32
• 3.2 基于動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的耦合軟件設(shè)計(jì)32-42
• 3.2.1 基于動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的耦合功能簡(jiǎn)介33-34
• 3.2.2 動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的加載與釋放34-37
• 3.2.3 基于動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的耦合功能的實(shí)現(xiàn)37-42
• 3.3 多剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算過程的并行改進(jìn)42-46
• 3.3.1 OpenMP 的簡(jiǎn)單介紹42-44
• 3.3.2 多剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算過程的并行實(shí)現(xiàn)44-46
• 3.4 32 位運(yùn)算平臺(tái)向 64 位運(yùn)算平臺(tái)的轉(zhuǎn)換46-50
• 3.4.1 32 位運(yùn)算環(huán)境和 64 位運(yùn)算環(huán)境的比較46-47
• 3.4.2 32 位運(yùn)算平臺(tái)向 64 位平臺(tái)轉(zhuǎn)換的基本方法47-48
• 3.4.3 64 位運(yùn)算平臺(tái)的轉(zhuǎn)換48-50
• 3.5 本章小結(jié)50-52
• 第4章 篩分過程的統(tǒng)計(jì)分析52-70
• 4.1 引言52
• 4.2 篩分統(tǒng)計(jì)區(qū)域的設(shè)置52-56
• 4.2.1 篩分統(tǒng)計(jì)區(qū)域功能介紹52-55
• 4.2.2 篩分統(tǒng)計(jì)區(qū)域功能的實(shí)現(xiàn)55-56
• 4.3 篩分統(tǒng)計(jì)量的設(shè)置56-66
• 4.3.1 篩分統(tǒng)計(jì)量的定義56-60
• 4.3.2 篩分統(tǒng)計(jì)量算法與實(shí)現(xiàn)60-66
• 4.4 篩分過程的分析66-69
• 4.4.1 分析的功能介紹66-67
• 4.4.2 分析功能的實(shí)現(xiàn)67-69
• 4.5 本章小結(jié)69-70
• 第5章 軟件測(cè)試和實(shí)例驗(yàn)證70-86
• 5.1 引言70
• 5.2 非球顆粒的測(cè)試70-74
• 5.2.1 橢球顆粒的測(cè)試72-73
• 5.2.2 多球顆粒的測(cè)試73-74
• 5.3 基于動(dòng)態(tài)連接庫(kù)技術(shù)的軟件測(cè)試74-76
• 5.3.1 橢球顆粒的測(cè)試74-75
• 5.3.2 多球顆粒的測(cè)試75-76
• 5.4 多剛體系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)并行計(jì)算測(cè)試76-78
• 5.5 64 位運(yùn)算平臺(tái)計(jì)算測(cè)試78-80
• 5.6 篩分統(tǒng)計(jì)分析功能測(cè)試80-83
• 5.6.1 篩面上顆粒流體積的測(cè)試81
• 5.6.2 沿篩面長(zhǎng)度方向的平均速度的測(cè)試81-82
• 5.6.3 孔隙率的測(cè)試82
• 5.6.4 顆粒停留時(shí)間的測(cè)試82-83
• 5.6.5 通過質(zhì)量百分率的測(cè)試83
• 5.6.6 分配數(shù)的測(cè)試83
• 5.7 本章小結(jié)83-86
• 第6章 總結(jié)與展望86-88
• 6.1 全文總結(jié)86-87
• 6.2 工作展望87-88
• 參考文獻(xiàn)88-92
• 致謝92

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

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  本文關(guān)鍵詞：基于DEM與MBK耦合的CAE軟件改進(jìn)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：297717