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第1章 绪论 1

1.1 数字样机技术的概念 1

1.1.1 数字样机技术的定义 1

1.1.2 数字样机技术的相关概念 3

1.2 数字样机技术的流程与应用 3

1.2.1 数字样机技术的工作流程 3

1.2.2 数字样机技术的应用实例 4

1.3 高端数字样机的主要支撑技术 5

1.3.1 CAD数据转换 6

1.3.2 几何网格生成 6

1.3.3 大规模数据可视化 8

1.3.4 沉浸式设计平台 8

1.3.5 系统集成 9

参考文献 12

第2章 几何建模与网格生成 14

2.1 前处理技术和软件发展现状 16

2.2 高端数字样机的前处理模块 18

2.2.1 程序特点 18

2.2.2 程序架构 18

2.2.3 可视操纵 20

2.2.4 接口设计 21

2.2.5 程序实现 22

2.3 几何建模与处理 22

2.3.1 基于分层软件结构的几何引擎 22

2.3.2 连续曲面和离散曲面 24

2.3.3 虚拓扑 26

2.3.4 几何算法 26

2.4 网格单元尺寸定义 30

2.4.1 背景知识 30

2.4.2 手工尺寸定义 31

2.4.3 自动尺寸定义 33

2.5 网格生成基础算法 36

2.5.1 算法流程 36

2.5.2 数据结构 38

2.5.3 网格生成基础算法 38

2.6 高级网格生成算法 51

2.6.1 DRAGON混合网格生成 51

2.6.2 粘性混合网格生成 51

2.6.3 动网格生成 53

2.6.4 并行网格生成 55

2.7 网格生成算法的综合应用 61

2.8 结束语 64

参考文献 65

第3章 科学可视化与虚拟现实技术 72

3.1 概述 72

3.1.1 科学可视化 72

3.1.2 虚拟现实技术 74

3.2 基于纹理的矢量可视化 76

3.2.1 纹理法的研究进展 77

3.2.2 高通滤波改进纹理矢量可视化 78

3.3 基于特征的可视化和智能分析 85

3.3.1 基于特征的可视化 85

3.3.2 流场数据挖掘 87

3.3.3 基于特征的流场数据挖掘实例 92

3.4 可伸缩拼接显示墙技术 99

3.4.1 系统框架 101

3.4.2 基于集群的Sort-first并行绘制 104

3.4.3 基于计算机视觉的投影仪拼接方法 109

3.5 小型球幕显示技术 116

3.5.1 球幕投影系统架构 116

3.5.2 球幕几何校正方法 118

3.5.3 球幕校正投影渲染 122

3.6 人机交互技术 124

3.6.1 显示墙交互技术 124

3.6.2 力反馈交互 126

参考文献 128

第4章 高端数字样机的系统集成 135

4.1 概述 135

4.1.1 设计目标 135

4.1.2 设计原则 137

4.1.3 系统实现 138

4.2 体系结构 138

4.2.1 控制台 140

4.2.2 模块添加 141

4.2.3 模块协同 143

4.2.4 数据接口 143

4.3 主要功能模块 145

4.3.1 任务管理模块 147

4.3.2 辅助模块 149

4.4 讨论 150

参考文献 152

第5章 流体力学应用 154

5.1 基本控制方程与数值方法 155

5.1.1 控制方程 155

5.1.2 空间离散 156

5.1.3 时间离散 156

5.1.4 物理量重构 157

5.1.5 通量计算 158

5.2 动网格计算方法 159

5.2.1 移动网格的ALE算法 159

5.2.2 六自由度刚体运动方程与流场计算耦合求解 160

5.2.3 多体分离软件框架 163

5.3 飞行器设计与气动力热估算方法 163

5.3.1 设计方法 164

5.3.2 参数化成型 168

5.3.3 气动力／热估算 168

5.3.4 程序框架／流程图 174

5.4 高超声速飞行器的概念设计与估算 175

5.4.1 概念设计结果 175

5.4.2 估算算例 176

5.5 标准模型的数值验证 178

5.5.1 DLR-F6翼身组合体 178

5.5.2 双椭球模型 180

5.6 飞机翼型的流动控制与减阻的数值分析 184

5.6.1 后台阶模型流动控制数值模拟 184

5.6.2 NACA001 5翼型模型流动控制数值模拟 185

5.7 高速列车气动计算分析 188

5.7.1 强风条件下高速列车气动性能评估 189

5.7.2 高速列车过隧道、会车等典型非定常空气动力学效应研究 193

5.7.3 高速列车中的流致振动机理问题研究 198

5.8 飞行器多体分离计算分析 200

5.8.1 翼／架／挂载组合体分离计算 200

5.8.2 F16战斗机外挂物分离计算 204

5.8.3 类X43-A外形级间分离 206

参考文献 207

第6章 结构力学与多场耦合应用 211

6.1 结构动力学计算方法 212

6.1.1 结构运动方程 212

6.1.2 结构受迫振动数值分析方法 212

6.2 并行计算的效率和精度 215

6.2.1 并行计算效率测试 216

6.2.2 并行计算精度测试 219

6.3 典型结构的动力学计算分析 221

6.3.1 双曲线型冷却塔分析 221

6.3.2 汽车碰撞算例 222

6.4 飞行器气动弹性耦合分析 224

6.5 飞行器结构气动力热耦合分析 227

6.5.1 热结构动力学 227

6.5.2 蜂窝夹芯结构的热应力与热模态 230

6.5.3 飞行器多场耦合及防热分析 234

6.6 几何精确的NURBS有限元分析 238

参考文献 239

第7章 燃烧学应用 241

7.1 气态燃料燃烧过程的建模方法 243

7.1.1 多组分可压缩守恒方程 243

7.1.2 热力学／热化学属性 243

7.1.3 分子输运属性 245

7.1.4 燃烧代码中的制表处理 248

7.2 反应流的大涡模拟技术 249

7.2.1 滤波方程及亚格子模型封闭 250

7.2.2 动态增厚火焰模型 254

7.3 燃烧数值模拟的计算方法 257

7.3.1 非结构网格高阶计算格式简介 257

7.3.2 单元顶点型存储技术及控制方程离散 258

7.3.3 对流项处理方法之1：Lax-Wendroff离散格式 260

7.3.4 对流项处理方法之2：TTGC离散格式 261

7.3.5 粘性项处理方法 261

7.3.6 人工粘性和激波捕捉 262

7.3.7 并行燃烧模拟程序包 263

7.3.8 小结 264

7.4 经典燃烧实验的数值验证 264

7.4.1 一维预混火焰 264

7.4.2 二维对冲火焰 264

7.4.3 三维预混Bunsen火焰 266

7.4.4 三维非预混抬举火焰 268

7.5 航空发动机驻涡燃烧室的设计分析 269

7.5.1 带联焰稳流器驻涡燃烧室的设计 270

7.5.2 分析方法和参数设置 271

7.5.3 结果分析 272

7.5.4 小结 277

7.6 航空发动机低排放燃烧室的设计分析 277

7.6 RQL燃烧室几何结构 277

7.6.2 数值结果与分析 279

7.6.3 小结 281

7.7 支板型超燃冲压发动机的计算分析 281

7.7.1 几何模型和网格设计 281

7.7.2 化学反应机理 282

7.7.3 边界条件设置 282

7.7.4 冷态流场的数值模拟 282

7.7.5 燃烧流场的数值模拟 285

7.7.6 各向异性非结构网格自适应求解技术的应用 287

7.7.7 小结 289

7.8 激波诱导点火超燃冲压发动机的计算分析 289

7.8.1 HyShot发动机模型和几何尺寸 290

7.8.2 边界条件设置 290

7.8.3 模拟结果 290

7.8.4 小结 293

参考文献 293