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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