基于元胞自动机的有限单元法研究 被引量：2

1

作者 李成成 仲梁维 《中国水运（下半月）》 2016年第12期95-98,共4页

在对二维元胞自动机的基本原理与特点及平面有限单元法的原理进行简单介绍之后,探讨了基于二维元胞自动机的有限单元法的原理和方法。给出了具体的解题步骤,以平板的应力问题分析为例,进行了数值计算,给出了详细的计算步骤和结果。结果... 在对二维元胞自动机的基本原理与特点及平面有限单元法的原理进行简单介绍之后,探讨了基于二维元胞自动机的有限单元法的原理和方法。给出了具体的解题步骤,以平板的应力问题分析为例,进行了数值计算,给出了详细的计算步骤和结果。结果证明了基于二维元胞自动机的有限单元法原理的可行性。 展开更多

关键词 元胞自动机 有限单元法 节点元胞 多边形元胞

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元胞自动机法模拟Al-4.5mass% Cu枝晶生长 被引量：1

2

作者 吴强 杨湘杰 谢水生 《南昌大学学报（工科版）》 CAS 2008年第4期363-368,共6页

通过引入溶质再分配、溶质扩散、界面能各向异性和界面曲率,构建了描述合金凝固微观组织形态演变的2D元胞自动机模型。并用该模型研究了Al-4.5mass%Cu合金凝固过程中树枝晶长大过程。结果表明:该模型较好地描述了枝晶生长、晶间和枝晶... 通过引入溶质再分配、溶质扩散、界面能各向异性和界面曲率,构建了描述合金凝固微观组织形态演变的2D元胞自动机模型。并用该模型研究了Al-4.5mass%Cu合金凝固过程中树枝晶长大过程。结果表明:该模型较好地描述了枝晶生长、晶间和枝晶偏析。凝固过程中的溶质再分配直接影响着树枝晶的生长形貌和微观偏析形成。成份过冷是液/固界面失稳的主要原因,激发二次晶或三次晶产生。二次晶生长是相互竞争的过程,在成分过冷和曲率过冷作用下,二次晶根部溶质富集程度大,出现明显的"颈缩"。在枝晶生长过程中,枝晶间会形成小范围、高溶质浓度的孤立液体区域,形成晶间偏析或点偏析,树枝晶形貌对晶间偏析程度影响较大。在各枝晶臂上,先凝固部分溶质浓度较后凝固部分溶质浓度低,并且中心溶质浓度较边缘处溶质浓度低,形成枝晶偏析,枝晶偏析在枝晶的亚稳态生长阶段更显著。 展开更多

关键词 树枝晶生长 元胞自动机 有限体积法 微观偏析

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基于元胞自动机原理的LED基板热-力耦合解析 被引量：2

3

作者 龚惠锋 王安麟 +1 位作者 吴仁智 韩业鹏 《机械设计》 CSCD 北大核心 2006年第10期10-13,共4页

为了解决微小性结构设计问题中的可变边界条件和多物理场耦合效应的解析难题,提出了基于元胞自动机原理的热-力耦合规则和耦合解析方法。以LED基板热-力耦合现象为研究对象,通过基于元胞自动机原理的热-力耦合解析,得到LED基板温度、位... 为了解决微小性结构设计问题中的可变边界条件和多物理场耦合效应的解析难题,提出了基于元胞自动机原理的热-力耦合规则和耦合解析方法。以LED基板热-力耦合现象为研究对象,通过基于元胞自动机原理的热-力耦合解析,得到LED基板温度、位移及热应力耦合的数值结果,并与FEM解析结果比较,证明了方法的有效性。所提出的基于自组织原理的热-力耦合解析方法和思想,为复杂多物理场条件下的微结构工程设计提供了一个具有灵活性的性能解析途径。 展开更多

关键词 热-力耦合 元胞自动机 自组织规则 有限元

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基于元胞自动机的钻柱力学模型建立和求解

4

作者 庞东晓 刘清友 李斌 《石油机械》 北大核心 2007年第4期15-17,45,共4页

针对钻柱力学中的几何非线性问题和接触非线性问题的特点,利用元胞自动机的基本理论建立了基于元胞自动机的钻柱力学模型。在此基础上,给出几何非线性问题元胞单元法和接触非线性问题元胞单元法较详细的计算步骤。通过2个具体算例进行... 针对钻柱力学中的几何非线性问题和接触非线性问题的特点,利用元胞自动机的基本理论建立了基于元胞自动机的钻柱力学模型。在此基础上,给出几何非线性问题元胞单元法和接触非线性问题元胞单元法较详细的计算步骤。通过2个具体算例进行了数值试验,分析对比后对元胞自动机求解钻柱系统非线性问题的优点和存在的问题进行了讨论,提出进一步研究的方向。 展开更多

关键词 元胞自动机 元胞单元法 几何非线性 接触非线性 钻柱力学

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三维实体问题分析中的元胞单元法 被引量：10

5

作者 杨吉新 王乘 沈成武 《武汉理工大学学报（交通科学与工程版）》 北大核心 2004年第1期22-25,共4页

基于局部作用原理 ,借用有限元离散和插值技术 ,引入元胞自动机的演化思路 ,得到一种新的力学计算方法——元胞单元法 .它将结构的整体求解变成局域分析 ,通过力的局域间的不平衡传递达到最终的整体平衡 .它对计算机容量要求低 ,可形成... 基于局部作用原理 ,借用有限元离散和插值技术 ,引入元胞自动机的演化思路 ,得到一种新的力学计算方法——元胞单元法 .它将结构的整体求解变成局域分析 ,通过力的局域间的不平衡传递达到最终的整体平衡 .它对计算机容量要求低 ,可形成一种高度并行的算法 ,可望在大型结构和纳米力学的大规模模拟方面得到应用 .为探讨其适用性 ,将其用于三维实体问题分析 ,给出了元胞模型和计算步骤 ,进行了数值试验 。 展开更多

关键词 元胞单元法 元胞自动机 有限元法 三维实体

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元胞单元法 被引量：11

6

作者 杨吉新 王乘 沈成武 《固体力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2004年第2期203-207,共5页

介绍一种力学计算方法———元胞单元法 .它将结构的整体求解变成局域分析 ,通过力的局域间的不平衡传递达到最终的整体平衡 .它对计算机容量要求低 ,在大规模计算方面具有良好的前景 .同时 ,由于借用了元胞自动机的思想 ,可形成一种高... 介绍一种力学计算方法———元胞单元法 .它将结构的整体求解变成局域分析 ,通过力的局域间的不平衡传递达到最终的整体平衡 .它对计算机容量要求低 ,在大规模计算方面具有良好的前景 .同时 ,由于借用了元胞自动机的思想 ,可形成一种高度并行的算法 ,适用于未来并行机的要求 ,是一种有发展潜力的数值方法 ,可望在大型结构和纳米力学的大规模摸拟方面得到应用 .文中介绍了元胞单元法的基本原理 ,将其用于平面问题分析 ,进行了数值试验 ,给出了计算步骤和结果 ,并对其优点和存在的问题进行了讨论 . 展开更多

关键词 元胞单元法 元胞自动机 大规模计算 并行计算 有限元 材料本构关系 材料力学

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元胞单元法在花键分析中的应用 被引量：3

7

作者 杨吉新 沈成武 陈定方 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2003年第2期142-145,共4页

元胞单元法是一种新的力学计算方法,它将结构的整体求解变成局域分析,通过力的局域间的不平衡传递达到最终的整体平衡。它对计算机容量要求极低,在大型复杂结构的计算方面具有良好的前景。同时,由于借用了元胞自动机的思想,可形成一种... 元胞单元法是一种新的力学计算方法,它将结构的整体求解变成局域分析,通过力的局域间的不平衡传递达到最终的整体平衡。它对计算机容量要求极低,在大型复杂结构的计算方面具有良好的前景。同时,由于借用了元胞自动机的思想,可形成一种高度并行的算法,适用于未来并行机的要求,是一种富有发展潜力的新的数值方法。将该方法应用于卷板机花键的静力分析,以检验其实际应用的可行性。文中以直观的方式介绍了元胞单元法的基本原理,给出了详细的计算步骤和结果,探讨了方法的有效性,并对其优点和存在的问题进行了讨论。 展开更多

关键词 元胞单元法 花键分析 元胞自动机

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基于不规则元胞的主轴温度-结构场耦合热拓扑优化设计方法 被引量：2

8

作者 邓小雷 盛泽枫 +4 位作者 张江林 吕笑文 贺忠 王建臣 傅建中 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期23-32,共10页

为了适应复杂的几何形状,避免传统的规则矩形元胞不能均匀地覆盖设计区域的问题,实现主轴结构耦合场热拓扑优化设计,提出基于不规则元胞的混合元胞自动机法(HCAM)耦合场主轴热拓扑优化设计方法.该方法以数值传热学的相关理论为基础,用... 为了适应复杂的几何形状,避免传统的规则矩形元胞不能均匀地覆盖设计区域的问题,实现主轴结构耦合场热拓扑优化设计,提出基于不规则元胞的混合元胞自动机法(HCAM)耦合场主轴热拓扑优化设计方法.该方法以数值传热学的相关理论为基础,用三角形元胞来替代传统的矩形元胞,并引入局部网格细化的思想,在应力集中或应变急剧变化的区域实现局部元胞细化,使得整个结构的元胞尺寸自适应变化.通过案例对比分析验证了该方法的可行性,该方法可以有效地适应复杂结构形状、减少元胞单元和有限元网格的数量以及降低元胞单元与有限元网格之间映射的难度.利用不规则元胞的HCAM对主轴结构进行不同工况下的温度-结构场耦合热拓扑优化设计研究,最终获得的热拓扑优化构形结果不仅减少了主轴结构材料,而且改善了其热态特性. 展开更多

关键词 不规则元胞 主轴 混合元胞自动机法 温度-结构场耦合 拓扑优化 热拓扑设计

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并行元胞单元法 被引量：12

9

作者 杨吉新 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第1期97-100,共4页

在对元胞单元法的基本原理与特点进行简要介绍之后,探讨了元胞单元法的并行计算方法,给出了算法描述和解题步骤。以平面应力问题分析为例,进行了数值试验,给出了详细的计算步骤和结果。结果表明元胞单元法可形成一种高度并行的算法,适... 在对元胞单元法的基本原理与特点进行简要介绍之后,探讨了元胞单元法的并行计算方法,给出了算法描述和解题步骤。以平面应力问题分析为例,进行了数值试验,给出了详细的计算步骤和结果。结果表明元胞单元法可形成一种高度并行的算法,适用于未来并行机的要求,有望在大型结构和纳米力学的大规模摸拟方面得到应用。 展开更多

关键词 元胞单元法 元胞自动机 并行计算 大规模计算

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非线性元胞单元法初探 被引量：1

10

作者 杨吉新 王乘 《武汉理工大学学报》 CAS CSCD 2003年第9期32-35,共4页

将元胞单元法用于弹塑性问题分析 ,探讨其求解非线性问题的可行性 ,给出了详细的计算步骤 ,进行了数值试验 。

关键词 元胞单元法 弹塑性 元胞自动机 有限单元法

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从力矩分配法到元胞单元法

11

作者 杨吉新 张宝魁 曾彦 《武汉理工大学学报》 CAS CSCD 2004年第6期35-38,共4页

力矩分配法是结构力学中的一种渐近计算方法 ,一般只能用于连续梁或无侧移刚架的计算。研究表明 ,若将该方法中的力矩延拓为广义力 ,可得到一种能应用于任何杆系结构的广义力分配法。若在此基础上 ,再引用有限元离散技术 ,则可演化出一... 力矩分配法是结构力学中的一种渐近计算方法 ,一般只能用于连续梁或无侧移刚架的计算。研究表明 ,若将该方法中的力矩延拓为广义力 ,可得到一种能应用于任何杆系结构的广义力分配法。若在此基础上 ,再引用有限元离散技术 ,则可演化出一种有别于传统有限元法的新的数值计算方法——元胞单元法。在简要回顾经典力矩分配法之后 ,引申出广义力分配法和元胞单元法 ,以平面和空间刚架计算为例 ,描述了元胞单元法解题步骤和计算结果。 展开更多

关键词 力矩分配法 元胞单元法 元胞自动机 有限元

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元胞自动机-有限元法模拟碳当量元素对亚共晶球墨铸铁流动性的影响 被引量：1

12

作者 王金国 黄恺 +3 位作者 闫瑞芳 任帅 王志强 郭劲 《吉林大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期855-865,共11页

优化了元胞自动机-有限元法(CAFE)模拟球墨铸铁晶粒组织的参数系统。基于前期大量试验结果,对共晶晶粒的面形核参数和体形核参数进行了优化,并利用优化后的参数对不同碳、硅质量分数的球墨铸铁螺旋试样的流长和流股尖端的凝固组织进行... 优化了元胞自动机-有限元法(CAFE)模拟球墨铸铁晶粒组织的参数系统。基于前期大量试验结果,对共晶晶粒的面形核参数和体形核参数进行了优化,并利用优化后的参数对不同碳、硅质量分数的球墨铸铁螺旋试样的流长和流股尖端的凝固组织进行了模拟。在验证试验中,针对难以观测到的球铁共晶晶粒,采用构网算法实现了晶界建模,分别将得到的螺旋试样流长、Voronoi晶粒分布图与模拟结果进行对比。结果表明:在对亚共晶球铁试样进行增碳或增硅处理后,螺旋试样流股末端的晶粒得到了细化,试样流动性得到了提高。此外,模拟结果与试验验证结果的吻合度较高,证明可通过数值模拟评价试样的流动性。 展开更多

关键词 金属材料 亚共晶球墨铸铁 元胞自动机-有限元法 碳当量元素 合金流动性 构网算法 晶粒细化

原文传递

CA-FE法凝固组织数值模拟的应用研究进展 被引量：5

13

作者 付作鑫 谢明 +6 位作者 沈月 张吉明 杨有才 陈永泰 刘满门 王赛北 杨云峰 《材料导报（纳米与新材料专辑）》 EI CAS 2012年第2期154-158,共5页

论述了CA-FE(元胞自动机-有限元)法模拟金属材料凝固微观组织的原理及国内外的研究现状,提出了目前存在的问题和进一步的研究趋势,特别是应用到有色金属材料和贵金属材料的凝固微观组织的计算机模拟研究中。

关键词 元胞自动机-有限元法 凝固 组织 数值模拟

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CA法模拟各向异性和Gibbs-Thomson参数对枝晶生长的影响

14

作者 张俊婷 崔小朝 王宥宏 《中北大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2013年第2期204-207,212,共5页

基于溶质扩散和界面能的作用,考虑成分过冷、曲率过冷、界面能各向异性和界面扰动等因素,建立了单个枝晶的生长模型.应用该模型将有限体积法与元胞自动机相结合,对Al-4%wtCu合金的枝晶生长过程进行了计算机模拟研究.结果发现:界面能各... 基于溶质扩散和界面能的作用,考虑成分过冷、曲率过冷、界面能各向异性和界面扰动等因素,建立了单个枝晶的生长模型.应用该模型将有限体积法与元胞自动机相结合,对Al-4%wtCu合金的枝晶生长过程进行了计算机模拟研究.结果发现:界面能各向异性和Gibbs-Thomson参数对枝晶的形貌和生长速度有着重要影响,随着Gibbs-Thomson系数和各向异性强度的减小,枝晶臂沿优先生长方向出现分裂,且生长速度也随之减小. 展开更多

关键词 枝晶生长 元胞自动机 有限体积法

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基于CA-FE的双辊连铸纯铝凝固组织模拟 被引量：6

15

作者 陈守东 陈敬超 吕连灏 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第10期48-53,共6页

鉴于双辊薄带连铸等轴晶区半固态铸轧组织对产品性能的重要性,应用Procast软件中的CA-FE方法对工业纯铝在水冷钢辊连续铸轧中的凝固过程进行了模拟,建立了宏观温度场、浓度场和微观生长过程耦合的凝固组织模拟模型。以CA(Cellular Autom... 鉴于双辊薄带连铸等轴晶区半固态铸轧组织对产品性能的重要性,应用Procast软件中的CA-FE方法对工业纯铝在水冷钢辊连续铸轧中的凝固过程进行了模拟,建立了宏观温度场、浓度场和微观生长过程耦合的凝固组织模拟模型。以CA(Cellular Automaton)模型为基础,建立了晶粒生长过程的局部演变规则,在晶粒尺度上模拟了其凝固过程。应用建立的微观组织模型,研究了工艺参数对凝固组织的影响。模拟结果与实验结果基本吻合,检验了模型的正确性与适用条件。 展开更多

关键词 双辊连续铸轧 微观组织模拟 宏微观耦合模型 元胞自动机-有限单元法

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Al-Si合金凝固组织的三维模拟及预测 被引量：5

16

作者 张华 倪红卫 +2 位作者 陈光友 成日金 刘吉刚 《过程工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第S1期92-96,共5页

用有限元商业软件PROCAST中的CA-Fé模型,对不同工艺条件下Al-Si合金A104的凝固组织进行了三维模拟及预测,并进行了热态验证实验.研究结果表明,模拟结果与实验结果基本吻合,能够较为准确地反映出等轴晶和柱状晶的分布位置、比例和大... 用有限元商业软件PROCAST中的CA-Fé模型,对不同工艺条件下Al-Si合金A104的凝固组织进行了三维模拟及预测,并进行了热态验证实验.研究结果表明,模拟结果与实验结果基本吻合,能够较为准确地反映出等轴晶和柱状晶的分布位置、比例和大小;当浇注温度从903K增大到993K,铸件凝固组织中柱状晶比例由22%增大到45%,且晶粒组织明显变得粗大;当冷却强度从500W/(m2·K)增大到4000W/(m2·K),铸件凝固组织中柱状晶比例明显增大,由14%增大到38%. 展开更多

关键词 AL-SI合金 有限元 元胞自动机法 数值模拟 凝固组织

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基于CAFE法优化易切削钢9SMn28锰硫比 被引量：6

17

作者 王金龙 王福明 +1 位作者 李长荣 程慧静 《热加工工艺》 CSCD 北大核心 2009年第5期10-13,共4页

应用CAFE法,模拟了易切削钢9SMn28三维微观凝固组织及其结晶过程。模拟结果与实验结果吻合较好,模拟结晶过程与实际结晶过程相符。模拟优化了易切削钢9SMn28最佳的锰硫比,确定的最佳值为4.44,即锰为1.2wt%、硫为0.27wt%,并通过热力学计... 应用CAFE法,模拟了易切削钢9SMn28三维微观凝固组织及其结晶过程。模拟结果与实验结果吻合较好,模拟结晶过程与实际结晶过程相符。模拟优化了易切削钢9SMn28最佳的锰硫比,确定的最佳值为4.44,即锰为1.2wt%、硫为0.27wt%,并通过热力学计算分析了原因。 展开更多

关键词 元胞自动机-有限元模型 模拟 优化 锰硫比

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Al-Si合金凝固组织的数值模拟及预测 被引量：5

18

作者 陈光友 倪红卫 +3 位作者 张华 詹玮婷 成日金 刘吉刚 《铸造技术》 CAS 北大核心 2009年第1期48-52,共5页

建立有限元(Finite Element)和元胞自动机法(Cellular Automaton)相结合的宏微观耦合的CA-FE模型,模拟不同工艺条件下Al-Si合金的凝固组织,进行了热态验证实验。结果表明,模拟结果与实验结果基本吻合,能够较为准确地反映出等轴晶和柱状... 建立有限元(Finite Element)和元胞自动机法(Cellular Automaton)相结合的宏微观耦合的CA-FE模型,模拟不同工艺条件下Al-Si合金的凝固组织,进行了热态验证实验。结果表明,模拟结果与实验结果基本吻合,能够较为准确地反映出等轴晶和柱状晶的分布位置、比例和大小;随着浇注温度的提高,铸件凝固组织中柱状晶比例逐渐增大,且晶粒明显变得粗大;铸锭的凝固组织主要受铸模本身冷却能力的控制,而受外界的冷却强度影响不大,随着铸模厚度的增大,凝固组织中柱状晶比例逐渐增大。 展开更多

关键词 AL-SI合金 有限元 元胞自动机法 数值模拟 凝固组织

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72A帘线钢小方坯凝固组织的CAFE法模拟 被引量：6

19

作者 景财良 许志刚 +2 位作者 王郢 王新华 王万军 《铸造技术》 CAS 北大核心 2011年第6期849-853,共5页

采用元胞自动机(CA)-有限元(FE)耦合模型,模拟了某厂连铸参数下72A帘线钢小方坯的凝固组织,模型中加入了相变(l→γ→α)与电磁搅拌(EMS)对凝固过程的影响,随后通过此模型对该厂72A帘线钢最佳浇注温度进行了讨论。结果表明,由该模型模... 采用元胞自动机(CA)-有限元(FE)耦合模型,模拟了某厂连铸参数下72A帘线钢小方坯的凝固组织,模型中加入了相变(l→γ→α)与电磁搅拌(EMS)对凝固过程的影响,随后通过此模型对该厂72A帘线钢最佳浇注温度进行了讨论。结果表明,由该模型模拟得出的温度曲线、凝固组织与实际测量结果符合的好;综合考虑铸坯质量与生产顺行,在不改变现行连铸参数条件下,浇注温度需控制在1495℃左右为宜。 展开更多

关键词 72A帘线钢 元胞自动机-有限元法 相变 电磁搅拌 凝固组织

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成分对CAFE法凝固组织模拟计算的影响 被引量：3

20

作者 赵莉萍 李钊 +4 位作者 袁雪 贺建新 刘淑梅 窦文亚 李建超 《铸造技术》 CAS 北大核心 2015年第2期407-411,共5页

运用元胞自动机(CA)与有限元(FE)相耦合模型的ProCAST软件,模拟计算了Q345钢铸坯的凝固组织,比较了不同合金成分含量对凝固组织的影响。研究结果表明,综合考虑铸坯质量,在不改变边界条件与形核动力学参数的条件下,合金成分w(%)选取0.18C... 运用元胞自动机(CA)与有限元(FE)相耦合模型的ProCAST软件,模拟计算了Q345钢铸坯的凝固组织,比较了不同合金成分含量对凝固组织的影响。研究结果表明,综合考虑铸坯质量,在不改变边界条件与形核动力学参数的条件下,合金成分w(%)选取0.18C、1.60Mn、0.35Si为宜。 展开更多

关键词 Q345钢 元胞自动机-有限元法 合金元素含量 凝固组织

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