实时水体运动建模与空间参数自适应修正研究
发布时间：2020-12-05 10:42
在这个科技腾飞的时代,基于计算机的现实世界模拟技术对解决实际的工程以及科学问题有了越来越重要的角色。随着全球环境的变化,关于水的破坏性事件在自然界中时有发生,如溃坝事件、城市内涝事件、山洪泥石流事件等。为了避免这类事件对公众产生生命及财产的危害,相关从业人员渴求一种可以对水体运动进行预报预测预演的系统。水体运动模拟的核心则为水体运动模型的研究,虽然几十年来,学者们在相关领域已经取得丰硕的成果,但本文结合现有的研究成果,从不同的角度对水体运动模型的提出了想法与设计,为相关领域献计献策。本论文对水体运动的建模、空间参数的自适应修正进行了理论性研究,进一步在基于Direct Compute的GPGPU技术下对两者进行了算法与技术实现研究,最终通过实验对这三大部分的理论性及技术性进行了实验验证。主要的工作内容如下:1、阐述了论文选题的背景与意义,总结了水体运动模拟模型的国内外研究现状,提出本文对于水体运动模型及空间系数自适应修正、GPGPU并行算法的研究方案。2、提出并研究了新的水体运动模拟模型——短生命周期的水体长方体粒子模型。通过对基于格网方法及粒子方法的核心思想学习,结合两者对水体运动模...
【文章来源】：武汉大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：153 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
SPH中粒于运动状态计算示意图
和位畳信息，而它自己的运动受周围邻近的粒子共同作用。ＳＰＨ对水体的描述更??符合物理对水体的解释，而且可＾＾Ｊｌ对水体的各种不连续运动有着很好的模拟，因??此有很多学者对其展开了大量的研究和应用。图２－１展示了?ＳＨＰ中粒子运动状?．??态计算的示意图，图中ｄ为两个粒子的距离，ｉ？为计算目标粒子的受力半径，与??它距离超过受力半径的粒子将不会对它产生力的作用，Ｗ为距离相关的核函数。??在它受力半径内的栓子对它本身进行核插值计算，其插值公式如下：??Ｊｆｌ??場＝?平成，町?料）??Ｊ?Ｐ］??式中ｖ４（〇为粒子／的物理量，Ｗ、Ｐ分别为粒子的质量与密度。研究人员在利用??其对水体进行水体模拟时，也重点放在了核西数的选择上，包括高斯核函数、多??项式核函数等（见表２－１），边界条件通常用Ｌｅｎｎａｒｄ－化ｎｅｓ势ｗｉ’ｉｗ进行计??算。??＃?？??Ｑ。／。。入Ｓ??喔?１?６?？?？??〇?＼？＾?〇０〇〇／〇??。处ａ於。??０?０?扩０?ｊ?－??图２－１?ＳＰ
２．２．２模型中的属性更新??每一个水体长方体粒子在一个生命周期内将会影响四个属性格网的属性更??新。图２－４ａ展示了单个粒子在运动与集成两个阶段对属性格网影响的顶视图。??图中，将单个粒子所要影响的四个格网分别用字母公、Ｃ和Ｄ进行标记。在??循环开始时，在对应的格网＾上生成长方体粒子它的速度用字母进行标??记，下标，和，＋／表示循环次数。经过一个循环的时间间隔，水体长方体粒子Ａ??由原来的位置移动到Ａ巧位置，然后被格网的边界分割成四部分，用数字八厶??ｉ和■＾进行标记。在集成阶段，水体长方体粒子４对它所影响到的四个属性格??网厶公、Ｃ和公的属性贡献可Ｗ根据被格网边界分成的小格网八２、ｉ和￥在??总体格网所占据面积比进行计算。设公、Ｃ和Ｄ）定义为格网与格??网公、Ｃ和Ｄ的相交部分的面积，＆被定义为所设计的属性格网的面积，字??母ｅ用下标Ｓ，Ｃ和Ｄ标记用来表示对应格网或粒子的属性（例如，化巧来??表示格网或粒子＾的属性信息）
【参考文献】：
期刊论文
[1]国务院办公厅关于推进海绵城市建设的指导意见[J]. 建筑节能. 2015(11)
[2]通用图形处理器线程调度优化方法研究综述[J]. 何炎祥,张军,沈凡凡,江南,李清安,刘子骏. 计算机学报. 2016(09)
[3]沉水植物对河道曼宁系数影响的实验研究[J]. 马晓航,王文才,朱春申,李一平. 水动力学研究与进展A辑. 2015(01)
[4]面向路径优化的变分辨率栅格成本表面模型建模方法[J]. 刘震,余洋,李建松,肖少辉. 测绘学报. 2014(05)
[5]Numerical modeling of dam-break flood through intricate city layouts including underground spaces using GPU-based SPH method[J]. 吴建松,张辉,杨锐,DALRYMPLE Robert A.,HéRAULT Alexis. Journal of Hydrodynamics. 2013(06)
[6]自适应网格在复杂地形浅水方程求解中的应用[J]. 周建中,张华杰,毕胜,严凡,赵越. 水科学进展. 2013(06)
[7]洪水淹没分析中的自适应逐点水位修正算法[J]. 丁雨淋,杜志强,朱庆,张叶廷. 测绘学报. 2013(04)
[8]流体网络节点残量修正算法的改进[J]. 张婷婷,刘振侠,吕亚国. 航空工程进展. 2012(03)
[9]MODELING DAM-BREAK FLOOD OVER NATURAL RIVERS USING DISCONTINUOUS GALERKIN METHOD[J]. KHAN Abdul A.. Journal of Hydrodynamics. 2012(04)
[10]基于最小二乘法与最速下降法的综合衰减系数的率定[J]. 马常仁,徐得潜,周慧,李艳东. 水利科技与经济. 2012(01)
博士论文
[1]非均匀流条件下植被河道水力学特性与曼宁公式研究[D]. 徐卫刚.华北电力大学 2013
[2]溃坝洪水数学模型及水动力学特性研究[D]. 宋利祥.华中科技大学 2012
本文编号：2899325
【文章来源】：武汉大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：153 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
SPH中粒于运动状态计算示意图
和位畳信息，而它自己的运动受周围邻近的粒子共同作用。ＳＰＨ对水体的描述更??符合物理对水体的解释，而且可＾＾Ｊｌ对水体的各种不连续运动有着很好的模拟，因??此有很多学者对其展开了大量的研究和应用。图２－１展示了?ＳＨＰ中粒子运动状?．??态计算的示意图，图中ｄ为两个粒子的距离，ｉ？为计算目标粒子的受力半径，与??它距离超过受力半径的粒子将不会对它产生力的作用，Ｗ为距离相关的核函数。??在它受力半径内的栓子对它本身进行核插值计算，其插值公式如下：??Ｊｆｌ??場＝?平成，町?料）??Ｊ?Ｐ］??式中ｖ４（〇为粒子／的物理量，Ｗ、Ｐ分别为粒子的质量与密度。研究人员在利用??其对水体进行水体模拟时，也重点放在了核西数的选择上，包括高斯核函数、多??项式核函数等（见表２－１），边界条件通常用Ｌｅｎｎａｒｄ－化ｎｅｓ势ｗｉ’ｉｗ进行计??算。??＃?？??Ｑ。／。。入Ｓ??喔?１?６?？?？??〇?＼？＾?〇０〇〇／〇??。处ａ於。??０?０?扩０?ｊ?－??图２－１?ＳＰ
２．２．２模型中的属性更新??每一个水体长方体粒子在一个生命周期内将会影响四个属性格网的属性更??新。图２－４ａ展示了单个粒子在运动与集成两个阶段对属性格网影响的顶视图。??图中，将单个粒子所要影响的四个格网分别用字母公、Ｃ和Ｄ进行标记。在??循环开始时，在对应的格网＾上生成长方体粒子它的速度用字母进行标??记，下标，和，＋／表示循环次数。经过一个循环的时间间隔，水体长方体粒子Ａ??由原来的位置移动到Ａ巧位置，然后被格网的边界分割成四部分，用数字八厶??ｉ和■＾进行标记。在集成阶段，水体长方体粒子４对它所影响到的四个属性格??网厶公、Ｃ和公的属性贡献可Ｗ根据被格网边界分成的小格网八２、ｉ和￥在??总体格网所占据面积比进行计算。设公、Ｃ和Ｄ）定义为格网与格??网公、Ｃ和Ｄ的相交部分的面积，＆被定义为所设计的属性格网的面积，字??母ｅ用下标Ｓ，Ｃ和Ｄ标记用来表示对应格网或粒子的属性（例如，化巧来??表示格网或粒子＾的属性信息）
【参考文献】：
期刊论文
[1]国务院办公厅关于推进海绵城市建设的指导意见[J]. 建筑节能. 2015(11)
[2]通用图形处理器线程调度优化方法研究综述[J]. 何炎祥,张军,沈凡凡,江南,李清安,刘子骏. 计算机学报. 2016(09)
[3]沉水植物对河道曼宁系数影响的实验研究[J]. 马晓航,王文才,朱春申,李一平. 水动力学研究与进展A辑. 2015(01)
[4]面向路径优化的变分辨率栅格成本表面模型建模方法[J]. 刘震,余洋,李建松,肖少辉. 测绘学报. 2014(05)
[5]Numerical modeling of dam-break flood through intricate city layouts including underground spaces using GPU-based SPH method[J]. 吴建松,张辉,杨锐,DALRYMPLE Robert A.,HéRAULT Alexis. Journal of Hydrodynamics. 2013(06)
[6]自适应网格在复杂地形浅水方程求解中的应用[J]. 周建中,张华杰,毕胜,严凡,赵越. 水科学进展. 2013(06)
[7]洪水淹没分析中的自适应逐点水位修正算法[J]. 丁雨淋,杜志强,朱庆,张叶廷. 测绘学报. 2013(04)
[8]流体网络节点残量修正算法的改进[J]. 张婷婷,刘振侠,吕亚国. 航空工程进展. 2012(03)
[9]MODELING DAM-BREAK FLOOD OVER NATURAL RIVERS USING DISCONTINUOUS GALERKIN METHOD[J]. KHAN Abdul A.. Journal of Hydrodynamics. 2012(04)
[10]基于最小二乘法与最速下降法的综合衰减系数的率定[J]. 马常仁,徐得潜,周慧,李艳东. 水利科技与经济. 2012(01)
博士论文
[1]非均匀流条件下植被河道水力学特性与曼宁公式研究[D]. 徐卫刚.华北电力大学 2013
[2]溃坝洪水数学模型及水动力学特性研究[D]. 宋利祥.华中科技大学 2012
本文编号：2899325
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