重大件吊裝過程剛柔一體化仿真與控制方法研究

重大薄壁結構吊裝過程要求精確、平穩(wěn)和高效，以及吊裝過程的結構變形控制等要求帶來了吊裝場景規(guī)劃和吊裝過程控制上的諸多困難，本項目提出支持大型薄壁結構吊裝過程工藝規(guī)劃和過程控制的理論與方法，研究內容主要包括：重大件吊裝過程剛柔體系統(tǒng)動力學建模與求解方法；支持重大件吊裝過程的大型吊裝物變形實時計算的模型與求解方法；重大件吊裝過程的動力學與變形一體化快速求解方法；虛實場景同步的吊裝過程實時可視化監(jiān)控方法。項目經過近4年的研究工作，目前已全面完成了預定研究任務，達到立項目標。在項目研究工作中，提出了鋼繩-吊重-環(huán)境多體動力學建模與快速求解完整方法；建立了吊裝過程剛體動力學與薄壁結構變形求解一體化求解框架與求解方法；提出了一種基于動力學模型和數據融合的吊裝過程控制方法；建立了吊裝控制縮比試驗研究環(huán)境。項目研究過程中共發(fā)表論文5篇，獲得3項軟件著作權和1項發(fā)明專利。 2100433B

重大件吊裝過程受操作環(huán)境、吊裝對象和起重設備等因素影響，存在操作難度高、危險性大、難以精確快速定位等問題，目前的剛體動力學仿真方法和有限元類計算方法在精度和效率上均難以過程仿真和精確控制需求。本課題提出重大件吊裝過程的多體動力學與吊裝物變形一體化計算方法，并基于該方法提出虛實場景同步的吊裝過程實時可視化監(jiān)視與控制方法。主要包括：吊裝過程多體動力學與吊裝物變形一體化求解方法；柔性鋼繩與剛性吊裝物系統(tǒng)的動力學建模與快速求解方法；大型吊裝物吊裝過程實時變形計算的三角網格拉普拉斯變形法（TML）；基于虛實場景同步和Lyapunov控制論的吊裝過程監(jiān)控方法。通過建立仿真和實際試驗環(huán)境對理論和方法進行驗證和改進。課題的研究結果將為重大件吊裝仿真與工藝規(guī)劃、半實物的吊裝實時操作仿真、實際吊裝過程快速精確到達目標位置的操控參數求解提供理論基礎和方法支撐。

針對高拱壩在快速施工與建設管理中存在的關鍵科學問題，重點研究綜合考慮溫度控制、施工導流、結構型式、機械設備和澆筑能力等復雜約束條件下高拱壩的施工特征、施工系統(tǒng)分解協(xié)調全局優(yōu)化理論、施工全過程動態(tài)仿真與優(yōu)化理論以及施工動態(tài)實時控制理論。采用面向時間仿真和面向對象仿真相結合的思路，開展高拱壩施工過程與溫度應力耦合仿真計算分析研究；針對高拱壩施工過程的不確定性和經驗性強等特征，開展智能動態(tài)仿真與自適應動 2100433B

在現(xiàn)有計算機圖形學和數字聲音模擬技術基礎上，提出基于同一物理模型的三維聲象一體化仿真新概念。通過分析光與聲傳播相似性和差異，首次將時間因素引入傳統(tǒng)的光輻射度算法，使之從三維空間模型擴展為四維時空模型，既適用于視覺再現(xiàn)，又適用于聽覺再現(xiàn)，是一個可直接產生動畫效果的統(tǒng)一有效的方法，時間相關的輻射度算法使得聲象一體仿真建立在新的基礎上，有別于傳統(tǒng)將分離的聲象效果進行同步合成的方法。聲象一體化仿真將視覺仿真與聽覺仿真有機地結合起來，深化了現(xiàn)有的計算機仿真技術，把目前十分熱門的科學計算可視化研究方向拓展為科學計算可視化與可聽化。它最直接的應用領域是建筑聲學仿真及計算機動畫制作等。