检索结果-内蒙古大学图书馆

原子能科学技术 2023年第6期57卷 1253-1259页

作者：马锐垚邱睿武祯胡子仪戴甜甜郭烽赵文锐江年铭高丽蕾李君利清华大学粒子技术与辐射成像教育部重点实验室北京100084 清华大学工程物理系北京100084 北京应用物理与计算数学研究所北京100094 同方威视技术股份有限公司北京100084 中日友好医院放射肿瘤科北京100029 解放军总医院第六医学中心核医学科北京100048 北京永新医疗设备有限公司北京102206

核医学治疗中为了制定合理的治疗方案需要对患者进行个体化剂量评估。本研究通过计算患者的体素级剂量分布,对分化型甲状腺癌患者的^(131)I SPECT图像及CT图像进行了精准定量分析,利用体素S因子方法、直接蒙特卡罗方法和GPU蒙特卡罗方... 详细信息

核医学治疗中为了制定合理的治疗方案需要对患者进行个体化剂量评估。本研究通过计算患者的体素级剂量分布,对分化型甲状腺癌患者的^(131)I SPECT图像及CT图像进行了精准定量分析,利用体素S因子方法、直接蒙特卡罗方法和GPU蒙特卡罗方法计算了核医学患者体素级剂量分布。体素S因子方法相比于蒙特卡罗方法,在上呼吸道内部、肺部、骨骼等与水密度差异大的位置表现出剂量结果的差异,在肺和骨骼的最大差异达到40%,且在组织的交界处差异明显,在距离源分布较远位置的剂量相对于蒙特卡罗结果有一定低估。GPU蒙特卡罗方法与直接蒙特卡罗方法计算结果一致,并实现了400倍的加速比。综上所述,体素级剂量计算能获得亚器官区域和肿瘤区域的剂量不均匀分布,直接蒙特卡罗方法相比于体素S因子方法能够实现更精确的剂量计算,GPU程序能有效加速蒙特卡罗计算。

关键词：核医学剂量评估体素S因子方法蒙特卡罗方法

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医院中子照射器中子照射束流等效平面源研究

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核电子学与探测技术 2023年第4期43卷 844-855页

作者：毛朋成张紫竹贾清刚王嵩刘彤石斌张书峰肖刚北京应用物理与计算数学研究所北京100094 北京凯佰特科技有限公司北京102413 中国原子能科学研究院计量与校准技术重点实验室北京102413

为了在医院中子照射器上开展肿瘤硼中子俘获治疗(BNCT),需要为配套的治疗计划系统SERA研制等效中子源。在医院中子照射器全堆芯模型的基础上,利用蒙特卡罗方法围绕热束和超热束中子金箔活化实验开展模拟研究,评估了屏蔽准直结构和材料... 详细信息

为了在医院中子照射器上开展肿瘤硼中子俘获治疗(BNCT),需要为配套的治疗计划系统SERA研制等效中子源。在医院中子照射器全堆芯模型的基础上,利用蒙特卡罗方法围绕热束和超热束中子金箔活化实验开展模拟研究,评估了屏蔽准直结构和材料以及金箔活化实验中金箔、有机玻璃等结构材料对中子束流的影响,明确了准直孔道末端锂聚乙烯材料成分及形状等是对金箔活化实验结果影响较大的因素。在此基础上,开展了全堆芯蒙卡模拟,获得热束中子结果与实验结果平均偏差-1.74%;模拟的超热束中子结果与实验结果平均偏差6.14%。在此基础上制作了治疗计划系统SERA的源,模拟的超热束中子通量与全堆芯模拟结果小于10%。

关键词：硼中子俘获治疗医院中子照射器蒙特卡罗数值模拟治疗计划系统金箔活化实验等效平面源

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二维任意凸四边形网格的MoF界面重构解析算法

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北京理工大学学报 2021年第4期41卷 380-387页

作者：王成孔泽宇李涛贾祖朋北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081 北京应用物理与计算数学研究所北京100088

流体矩量(MoF)方法是近年来发展的一种分段线性网格重构方法,在多物质任意拉格朗日-欧拉(MMALE)方法中应用广泛.针对传统MoF方法在进行界面重构时采用迭代算法的低效问题,本文提出了一种针对凸四边形网格界面的解析解求法,代替传统的迭... 详细信息

流体矩量(MoF)方法是近年来发展的一种分段线性网格重构方法,在多物质任意拉格朗日-欧拉(MMALE)方法中应用广泛.针对传统MoF方法在进行界面重构时采用迭代算法的低效问题,本文提出了一种针对凸四边形网格界面的解析解求法,代替传统的迭代求解方法应用在传统的MoF方法之中,基于Fortran语言编写了数值仿真程序;典型计算算例的结果证明本文提出的新方法大幅提高了界面重构过程的效率.

关键词：任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法流体矩量(MoF)方法界面重构解析解

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一种预测湍流混合宽度的浮阻力模型

一种预测湍流混合宽度的浮阻力模型

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北京力学会第30届学术年会

作者：李玘祥张又升北京应用物理与计算数学研究所北京大学应用物理与技术研究中心计算物理全国整点实验室

界面不稳定性诱导的湍流混合广泛存在于自然科学问题与工程实际问题中,特别是重流体以常加速度加速轻流体产生的Rayleigh-Taylor （RT）混合,与冲击加速度驱动不同密度流体产生的Richtmyer-Meshkov （RM）混合。在描述湍流混合的物理量... 详细信息

界面不稳定性诱导的湍流混合广泛存在于自然科学问题与工程实际问题中,特别是重流体以常加速度加速轻流体产生的Rayleigh-Taylor （RT）混合,与冲击加速度驱动不同密度流体产生的Richtmyer-Meshkov （RM）混合。在描述湍流混合的物理量中,混合宽度是最重要的为物理量之一,因此对于混合宽度的预测尤为重要。总混合宽度h可以分为尖钉区混合宽度h与气泡区混合宽度h,实验数据表明RM混合总宽度的演化呈幂次率关系:h（t）～t,而尖钉与气泡区混合宽度会随不同的幂律演化:h（t）～t~(θ)。首先,我们利用自相似流动的统计剖面在自相似变换下不变的特点,以体积分数/质量分数/密度剖面中任一固定值所对应的位置来定义参考界面,从理论上推导出尖钉与气泡增长的幂次指数相等,并等于总混合宽度的幂次指数（θ=θ=θ）。在此基础之上,我们找到了可以同时适用于RT与RM混合的密度比无关的组分剖面,该剖面可以准确预测任意密度比下混合区平均体积分数的自相似剖面。最后,我们将密度比无关的组分剖面引入到浮阻力模型中,使得该模型不但可以精准预测经典的RT、RM混合宽度演化,还可以预测各种复杂加速度历史下的混合宽度演化。该研究加深了对RT和RM湍流混合机制的理解,进一步的提升了浮阻力模型的适用范围,使模型可用于工程实际问题中混合宽度演化的初步计算。

关键词： Rayleigh-Taylor Richtmyer-Meshkov 湍流混合幂次指数浮阻力模型

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低固溶镁-铝和铝-镁合金高压熔点的第一性原理模拟

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铸造技术 2023年第2期44卷 153-160页

作者：李丽婷高兴誉杨真咸家伟宋海峰北京应用物理与计算数学研究所计算物理重点实验室北京100088 北京科技大学应用物理研究所北京100083

以往虽然针对镁(Mg)、铝(Al)单质的高压熔化曲线开展了较多研究,但是对于Mg-Al和Al-Mg合金的高压熔化却鲜有报道。本工作结合固溶无序结构建模的相似原子环境(SAE)方法,以及熔点模拟的固液共存法,实现了低固溶合金高压熔点的第一性原理... 详细信息

以往虽然针对镁(Mg)、铝(Al)单质的高压熔化曲线开展了较多研究,但是对于Mg-Al和Al-Mg合金的高压熔化却鲜有报道。本工作结合固溶无序结构建模的相似原子环境(SAE)方法,以及熔点模拟的固液共存法,实现了低固溶合金高压熔点的第一性原理分子动力学模拟。在此基础上初步研究了2种低固溶Mg-Al和Al-Mg合金的高压熔点,这2种合金分别是AZ31B和LF6Al。计算发现,高压下LF6Al的熔化温度略低于Al的熔化温度,而AZ31B的熔化温度非常接近Mg的熔化温度。为后续深入研究组分变化对Mg-Al和Al-Mg合金高压熔点的影响规律奠定了基础。

关键词：低固溶合金高压熔点第一性原理分子动力学镁-铝合金铝-镁合金相似原子环境方法固液共存法

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一种中心型间断有限元MMALE方法

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空气动力学学报 2021年第1期39卷 25-36页

作者：卿芳蔚喜军赵晓龙邹世俊贾祖朋北京应用物理与计算数学研究所计算物理实验室北京100088 中国工程物理研究院研究生院北京100088

针对多介质可压缩流体动力学问题,提出了一种单元中心型二维MMALE(Multi-Material Arbitrary Lagrangian-Eulerian)方法。在拉氏步,流体力学方程组采用中心型间断有限元方法求解。对于混合网格,采用Tipton压力松弛模型更新物理量,用等... 详细信息

针对多介质可压缩流体动力学问题,提出了一种单元中心型二维MMALE(Multi-Material Arbitrary Lagrangian-Eulerian)方法。在拉氏步,流体力学方程组采用中心型间断有限元方法求解。对于混合网格,采用Tipton压力松弛模型更新物理量,用等参坐标法更新物质中心点坐标。界面重构采用一种健壮的MOF(Moment of Fluid)方法。在重映步提出了基于多边形相交的二阶积分守恒重映方法。该方法分为四个部分:多项式重构、多边形相交、积分和后验校正。多边形相交使用"剪裁投影"算法,显著降低了多边形相交算法的复杂度。后验校正是基于MOOD (Multi-dimensional Optimal Order Detection)限制策略,并做了一些改动以适应多介质的计算。数值算例表明,该方法具有二阶的精度和较好的鲁棒性。

关键词： MMALE方法间断有限元方法 MOF方法 “剪裁投影”算法后验校正

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Rayleigh-Taylor混合转捩中间歇因子的时空演化规律研究

Rayleigh-Taylor混合转捩中间歇因子的时空演化规律研究

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第十三届全国流体力学学术会议

作者：齐涵张又升何志伟许爱国北京应用物理与计算数学研究所计算物理全国重点实验室北京大学应用物理与技术中心

由界面不稳定性诱导的混合存在于惯性约束聚变等工程问题中,其中Rayleigh-Taylor（RT）不稳定性是影响聚变工程实践中混合演化的关键机制。目前工程数值模拟的主流方法—Reynolds averaged Navier-Stokes（RANS）方法无法准确捕捉RT混... 详细信息

由界面不稳定性诱导的混合存在于惯性约束聚变等工程问题中,其中Rayleigh-Taylor（RT）不稳定性是影响聚变工程实践中混合演化的关键机制。目前工程数值模拟的主流方法—Reynolds averaged Navier-Stokes（RANS）方法无法准确捕捉RT混合中混合转捩阶段的时空变化特征,影响了对工程最终聚变性能的评估。学术界对混合转捩的研究较少且局限于全局混合转捩判据,无法落地工程。但是,在航空领域,基于间歇因子—Y的RANS模型,能够很好地预测转捩的局域特征,而在RT混合中并没有Y的相关研究。为此,本文开展了RT混合的大规模数值模拟,并以Y为研究对象,开展了两方面工作。（1）对比了不同时刻拟涡能与湍动能的概率密度函数（PDF）分布,发现相比于湍动能,拟涡能的PDF随时间的变化更加符合前人的混合转捩准则（时间尺度转捩准则,基于外尺度雷诺数的最小湍流态）,因此本文选择使用拟涡能来提取Y。（2）基于流场数据提取了Y,并分析了Y的时空演化规律,以及Y与混合统计量的关系;具体如下:（a）基于不同时刻拟涡能的PDF,并结合结构函数划分阈值,从而识别不同时刻流场的湍流/非湍流区域,提取了不同时刻流场中的Y;（b）发现不同时刻Y空间分布的最大值Y的时间演化大致符合前人的全局转捩判据;（c）分析了Y的空间分布,发现不同时刻Y空间分布与不同层次的混合统计量存在同一定量关系。与前人的基于全局量的混合转捩判据不同,本文获取了表征局域转捩特征的Y,并成功使用Y刻画RT混合转捩过程,这为发展能够预测混合转捩的RANS模型奠定了基础。

关键词： Rayleigh-Taylor不稳定性混合转捩间歇因子

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不同晶粒度高纯铜层裂损伤演化的有限元模拟

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物理学报 2021年第20期70卷 107-115页

作者：林茜谢普初胡建波张凤国王裴王永刚宁波大学冲击与安全工程教育部重点实验室宁波315211 中国工程物理研究院流体物理研究所冲击波物理与爆轰物理重点实验室绵阳621900 北京应用物理与计算数学研究所北京100094

采用Voronoi方法构建了50,130和200μm三种晶粒度的高纯铜靶板,在晶界处随机预制损伤成核点,建立了平板撞击高纯铜靶板的二维轴对称计算模型,研究了晶粒度和加载应力对高纯铜层裂宏观力学响应和细观损伤演化的影响.基于自由面速度剖面... 详细信息

采用Voronoi方法构建了50,130和200μm三种晶粒度的高纯铜靶板,在晶界处随机预制损伤成核点,建立了平板撞击高纯铜靶板的二维轴对称计算模型,研究了晶粒度和加载应力对高纯铜层裂宏观力学响应和细观损伤演化的影响.基于自由面速度剖面特征分析,揭示了晶粒度和加载应力幅值对Pull-back速度回跳点位置、速度回跳斜率及回跳幅值的影响规律,论证了层裂强度与损伤区拉伸应力峰值相对应本质上表征微损伤早期长大临界应力;基于损伤演化云图特征分析,讨论了长大和聚集过程中微孔洞周围局域化塑性应变场的演变,揭示了晶粒度和加载应力对微孔洞聚集和应力松弛行为的影响.计算结果再现了层裂实验中材料内部的微孔洞长大、聚集的细观物理过程,进一步揭示其与宏观力学响应之间的内禀关系,这对认识层裂损伤演化机制和理论模型构建具有重要的意义.

关键词：层裂晶粒度数值模拟损伤演化

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基于机器学习原子势函数的原子动力学蒙特卡洛程序TensorKMC的优化

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计算机科学 2024年第9期51卷 23-30页

作者：刘人僪陈欣商红慧张云泉大连海洋大学信息工程学院辽宁大连116023 中国科学院计算技术研究所计算机体系结构国家重点实验室北京100190 北京应用物理与计算数学研究所北京100088

核反应堆压力容器是核电站中最重要的部件之一,在使用过程中通常会受到辐照损伤,这极大影响了其使用寿命,给核电站的安全带来隐患。原子动力学蒙特卡洛方法(AKMC)是研究材料辐照损伤的有效理论方法,可以与计算机数值模拟进行结合来研究... 详细信息

核反应堆压力容器是核电站中最重要的部件之一,在使用过程中通常会受到辐照损伤,这极大影响了其使用寿命,给核电站的安全带来隐患。原子动力学蒙特卡洛方法(AKMC)是研究材料辐照损伤的有效理论方法,可以与计算机数值模拟进行结合来研究压力容器的微结构演变。辐照损伤的材料存在缺陷,原子间相互作用建模时需要考虑非球对称相互作用,但TensorKMC在计算时并没有考虑到原子的角向作用。文中针对该问题,提出了一种包含角向相互作用、可以与TensorKMC的三重编码完美结合的指纹建模方法,并可利用多重度对角向指纹的计算过程进行化简。文中在TensorKMC程序中实现了该方法,测试结果显示角向指纹对势函数的精度有显著影响,最大角动量越高,势函数越精准,程序的模拟耗时也会显著增加。同时,也针对TensorKMC的原子势函数的激活函数开展了测试,结果表明梯度光滑的Softplus和SquarePlus相比初版TensorKMC所用的ReLU在拟合高维势能面时有明显的优势,在最大角动量较低时ReLU有性能优势,但随着最大角动量的增大,不同激活函数对总体模拟时间几乎无特别影响。因此,在实际研究中推荐使用梯度光滑的激活函数。

关键词：动力学蒙特卡洛原子指纹神经网络势

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基于平均密度剖面与质量守恒原理的改进浮阻力模型

基于平均密度剖面与质量守恒原理的改进浮阻力模型

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第十三届全国流体力学学术会议

作者：李玘祥张又升北京应用物理与计算数学研究所计算物理全国重点实验室北京大学应用物理与技术研究中心

Rayleigh-Taylor(RT)与Richtmyer-Meshkov(RM)湍流混合广泛存在于各类自然现象和工程问题中,准确预测其混合宽度演化具有重要的科学意义与工程价值。研究者将轻(重)流体侵入重(轻)流体的部分称为尖钉(气泡)混合区。基于势流理论发展而... 详细信息

Rayleigh-Taylor(RT)与Richtmyer-Meshkov(RM)湍流混合广泛存在于各类自然现象和工程问题中,准确预测其混合宽度演化具有重要的科学意义与工程价值。研究者将轻(重)流体侵入重(轻)流体的部分称为尖钉(气泡)混合区。基于势流理论发展而来的浮阻力模型被广泛用于该混合宽度的预测,但是先前模型仍具有较强的经验性与局限性。本文基于物理演化规律及约束改进了浮阻力模型,显著提升了其泛用性。首先,本文认为尖钉与气泡混合区的演化存在相互作用。为此,我们放弃先前模型中分别求解尖钉与气泡混合区演化的方法,转而单独建立包含惯性力、阻力、浮力项的气泡混合宽度演化方程。通过求解该方程得到气泡混合区宽度演化,然后利用质量守恒定理将尖钉区与气泡区演化关联。其次,在惯性力项的建模中需要知悉气泡混合区平均密度。为此,本文通过物理约束改进了先前的混合剖面理论,获得了任意密度比下的密度剖面与混合区平均密度。再次,以模型能够预测RM混合为约束,反解气泡区浮阻力方程确定阻力项的形式与阻力系数值。最后,考虑到气泡区演化的卷吸效应,本文在浮力项中引入待定浮力系数。利用RT混合在密度比趋于1时的渐近演化作为约束,反解出浮力系数的表达式。综合应用表明:当前模型在同一套模型系数下,不但可以准确预测任意密度比下常加速度与冲击加速度驱动的混合宽度演化,而且对一些复杂变加速度驱动的混合宽度演化问题仍有良好的预测能力。

关键词： Rayleigh-Taylor混合 Richtmyer-Meshkov混合质量守恒浮阻力模型

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