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强激光与粒子束 2022年第6期34卷 72-77页

作者：沈硕郝建红张芳赵强范杰清董志伟华北电力大学电气与电子工程学院北京102206 北京应用物理与计算数学研究所北京100094

氢原子束在大气传输时,束流粒子与大气粒子碰撞电离形成的大气剥离效应,以及和大气剥离产生次级粒子碰撞电离形成的自剥离效应,是造成氢原子束能量损失的重要机制。考虑到自剥离效应成因复杂,虽然目前已有一些理论方面的研究结果,但对... 详细信息

氢原子束在大气传输时,束流粒子与大气粒子碰撞电离形成的大气剥离效应,以及和大气剥离产生次级粒子碰撞电离形成的自剥离效应,是造成氢原子束能量损失的重要机制。考虑到自剥离效应成因复杂,虽然目前已有一些理论方面的研究结果,但对其发生机理和对束流损失效果尚未有实验或数值模拟方面的工作,因此,通过对自剥离效应的发生机理和对束流损失的影响进行分析,进一步完善了自剥离效应理论,在通过束流传输方程验证了粒子云网格-蒙特卡罗法对氢原子束大气传输仿真模拟适用的基础上,将仿真结果与自剥离理论进行了对比,验证了自剥离效应理论的适用性。模拟结果表明,自剥离效应是由束流被大气电离产生的带电次级粒子团在地磁场的影响不停地穿越束流导致的,且自剥离效应的强弱与原子束的密度有关,束流密度越大,自剥离效应越强,对束流的影响越大。

关键词：中性束大气长程传输自剥离效应蒙特卡罗方法

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面向高性能工业仿真的交互可视分析引擎

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计算机辅助设计与图形学学报 2021年第12期33卷 1803-1810页

作者：曹轶王华维夏芳张哲艾志玮吴付坤曹斯铭北京应用物理与计算数学研究所北京100094 中物院高性能数值模拟软件中心北京100088

针对大规模仿真数据对仿真设计分析造成的前后连贯交互力弱、可视交互力低的问题,提出一个面向高性能工业仿真的交互可视分析引擎.首先构建可高效耦合几何模型和计算网格的三维混合数据模型;然后提出面向前后连贯仿真设计的并行可视分... 详细信息

针对大规模仿真数据对仿真设计分析造成的前后连贯交互力弱、可视交互力低的问题,提出一个面向高性能工业仿真的交互可视分析引擎.首先构建可高效耦合几何模型和计算网格的三维混合数据模型;然后提出面向前后连贯仿真设计的并行可视分析流程;最后通过体网格外表面提取的图元数据轻量化方法,耦合GPU真实感绘制,以支撑实时高质量的仿真设计与分析.该引擎已集成到国产航空发动机仿真软件中,结果表明,可流畅地支持大规模仿真应用的设计分析,Trent-1000发动机模型数千万非结构网格的一键导入交互性能高出ANSYS商业软件8倍以上.

关键词：可视化计算机辅助工程高性能计算实时交互

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卷积神经网络辅助无机晶体弹性性质预测

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物理学报 2025年

作者：刘宇杰王振宇雷航张国宇咸家伟高志斌孙军宋海峰丁向东西安交通大学金属材料强度全国重点实验室材料科学与工程学院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

无机晶体材料因其优异的物理和化学特性，在多个领域展现出广泛的应用潜力。弹性性质（如体积模量和剪切模量）对预测材料的电导率、热导率及力学性能具有重要作用，然而，传统实验测量方法存在成本高、周期长等问题。随着计算方法的进... 详细信息

无机晶体材料因其优异的物理和化学特性，在多个领域展现出广泛的应用潜力。弹性性质（如体积模量和剪切模量）对预测材料的电导率、热导率及力学性能具有重要作用，然而，传统实验测量方法存在成本高、周期长等问题。随着计算方法的进步，理论模拟逐渐成为独立于实验的研究方法。近年来，基于图神经网络的机器学习方法在无机晶体材料的弹性性质预测中取得了显著成果，尤其是晶体图卷积神经网络（CGCNN）在材料数据的预测和扩展方面表现出色。本研究利用从Matbench v0.1数据集中收集的10,987个材料的体积模量和剪切模量数据，训练了两个CGCNN模型，基于预训练的模型成功实现了对80,664个无机晶体结构弹性模量的预测。为保证数据质量，筛选了材料电子带隙在0.1至3.0 eV之间，并去除了含有放射性元素的化合物。预测数据来源于两个主要数据集：一是从Materials Project数据库中筛选出的54,359个晶体结构，构成MPED弹性数据集；二是Merchant等通过深度学习和图神经网络方法发现的26,305种晶体结构，构成NED弹性数据集。最终，本研究预测了80,664种无机晶体的体积模量和剪切模量，丰富了现有的材料弹性数据资源，并为材料设计提供了更多的数据支持。本文数据集可在科学数据银行中访问获取:https://***/s/N3QF7v。

关键词：无机晶体材料弹性模量机器学习

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Aardvark辐射流体程序对多驱动源高能量密度流体的数值模拟研究

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计算物理 2024年

作者：廖棱锐刘浩杨咏乐莫崇杰陈良文张晟程锐张平康炜北京大学工学院及北京大学应用物理与技术研究中心湖南大学物理与微电子科学学院北京计算科学研究中心中国科学院近代物理研究所北京应用物理与计算数学研究所

高能量密度条件下的物质状态与流体动力学对高能量密度科学与惯性约束聚变的研究十分重要。考虑到实验方法的难度大、成本高且探测手段有限，使用辐射流体力学数值模拟的方法来进行研究并辅助实验的设计与开展，是一个不可或缺的途径。... 详细信息

高能量密度条件下的物质状态与流体动力学对高能量密度科学与惯性约束聚变的研究十分重要。考虑到实验方法的难度大、成本高且探测手段有限，使用辐射流体力学数值模拟的方法来进行研究并辅助实验的设计与开展，是一个不可或缺的途径。近年来高能量密度物理的集成实验亟须一套公开的多用途辐射流体数值模拟程序。针对这一迫切需求，编写了一套多用途模块化一维高可压缩辐射流体力学计算模拟C/C++程序Aardvark，可用于高能量密度物理领域中强流重离子束、强电流Z 箍缩、激光与黑腔辐射等多驱动源流体或等离子体的多物理场预测。采用Aardvark程序对典型多驱动源高能量密度条件下的应用场景进行了数值研究。

关键词：高能量密度物理辐射流体力学状态方程 Z箍缩重离子束

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二维球坐标系中子输运方程的一种并行SN算法

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计算物理 2022年第2期39卷 143-152页

作者：蔡颖张存波刘旭范征锋刘元元徐小文张爱清北京应用物理与计算数学研究所北京100094 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 中物院高性能数值模拟软件中心北京100088 北京大学应用物理与技术研究中心高能量密度物理数值模拟教育部重点实验室北京100871

针对二维球坐标系下中子输运方程的SN算法,提出基于(单元,方向)二元组的有向图模型,在已有的基于有向图的并行流水线算法基础上,设计粒度可控多级并行SN算法。其中,采用区域分解和并行流水线相结合的方式挖掘空间-角度方向的并行度,提... 详细信息

针对二维球坐标系下中子输运方程的SN算法,提出基于(单元,方向)二元组的有向图模型,在已有的基于有向图的并行流水线算法基础上,设计粒度可控多级并行SN算法。其中,采用区域分解和并行流水线相结合的方式挖掘空间-角度方向的并行度,提出能群流水并行方法,并通过设置合适的流水线粒度来平衡有向图调度、通信和空闲等待开销。实验结果表明:该算法可以有效地求解二维球坐标系下的中子输运方程。在某国产并行机1920核上,对于96万网格、60个方向、24能群、数十亿自由度的典型中子输运问题,获得了71%的并行效率。

关键词：中子输运方程源迭代SN算法有向图并行算法

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适用于光厚、强散射介质的SN方程快速求解策略

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核动力工程 2021年第1期42卷 217-223页

作者：李志鹏程汤培杨超中物院高性能数值模拟软件中心北京100088 北京应用物理与计算数学研究所北京100088

为实现反应堆大厂房屏蔽问题的快速计算,需要建立一种能够尽可能减少数值负注量率、保证迭代格式的线性特性、同时能够在较大的网格内取得良好精度、计算量较小的离散纵标方法(SN)空间离散格式。本研究基于单群SN固定源输运方程的空间... 详细信息

为实现反应堆大厂房屏蔽问题的快速计算,需要建立一种能够尽可能减少数值负注量率、保证迭代格式的线性特性、同时能够在较大的网格内取得良好精度、计算量较小的离散纵标方法(SN)空间离散格式。本研究基于单群SN固定源输运方程的空间解析解,采用解析基函数展开方法实现SN空间离散;为了提高计算效率,采用权重系数方法,避免单个网格内大量的指数运算;研究高阶源项的计算方法,提高数值计算精度;最后基于Krylov子空间方法实现自散射源项的快速迭代计算。数值结果表明该方法可在材料区域较为均匀的光厚介质中取得较大的优势,可用于反应堆大厂房屏蔽问题的快速计算。

关键词： SN方法离散格式屏蔽计算

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超强激光场中氘氚核聚变截面研究进展

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计算物理 2022年第2期39卷 127-142页

作者：吕文娟吴斌兵刘士炜段皓刘杰中国工程物理研究院研究生院北京100193 北京计算科学研究中心北京100193 北京应用物理与计算数学研究所计算物理实验室北京100088

超强激光技术的发展为光与物质相互作用的研究带来了历史性的机遇和拓展的空间。其中,超强激光场辅助的原子核反应过程,特别是对氘氚核聚变反应截面的影响越来越受到人们的关注。首先介绍近年来超强激光技术的发展及应用,然后介绍核聚... 详细信息

超强激光技术的发展为光与物质相互作用的研究带来了历史性的机遇和拓展的空间。其中,超强激光场辅助的原子核反应过程,特别是对氘氚核聚变反应截面的影响越来越受到人们的关注。首先介绍近年来超强激光技术的发展及应用,然后介绍核聚变反应截面及其影响因素,重点综述超强激光场中轻核聚变反应截面的研究进展,特别是强场增大氘氚核聚变截面的最新研究成果,并展望这一研究方向的前沿发展。

关键词：超强激光氘氚核聚变反应截面隧穿率天体物理学因子

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极端条件原子分子动力学专题编者按

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物理学报 2024年第24期 7页

作者：吴勇丁大军北京应用物理与计算数学研究所吉林大学

极端条件原子分子动力学涉及的强激光场、强电磁场和高温高压高密环境广泛地存在于核爆炸、聚变科学和天体物理等领域研究中,由于涉及多通道、强关联、非微扰以及多体相互作用等难题,如何建立极端条件下原子分子动力学先进的实验方法和...

极端条件原子分子动力学涉及的强激光场、强电磁场和高温高压高密环境广泛地存在于核爆炸、聚变科学和天体物理等领域研究中,由于涉及多通道、强关联、非微扰以及多体相互作用等难题,如何建立极端条件下原子分子动力学先进的实验方法和准确的理论模型、获得高精度的结构和动力学过程数据,是当前原子分子物理及其相关领域面临的巨大挑战.超快超强激光和离子加速器等实验技术的发展,极大地推动了极端条件原子分子动力学研究的开拓和深入.

关键词：

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舰船非接触水下爆炸系统的混合不确定度量化

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中国舰船研究 2024年第3期19卷 115-126页

作者：梁霄杨伊伊陈江涛王瑞利山东科技大学数学与系统科学学院山东青岛266590 中国空气动力研究与发展中心四川绵阳621000 北京应用物理与计算数学研究所北京100094

[目的]舰船非接触水下爆炸建模与仿真(M&S)中同时存在品目繁多的认知不确定度和偶然不确定度,在M&S过程中引入的不确定度导致系统响应量(SRQ)的数值模拟结果与试验真值间产生较大偏差,影响M&S的性能。而使用非接触水下爆炸... 详细信息

[目的]舰船非接触水下爆炸建模与仿真(M&S)中同时存在品目繁多的认知不确定度和偶然不确定度,在M&S过程中引入的不确定度导致系统响应量(SRQ)的数值模拟结果与试验真值间产生较大偏差,影响M&S的性能。而使用非接触水下爆炸不确定度量化(UQ)方法能提高M&S的可靠性和可信度。[方法]首先,针对无物理意义、通过试验直接标定的唯象参数,使用D-S证据理论(DSTE)融合不同学科专家(SME)的建议,得到唯象参数赋值区间和基本信度分配(BBA)函数。鉴于SME的个人工程经验和知识结构的局限性,采用多证据、多周期性融合方法,提高认知不确定度量化的客观性。其次,使用蒙特卡罗法研究非接触水下爆炸中高维输入偶然不确定度的传播。最后,当偶然不确定度和认知不确定度同时存在时,将唯象参数作为外层,不确定的物理量作为内层,使用双层循环法执行非接触水下爆炸的混合不确定度量化。[结果]结果表明,改进后的DSTE方法缩小了认知不确定度的取值范围,对SME初始意见改动较大,计算所得认知不确定度的BBA更精确、客观性更强。双层循环法可计算得到舰船非接触水下爆炸SRQ的可信置信区间和BBA,结果与常识吻合。[结论]研究结果可用于指导舰船防护设计和提高水下兵器爆炸毁伤能力。

关键词：混合不确定度量化非接触水下爆炸 D-S证据理论认知不确定度双层循环

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可压缩Navier-Stokes方程的时空耦合优化低维动力系统建模方法(英文)

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应用数学和力学 2022年第10期43卷 1053-1085页

作者：齐进吴锤结北京应用物理与计算数学研究所北京100088 大连理工大学航空航天学院辽宁大连116024

当采用低维动力系统模型研究Navier-Stokes方程的动力学性质时,保持低维模型的吸引域与NavierStokes方程的吸引域相同是非常重要的.然而,到目前为止,还没有一种普适的方法能确保对于一般问题都能达到这一目的.该文发现任何基于空间基的... 详细信息

当采用低维动力系统模型研究Navier-Stokes方程的动力学性质时,保持低维模型的吸引域与NavierStokes方程的吸引域相同是非常重要的.然而,到目前为止,还没有一种普适的方法能确保对于一般问题都能达到这一目的.该文发现任何基于空间基的低维模型,如本征正交分解基、优化空间基和其他经典空间基,都不具有可预测性,即低维动力系统的误差随着流场的时间演化而增大.在构造优化动力系统的理论框架和时空耦合谱展开的新概念下,该文构造了可压缩Navier-Stokes方程的低维模型来逼近大涡模拟方程的数值解,给出了高精度的流场数值模拟结果和全新的时空耦合基时空演化数值结果.全场误差在10%以下,而每个网格点的平均误差在10%以下.时空耦合化化低维动力系统可以保证低维模型的吸引域与Navier-Stokes方程的吸引域相同.因此,保证了时空耦合优化低维动力系统的特征动力学性质与真实流场的特征动力学性质是一致的.

关键词：时空耦合谱展开时空耦合优化低维动力系统可压缩Navier-Stokes方程大涡模拟定量比对

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