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强激光与粒子束 2021年第8期33卷 137-144页

作者：邓莉亭钟龙权刘强孙子涵闫丽萍赵翔四川大学电子信息学院成都610065 中国工程物理研究院应用电子学研究所四川绵阳621900 北京应用物理与计算数学研究所北京100088

利用随机降阶模型(SROM)对影响线缆串扰的不确定变量进行了敏感性分析,在此基础上预测了在这些不确定性变量影响下的串扰不确定度。并搭建三导体传输线串扰实验系统,测量了近端串扰和远端串扰,根据标准G B/Z 6113.401—2018/CISPR/TR 16... 详细信息

利用随机降阶模型(SROM)对影响线缆串扰的不确定变量进行了敏感性分析,在此基础上预测了在这些不确定性变量影响下的串扰不确定度。并搭建三导体传输线串扰实验系统,测量了近端串扰和远端串扰,根据标准G B/Z 6113.401—2018/CISPR/TR 16-4-1:2009,评估了串扰实验的测量不确定度。将基于SROM方法的串扰不确定度,与实际测量获得的不确定度进行对比。结果表明,二者随频率变化趋势一致,且实验测试不确定度在预测不确定度范围内。采用SROM方法选取样本计算的不确定度可用于预测串扰实际测量结果不确定度。

关键词：串扰实验随机降阶模型敏感性不确定度

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基于DBM的界面不稳定性：物质混合与非平衡特性研究

基于DBM的界面不稳定性：物质混合与非平衡特性研究

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第十三届全国流体力学学术会议

作者：陈锋许爱国山东交通学院北京应用物理与计算数学研究所邓稼先创新研究中心北京大学应用物理与技术研究中心

流体界面不稳定性是惯性约束聚变领域关注的热点问题之一。目前的数值研究大多基于连续介质建模的Navier-Stokes(NS)方程等,偶有基于分子动力学的微观模拟。在不稳定性演化后期,小尺度结构层出不穷,跨尺度界面丰富多彩,热力学非平衡效... 详细信息

流体界面不稳定性是惯性约束聚变领域关注的热点问题之一。目前的数值研究大多基于连续介质建模的Navier-Stokes(NS)方程等,偶有基于分子动力学的微观模拟。在不稳定性演化后期,小尺度结构层出不穷,跨尺度界面丰富多彩,热力学非平衡效应异常显著。小结构和快模式的存在对NS的物理合理性提出挑战,宏观连续模型不足以描述流体系统中丰富复杂的离散效应和非平衡行为;而微观分子动力学模拟又由于适用尺度受限而无能为力。针对上述两难情形,我们课题组发展了基于非平衡统计物理基本方程Boltzmann方程的介观建模、模拟与分析方法—离散Boltzmann方法 (Discrete Boltzmann Method, DBM)。除了NS所能描述的宏观现象,重点关注NS建模受到挑战、而分子动力学模拟又无法企及的介观、离散和非平衡行为特征。进一步发展示踪粒子、形态分析等复杂物理场建模与分析方法,对流体界面不稳定性系统进行多层次多视角研究。研究表明,特征更加丰富但以前知之甚少的离散效应、非平衡行为蕴含着大量待开发的物理功能。

关键词：界面不稳定性离散玻尔兹曼方程热力学非平衡效应

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机器学习原子间相互作用建模

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计算数学 2021年第3期43卷 261-278页

作者：王涵北京应用物理与计算数学研究所计算物理实验室北京100094 北京大学工学院应用物理与技术中心北京100871

原子间相互作用建模是分子动力学模拟的核心问题之一.基于第一性原理的建模准而不快,经验势模型快而不准.因此人们长期面临精度和效率只得其一的两难困境.基于机器学习的原子间相互作用建模在达到第一性原理精度的同时,计算开销大大降低... 详细信息

原子间相互作用建模是分子动力学模拟的核心问题之一.基于第一性原理的建模准而不快,经验势模型快而不准.因此人们长期面临精度和效率只得其一的两难困境.基于机器学习的原子间相互作用建模在达到第一性原理精度的同时,计算开销大大降低,因而有希望解决这两难困境.本文将介绍构造基于机器学习的原子间相互作用模型的一般框架,归纳近年来的主要建模工作,并探讨这些工作的优势和劣势.

关键词：机器学习原子间作用势分子动力学模拟

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模型降阶方法在Boltzmann模型方程统一算法中的应用研究

模型降阶方法在Boltzmann模型方程统一算法中的应用研究

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第十三届全国流体力学学术会议

作者：胡文强黄乾旻李旭东王余北京航天长征飞行器研究所中物院高性能数值模拟软件中心北京应用物理与计算数学研究所

随着适应不同需求的空天飞行器研制的发展,跨越从连续流到高稀薄自由分子流各个流域的飞行器会遇到各种复杂的跨流域气动问题。不同流域的气体性质差别很大,尤其是近连续滑移过渡流区,在实验技术、数值模拟手段和理论描述方面都是难于... 详细信息

随着适应不同需求的空天飞行器研制的发展,跨越从连续流到高稀薄自由分子流各个流域的飞行器会遇到各种复杂的跨流域气动问题。不同流域的气体性质差别很大,尤其是近连续滑移过渡流区,在实验技术、数值模拟手段和理论描述方面都是难于处理的。基于Boltzmann模型方程的气体动理论统一算法,将不同流域流态控制参数、宏观流动物理量、气体黏性输运特性、热力学效应及气体分子相互作用规则和分子模型用统一表达式联系起来,结合离散速度坐标法和各种多重积分方法,已成功用于跨流域各类复杂外形高速飞行器气动力/热问题研究中。由于速度分布函数是关于速度空间与物理空间的多维函数,传统处理方法中对整个流场区域采用统一的离散速度空间,会随着来流马赫数增加而扩大,对计算机存储资源和计算量提出了挑战。为减小离散速度分布函数的计算机存储资源消耗和提高计算效率,本文发展了一种适用于Boltzmann模型方程统一算法的模型降阶方法:通过应用本征正交分解方法对基于宏观流体力学计算得到的流场信息重构的近似速度分布函数进行预处理分析,引入离散经验插值法对离散速度空间进行处理,建立了从少量特征离散速度坐标点上分布函数信息到整个离散速度空间信息的映射关系,因而可以在保证一定计算精度的前提下大大减小了计算机存储资源和计算量。数值验证结果表明,本文发展的模型降阶方法在全流域计算中具有良好性能,能够提高计算效率,为后续研究跨流域高速绕流等有强扰动激波、稀薄非平衡效应明显的流动问题提供了高效且准确的工具。

关键词：模型降阶方法 Boltzmann模型方程气体动理论统一算法本征正交分解离散经验插值法

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固体炸药爆轰与惰性介质相互作用的一种扩散界面模型

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爆炸与冲击 2020年第10期40卷 107-118页

作者：于明北京大学应用物理与技术中心北京100871 北京应用物理与计算数学研究所计算物理重点实验室北京100083

提出一种保持热力学一致性的扩散界面模型,用来数值模拟固体炸药爆轰与惰性介质的相互作用问题。基于混合网格内各组分物质间可以达到力学平衡状态而不能达到热学平衡状态的假设,由混合网格能量守恒以及压力相等条件,推导出每种组分物... 详细信息

提出一种保持热力学一致性的扩散界面模型,用来数值模拟固体炸药爆轰与惰性介质的相互作用问题。基于混合网格内各组分物质间可以达到力学平衡状态而不能达到热学平衡状态的假设,由混合网格能量守恒以及压力相等条件,推导出每种组分物质的体积分数演化方程。由此获得的扩散界面模型包括组分物质的质量守恒方程、混合物质的动量及总能量守恒方程,同时包括组分物质的体积分数演化方程和混合物质的压力演化方程。该扩散界面模型的主要特点是考虑了化学反应以及热学非平衡的影响。提出的扩散界面模型在物质界面附近不会出现物理量的非物理振荡现象、适用于任意表达形式的物质状态方程以及任意数目的惰性介质。

关键词：扩散界面模型固体炸药爆轰多物质流动热学非平衡多相流模型

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受激散射过程理论模型的发展与应用

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强激光与粒子束 2021年第1期33卷 125-136页

作者：龚韬郝亮李志超刘占军杨冬郑坚刘耀远李三伟蒋小华郭亮李琦潘凯强李欣蔡洪波郑春阳王峰杨家敏江少恩张保汉丁永坤中国工程物理研究院激光聚变研究中心四川绵阳621900 北京应用物理与计算数学研究所北京100088 中国科学技术大学工程与应用物理系合肥230026

在激光间接驱动的惯性约束聚变(ICF)中,高强度激光与低密度等离子体发生相互作用,会激发两种受激散射过程:受激布里渊散射和受激拉曼散射。它们会损失激光能量、破坏辐射场对称性、产生超热电子,从而危害聚变点火过程。因此,理解受激散... 详细信息

在激光间接驱动的惯性约束聚变(ICF)中,高强度激光与低密度等离子体发生相互作用,会激发两种受激散射过程:受激布里渊散射和受激拉曼散射。它们会损失激光能量、破坏辐射场对称性、产生超热电子,从而危害聚变点火过程。因此,理解受激散射的物理过程并找到抑制其发展的有效方法,是ICF研究中重点关注的问题。介绍了中国激光聚变研究团队为研究受激散射过程而发展的多个理论模型,以及这些模型在实验数据分析中的具体应用。这些理论模型与实验研究一起,为提升受激散射过程的物理理解发挥了重要作用。

关键词：激光聚变受激布里渊散射受激拉曼散射理论模型

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界面不稳定性诱导的湍流混合模型研究

界面不稳定性诱导的湍流混合模型研究

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中国力学大会-2021+1

作者：肖梦娟张又升田保林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

简介Introduction 界面不稳定性例如Rayleigh-Taylor(RT),Richtmyer-Meshkov(RM)以及KelvinHelmholtz(KH),诱导发生的湍流混合过程广泛存在于自然现象(例如超新星爆发)及工程应用(例如惯性约束聚变,ICF)中。考虑到实际工程问题都具有较... 详细信息

简介Introduction 界面不稳定性例如Rayleigh-Taylor(RT),Richtmyer-Meshkov(RM)以及KelvinHelmholtz(KH),诱导发生的湍流混合过程广泛存在于自然现象(例如超新星爆发)及工程应用(例如惯性约束聚变,ICF)中。考虑到实际工程问题都具有较大的雷诺数及足够长的演化时间,给出统计平均场的雷诺平均方法(RANS)对其进行刻画是现在工程应用最为可行的选择。本文基于两方程K-L湍流混合模型,从模型封闭形式及模型参数确

关键词：湍流混合改进模型混合流动倾斜界面物理条件界面不稳定性混合问题模型研究

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基于神经网络模型的stencil循环最优分块大小预测

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计算机科学 2022年第10期49卷 18-26页

作者：包怡坤张鹏徐小文莫则尧中国工程物理研究院研究生院北京100094 北京应用物理与计算数学研究所北京100088 中物院高性能数值模拟软件中心北京100088 中国工程物理研究院四川绵阳621900

stencil循环是科学与工程计算应用中最主要的计算核心之一。循环分块技术可有效改善stencil循环的数据局部性,提高计算并行度。分块的大小选择对stencil循环的性能影响很大,传统的分块大小选择方法通常在时间开销、人工成本、分块选择... 详细信息

stencil循环是科学与工程计算应用中最主要的计算核心之一。循环分块技术可有效改善stencil循环的数据局部性,提高计算并行度。分块的大小选择对stencil循环的性能影响很大,传统的分块大小选择方法通常在时间开销、人工成本、分块选择精度等方面存在短板,实用性较差。文中提出了一种基于人工神经网络的分块大小选择方法,用于预测三维Jacobi型stencil循环程序的最优分块。对来源于实际数值模拟软件中的11个stencil循环进行最优分块预测,实验结果显示,在单核串行和多核并行两种场景下,程序使用模型预测分块相比不分块的性能提升分别为2%和35%,与网格搜索方法的分块性能相当,但在线预测时间开销仅约为后者的1/30 000。此外,相比基于静态分析的Turbo-tiling方法,预测最优分块的实测性能平均提升了约9%。

关键词： stencil计算循环分块技术机器学习人工神经网络

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砌体结构长脉宽爆炸荷载损伤等级评估方法

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爆炸与冲击 2021年第10期41卷 124-134页

作者：曾繁肖桂仲冯晓伟黄超田荣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 南京理工大学江苏南京210094 中国工程物理研究院总体工程研究所四川绵阳621999

随着百千吨级当量爆炸工业事故的频繁发生,建筑结构的损伤评估和抗爆安全性更受到关注。目前,构件级的评估方法相对成熟,而大当量冲击波作用下的建筑结构整体毁伤评估依旧是个开放性问题。本文中,面向结构级的毁伤评估,提出了一种新的... 详细信息

随着百千吨级当量爆炸工业事故的频繁发生,建筑结构的损伤评估和抗爆安全性更受到关注。目前,构件级的评估方法相对成熟,而大当量冲击波作用下的建筑结构整体毁伤评估依旧是个开放性问题。本文中,面向结构级的毁伤评估,提出了一种新的评估方法−构件损伤加权。该方法以承重构件损伤程度为基础,通过基于应变能的构件权系数加权,进而评估结构级损伤破坏程度。为了验证评估方法的有效性,以典型砌体结构为例,利用自主研发的冲击波结构毁伤模拟有限元程序,开展了百毫秒脉宽爆炸冲击波荷载下结构动力学响应数值模拟。根据数值模拟结果,结合构件损伤加权的评估方法,获取砌体结构损伤等级与冲击波超压的关系。预测的超压值的相对误差为−16.9%~26.2%,验证了评估方法的有效性。该评估方法为获取砌体结构的超压-冲量曲线提供了可行的途径,可为结构的抗爆安全设计提供参考。

关键词：长脉宽爆炸荷载损伤评估方法砌体结构超压

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基于几何矩的CAD模型形状匹配算法及应用

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图学学报 2021年第4期42卷 608-614页

作者：冷珏琳张哲刘田田郑澎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 中国工程物理研究院计算机应用研究所四川绵阳621900

基于矩方法及其理论,提出了一个基于几何矩的形状匹配算法,用于识别CAD模型中具有相似形状特征的几何体。该算法采用一组满足平移、旋转、缩放不变性的几何矩不变量对三维几何体的形状特征进行描述,并根据形状特征向量的相似程度评估几... 详细信息

基于矩方法及其理论,提出了一个基于几何矩的形状匹配算法,用于识别CAD模型中具有相似形状特征的几何体。该算法采用一组满足平移、旋转、缩放不变性的几何矩不变量对三维几何体的形状特征进行描述,并根据形状特征向量的相似程度评估几何体之间的相似性。为提高几何矩计算的准确性和效率,对CAD模型的三角面片数据进行了预处理,并采用递归算法实现各阶几何矩的快速计算。形状匹配算法被应用于CAE软件的相似几何体拾取中,能够通过GUI交互的方式实时拾取与目标几何体形状特征相似的几何体,取得了良好的应用效果。

关键词：几何矩矩不变量形状匹配信息检索 CAD模型

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