检索结果-内蒙古大学图书馆

航空学报 2021年第12期42卷 46-62页

作者：许爱国单奕铭陈锋甘延标林传栋北京应用物理与计算数学研究所计算物理实验室北京100088 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 山东交通学院航空学院济南250357 北华航天工业学院河北省跨气水介质飞行器重点实验室廊坊065000 中山大学中法核工程与技术学院珠海519082

基于求解Navier-Stokes方程组的传统计算流体力学已经在诸多领域取得了巨大的成功,但在航空、航天、微流控等领域也遇到了新的瓶颈与挑战。其原因分为2个方面:①物理建模层面的问题;②离散格式带来的数值精度和稳定性问题。微尺度燃烧... 详细信息

基于求解Navier-Stokes方程组的传统计算流体力学已经在诸多领域取得了巨大的成功,但在航空、航天、微流控等领域也遇到了新的瓶颈与挑战。其原因分为2个方面:①物理建模层面的问题;②离散格式带来的数值精度和稳定性问题。微尺度燃烧等一系列燃烧新概念的研究表明,特征更加丰富但以前知之甚少的热力学非平衡行为蕴含着大量待开发的物理功能。物理模型合理和具备相应功能是数值仿真研究的前提;物理建模层面的问题无法通过数值精度的提高来解决。本文从物理建模与复杂物理场分析角度,介绍了非平衡燃烧系统离散玻尔兹曼建模方法(DBM)的研究进展。DBM是非平衡统计物理学粗粒化建模理论在流体力学领域的具体应用之一,是相空间描述方法在离散玻尔兹曼方程形式下的进一步发展。它选取一个视角,研究系统的一组动理学性质,因而要求描述这组性质的动理学矩在模型简化中保值;以该组动理学矩的独立分量为基,构建相空间,使用该相空间和其子空间来描述系统的非平衡行为特征;研究视角和建模精度随着研究推进而调整。借助DBM可以研究反应过程中不同自由度内能之间的不平衡和相互转换等Navier-Stokes模型无法模拟的动理学过程。在内爆和外爆过程中,几何汇聚与发散效应等效于一个"外场力",在球心处系统始终处于热力学平衡态;在冯·纽曼压强峰处,系统不是偏离平衡最远,而是在平衡态附近;在冯·纽曼峰后反应区以外,Chapmann-Jouguet理论值、Zeldovich-Neumann-Doering(ZND)理论值和DBM结果相互验证;在反应区内DBM结果与ZND结果一致;在冯·纽曼压强峰前的压缩阶段,DBM模拟结果在物理上更合理。在冲击压缩过程中,相对于其他自由度,压缩波所在自由度上的内能先增加,因而这一自由度上的内能总是朝着正向偏离其平衡态值,而横向自由度上的内能总是朝着逆向偏离其平衡态值。在二流体模型视角下,反应物和产物朝着相反的方向偏离热力学平衡态。

关键词：燃烧爆轰非平衡离散效应介尺度建模动理学理论

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强冲击下金属材料动态损伤与破坏的分子动力学模拟研究进展

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高压物理学报 2021年第4期35卷 1-14页

作者：王嘉楠伍鲍何安民吴凤超王裴吴恒安中国科学技术大学近代力学系中国科学院材料力学行为和设计重点实验室安徽合肥230027 北京应用物理与计算数学研究所北京100094 中国工程物理研究院流体物理研究所四川绵阳621999

强冲击下金属材料的动力学过程及其内在的机理分析一直是冲击物理的前沿,无论是在国家基础工程还是尖端武器研制中都具有重要的意义与价值。结合课题组的相关工作,综述了国内外冲击物理领域对金属材料在强冲击作用下动态损伤和破坏行为... 详细信息

强冲击下金属材料的动力学过程及其内在的机理分析一直是冲击物理的前沿,无论是在国家基础工程还是尖端武器研制中都具有重要的意义与价值。结合课题组的相关工作,综述了国内外冲击物理领域对金属材料在强冲击作用下动态损伤和破坏行为及其机理等问题的研究进展,重点讨论了金属材料内部及表界面微观结构对损伤破坏机制的影响,介绍了复杂加载条件下材料行为研究的机遇与挑战,并展望了下一步研究工作的重点。

关键词：强冲击动力学损伤破坏层裂微喷射复杂加载分子动力学

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一种求解特征值问题的广义共轭梯度算法

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中国科学：数学 2021年第8期51卷 1297-1320页

作者：张宁李瑜谢和虎徐然游春光中国科学院电工研究所北京100190 天津财经大学管理可计算建模协同创新中心天津300222 中国科学院数学与系统科学研究院计算数学与科学工程计算研究所北京100190 中国科学院科学与工程计算国家重点实验室北京100190 中国科学院国家数学与交叉科学研究中心北京100190 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

本文基于阻尼块反幂法与子空间投影算法设计了一种求解特征值问题的广义共轭梯度算法,同时也实现了相应的计算软件包.然后对算法和计算过程进行一系列的优化来提高算法的稳定性、计算效率和并行可扩展性,使得本文的算法适合在并行计算... 详细信息

本文基于阻尼块反幂法与子空间投影算法设计了一种求解特征值问题的广义共轭梯度算法,同时也实现了相应的计算软件包.然后对算法和计算过程进行一系列的优化来提高算法的稳定性、计算效率和并行可扩展性,使得本文的算法适合在并行计算环境下求解大规模稀疏矩阵的特征值.所形成的软件包不依赖于矩阵和向量的具体结构,可以应用于任意的矩阵向量结构.针对几种典型矩阵的测试结果表明,本文的算法和软件包不但具有良好的数值稳定性和可扩展性,同时相比于SLEPc软件包中的LOBPCG (locally optimal block preconditioned conjugate gradient)和Jacobi-Davidson解法器有2至6倍的效率提升.软件包的网址是https://***/pase2017/GCGE-1.0.

关键词：特征值问题阻尼块反幂法广义共轭梯度法稳定性可拓展性

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动态载荷下铁相变的原子模拟研究进展

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高压物理学报 2021年第4期35卷 169-192页

作者：王昆肖时芳祝文军陈军胡望宇湖南大学材料科学与工程学院湖南长沙410082 湖南大学物理与微电子科学学院湖南长沙410082 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四川绵阳621999 北京应用物理与计算数学研究所北京100088

铁的α?ε相变是金属高压相变研究领域的经典范例,随着测试技术的进步,其相变机制与动力学研究不断深入,基于激光加载的原位X射线观察结合非平衡分子动力学模拟研究是解决该问题最有效的手段之一。为此,综述了铁在动态载荷下塑性与相变... 详细信息

铁的α?ε相变是金属高压相变研究领域的经典范例,随着测试技术的进步,其相变机制与动力学研究不断深入,基于激光加载的原位X射线观察结合非平衡分子动力学模拟研究是解决该问题最有效的手段之一。为此,综述了铁在动态载荷下塑性与相变的原子模拟研究进展,综合分析了铁的高压势函数,平面应变加载下晶体的各向异性、冲击强度、应变率、应变梯度、各种初始晶体缺陷等对铁相变机制的影响,以及铁的相变与层裂,同时报道了铁在非平面加载下响应规律研究的最新进展,最后进行了归纳总结和展望。

关键词：高压结构相变塑性层裂分子动力学原子间相互作用势铁

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多相流系统的离散玻尔兹曼研究进展

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空气动力学学报 2021年第3期39卷 138-169,I0003页

作者：许爱国陈杰宋家辉陈大伟陈志华北京应用物理与计算数学研究所北京100088 北京大学应用物理与技术研究中心和高能量密度物理数值模拟教育部重点实验室北京100871 北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081 南京理工大学瞬态物理国家重点实验室南京210094 北京理工大学宇航学院北京100081

针对多相复杂流体系统模拟研究,简要介绍从格子气模型到离散玻尔兹曼方法的发展历程。从统计物理学基本原理出发,通过粗粒化建模思路,给出玻尔兹曼方程;分析Chapman-Enskog多尺度展开方法所蕴含的测量逐步细化的物理图像,给出离散玻尔... 详细信息

针对多相复杂流体系统模拟研究,简要介绍从格子气模型到离散玻尔兹曼方法的发展历程。从统计物理学基本原理出发,通过粗粒化建模思路,给出玻尔兹曼方程;分析Chapman-Enskog多尺度展开方法所蕴含的测量逐步细化的物理图像,给出离散玻尔兹曼建模的基本原则和主要步骤。简要介绍离散玻尔兹曼在相分离、燃烧、流体不稳定性等系统中的应用。对于多相复杂流体系统的动理学建模,技术关键是分子间作用力和化学反应贡献的引入。不同颜色的示踪粒子的引入,使得在单流体理论框架下即可实现混合过程中物质粒子来源的确定;示踪粒子在其速度相空间的分布所形成的结构蕴含丰富的流场信息,为复杂流场研究张开一个全新的视角。在多介质情形,离散玻尔兹曼建模与动理学宏观建模的对应关系是一对多。随着系统非平衡程度加深,相对于动理学宏观建模与模拟思路,离散玻尔兹曼建模与模拟的复杂度上升速度较慢。作为系统行为粗粒化描述的一种物理模型构建方法,离散玻尔兹曼根据研究需求,选取一个视角,研究系统的一组动理学性质,因而要求描述这组性质的动理学矩在模型简化过程中保值;是动理学直接建模方法的一种,为连续介质建模失效或物理功能不足、而分子动力学方法因适用尺度受限而无能为力的介尺度情形提供了一条方便、有效的研究途径。

关键词：多相流复杂物理场统计物理粗粒化建模玻尔兹曼方程非平衡动理学建模 Chapman-Enskog多尺度分析

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基于二阶格式的有限体积保正格式

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计算物理 2020年第4期37卷 379-392页

作者：赵菲盛志强袁光伟北方工业大学理学院北京100144 北京应用物理与计算数学研究所计算物理实验室北京100088

从二阶线性格式出发,通过对法向通量进行重构,得到非线性两点通量,获得四面体网格上的单元中心型有限体积保正格式.该格式适用于求解间断和各向异性扩散系数问题.无需假设辅助未知量非负,避免了辅助未知量计算出负时"遇负置零"... 详细信息

从二阶线性格式出发,通过对法向通量进行重构,得到非线性两点通量,获得四面体网格上的单元中心型有限体积保正格式.该格式适用于求解间断和各向异性扩散系数问题.无需假设辅助未知量非负,避免了辅助未知量计算出负时"遇负置零"的人为处理方式;并且证明该格式在每个非线性Picard迭代步具有强保正性,即当源项和边界条件非负时,线性化格式的非平凡解是严格大于零的.数值算例验证该格式具有二阶收敛性且是保正的.

关键词：扩散方程四面体网格有限体积格式强保正性

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求解稀疏连续线性系统的自适应SGCRO-DR算法

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数值计算与计算机应用 2022年第2期43卷 125-141页

作者：徐达强荆燕飞胡少亮徐小文数学科学学院/计算科学研究所电子科技大学成都611731 北京应用物理与计算数学研究所、计算物理重点实验室北京100094 中物院高性能数值模拟软件中心北京100088

GCRO-DR方法是求解一系列连续线性系统常用迭代方法.本文首先提出了simpler GCRO-DR方法、在单个循环中它的计算成本比GCRO-DR更少.本文为了避免算法的不稳定性问题和内存溢出问题.并提高simpler GGRO-DR算法的收敛性,引入了重启参数自... 详细信息

GCRO-DR方法是求解一系列连续线性系统常用迭代方法.本文首先提出了simpler GCRO-DR方法、在单个循环中它的计算成本比GCRO-DR更少.本文为了避免算法的不稳定性问题和内存溢出问题.并提高simpler GGRO-DR算法的收敛性,引入了重启参数自适应策略.另外,在用该方法求解大型连续线性系统需要多次重启次数情形以及相邻系数矩阵之间谱信息相关情形.本文利用重启参数自适应策略提供的学习样本,通过强化学习来选取个比较好的重启参数.最后、数值实验证明了所提三类算法的有效性.

关键词：连续线性系统 simpler GCRO-DR 重启参数自适应策略强化学习

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芯片-系统电磁脉冲耦合的高性能全波电磁模拟

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强激光与粒子束 2021年第12期33卷 103-110页

作者：王卫杰赵振国胡少亮李瀚宇周海京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京100094 中国工程物理研究院复杂电磁环境科学与技术重点实验室四川绵阳621900 复旦大学专用集成电路与系统国家重点实验室上海201203

目的是研究高性能的电磁场仿真软件,对真实的芯片-系统电磁脉冲耦合过程进行高分辨率、高置信度的电磁仿真。研究重点是针对多尺度问题,突破算法的并行计算瓶颈。基于自主软件平台快速研发出仿真软件,在高性能计算平台上完成对真实复杂... 详细信息

目的是研究高性能的电磁场仿真软件,对真实的芯片-系统电磁脉冲耦合过程进行高分辨率、高置信度的电磁仿真。研究重点是针对多尺度问题,突破算法的并行计算瓶颈。基于自主软件平台快速研发出仿真软件,在高性能计算平台上完成对真实复杂问题的全波电磁仿真。通过对某真实机箱内部芯片的电磁脉冲耦合仿真分析,验证了本文提出的算法的高性能、高效率的特性。

关键词：芯片-系统电磁脉冲多尺度有限元方法并行计算

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脑组织通道磁示踪成像分析仪的设计与应用

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磁共振成像 2023年第2期14卷 109-115,124页

作者：王卉周洁成雨萌王缪天刘会坡操江峰习科张弘李楠牛田野谢肇恒张研薛言学吕鹏宇卢嘉宾徐萌韩鸿宾北京大学医学部医学技术研究院北京100191 北京大学第三医院放射科北京100191 磁共振成像设备与技术北京市重点实验室北京100191 北京应用物理与计算数学研究所北京100094 中国科学院信息工程研究所北京100093 深圳市特深电气有限公司深圳518054 北京大学第三医院临床流行病研究中心北京100191 深圳湾实验室医学工程研究所深圳518067 膜生物学国家重点实验室北京大学生命科学学院北京100871 北京大学中国药物依赖性研究所北京100191 北京大学工学院先进制造与机器人系北京100871 北京大学深圳研究生院深圳518055

目的基于经典扩散方程建模求解,设计并研制脑组织通道磁示踪成像分析仪。材料与方法建立信号源导入系统,设计多频段射频激发与信号采集单元,开发图像处理、建模计算与可视化模块,集成脑组织通道磁示踪成像分析仪。将12只成年雄性斯普拉... 详细信息

目的基于经典扩散方程建模求解,设计并研制脑组织通道磁示踪成像分析仪。材料与方法建立信号源导入系统,设计多频段射频激发与信号采集单元,开发图像处理、建模计算与可视化模块,集成脑组织通道磁示踪成像分析仪。将12只成年雄性斯普拉-道来氏大鼠随机平均分成两组,分别应用传统磁示踪法技术方案(n=6)与本研究系统方案(n=6)进行探测,计算并比较扩散系数和容积占比等参数,对组织液(interstitial fluid,ISF)引流过程进行可视化。结果该仪器可同步提供鼠脑细胞外间隙(extracellular space,ECS)结构参数及其内分子扩散情况,实现ISF引流途径的全脑示踪。相对于传统技术方案组,本研究系统组扩散系数和容积占比均下降(P均<0.01),且两个测量结果的标准差均减小。结论脑组织通道磁示踪成像分析仪的研发将ECS探测过程标准化、自动化,使得探测结果更加稳定、更趋向于真实水平,为后续兼容电阻抗、化学等多种信息的ECS探测仪器的研发奠定了基础。

关键词：脑细胞外间隙磁示踪组织间液系统设计磁共振成像

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变加速度RTI动理学：基于DBM方法

变加速度RTI动理学：基于DBM方法

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第十三届全国流体力学学术会议

作者：贾英琦许爱国王立锋陈大伟北京应用物理与计算数学研究所冲击波物理与爆轰物理全国重点实验室北京大学工学院高能量密度物理数值模拟教育部重点实验室北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室

常加速度下的Rayleigh-Taylor不稳定性（RTI）已经开展了大量研究并获得了相对成熟的物理认识,但是针对惯性约束聚变（ICF）等情形中出现的变加速度RTI问题的研究相对较少,物理认识不足。与常加速度下的RTI类似（甚至更复杂）,变加速度... 详细信息

常加速度下的Rayleigh-Taylor不稳定性（RTI）已经开展了大量研究并获得了相对成熟的物理认识,但是针对惯性约束聚变（ICF）等情形中出现的变加速度RTI问题的研究相对较少,物理认识不足。与常加速度下的RTI类似（甚至更复杂）,变加速度RTI系统内部会出现大量中间尺度（介尺度）的空间结构和动理学模式。这些结构和模式的存在与演化,极大影响着系统的性能和物理功能。介尺度行为,离散性更强,非平衡程度更高,如何描述,实际把控能力才不下降?这个问题不仅挑战模拟前的物理建模,而且挑战模拟后的复杂物理场分析。因为传统流体建模,基于（准）连续和近平衡假设;同时,复杂物理场分析技术的不足,经常导致面对数据,给不出足够的有效信息,造成数据资源的极大浪费。另外,非平衡强度是描述、掌握、理解非平衡复杂流动的最基础参量之一。任何非平衡强度的定义都依赖于研究视角。基于单一视角给出的认知,往往是片面的甚至是错误的。离散Boltzmann方法（DBM）,就是针对上述需求而提出和发展的动理学建模与分析方法。基于DBM,不仅可以更加有效地模拟出离散程度更高、非平衡程度更高情形的流动行为,而且可以更加方便地研究:（1）不同视角的非平衡行为与由此引发的各种效应,（2）引发熵增的主要机制及其相对的重要性,（3）一系列介尺度结构的形态特征与物质、能量混合程度,等等。在本研究中使用DBM研究变加速度下的RTI动理学:加速度在特定时间经历两次方向反转。除分析密度、流速、温度、压强等宏观量以外,利用DBM提供的新视角检测手段（Δ、Δ, 1、Δ等特征量）研究了系统的非平衡状态、程度与由此引发的一系列非平衡效应。研究发现:加速度两次方向反转的期间和加速度停止变化后的一段时间内,界面中心会发生运动,且此时RTI的尖钉气泡结构的发展受到抑制;加速度反转对非平衡强度D和D的影响较大,全场非平衡强度和界面非平衡强度的演化规律在前期不同而后期相似;加速度反转引起的界面中心位移会随可压缩性的增加而增大,且界面最大位移随可压缩性规律性变化;可压缩性越大,非平衡强度D越大,加速度反转对非平衡强度D的影响越强。

关键词：离散Boltzmann方法 Rayleigh-Taylor不稳定性变加速度非平衡动理学

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