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Science 2021年十大科学突破解读

中国科学基金 2022年第2期36卷 348-362页

作者：张强锋徐魁付巧妹蓝可任国利饶子和高天明谢晓亮曹云龙阿依江·伊斯马衣潘永信王新何小刚程涛张健萍罗凌飞清华大学生命科学学院中国科学院古脊椎动物与古人类研究所分子古生物学实验室北京应用物理与计算数学研究所清华大学南方医科大学北京大学北京大学生物医学前沿创新中心北京大学生命科学学院中国科学院地质与地球物理研究所上海交通大学李政道研究所李政道讲席中国医学科学院北京协和医学院中国医学科学院血液病医院(中国医学科学院血液学研究所) 西南大学发育生物学与再生医学研究中心

Science杂志每年会在年底评选出当年十大科学突破。2021年12月16日,Science杂志公布了其评选出的2021年十大科学突破。为了让广大读者更深入地了解十大科学突破的科学价值,本刊特邀各领域著名科学家分别对其进行解读,以激发科研人员的... 详细信息

Science杂志每年会在年底评选出当年十大科学突破。2021年12月16日,Science杂志公布了其评选出的2021年十大科学突破。为了让广大读者更深入地了解十大科学突破的科学价值,本刊特邀各领域著名科学家分别对其进行解读,以激发科研人员的创新思维,促进学术交流。

关键词：科研人员人工智能科学突破学术交流蛋白质结构创新思维评选

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含复合材料封闭腔电磁屏蔽效能评估

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太赫兹科学与电子信息学报 2020年第4期18卷 650-655页

作者：冯博文闫丽萍赵翔刘强孟雪松周海京四川大学电子信息学院四川成都610065 四川大学无线能量传输教育部重点实验室四川成都610065 北京应用物理与计算数学研究所北京100088

复合材料已广泛应用于现代航空航天、汽车和电子等行业。当复合材料用于腔体外层时,其仅几毫米的厚度为基于时域有限差分(FDTD)法的电磁屏蔽效能评估带来挑战。本文采用亚网格边界条件(SGBC)技术,结合FDTD方法实现了对含复合材料薄层封... 详细信息

复合材料已广泛应用于现代航空航天、汽车和电子等行业。当复合材料用于腔体外层时,其仅几毫米的厚度为基于时域有限差分(FDTD)法的电磁屏蔽效能评估带来挑战。本文采用亚网格边界条件(SGBC)技术,结合FDTD方法实现了对含复合材料薄层封闭腔的电磁屏蔽效能快速评估。计算了3种不同含复合材料薄层封闭腔在0.1~1GHz内的电磁屏蔽效能,并与基于全波分析方法软件的仿真结果进行对比,二者计算结果吻合良好,证明了采用该方法在复合材料封闭腔SE分析方面的有效性。

关键词：屏蔽效能复合材料亚网格边界条件时域有限差分法

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Weibel不稳定性自生电磁场对探针质子束的偏转作用研究

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物理学报 2019年第18期68卷 199-207页

作者：杜报蔡洪波张文帅陈京邹士阳朱少平北京应用物理与计算数学研究所北京100094 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 上海交通大学IFSA协同创新中心上海200240 中国工程物理研究院研究生院北京100088 中国工程物理研究院激光聚变研究中心等离子体物理重点实验室绵阳621900

Weibel不稳定性的自生电磁场对于等离子体能量输运、无碰撞冲击波形成等物理过程具有关键的影响.实验上往往采用质子束照相来诊断其电磁场结构.一般认为,探针质子束的轨迹偏转主要来自于磁场,而自生电场的作用被认为可忽略不计.本文利... 详细信息

Weibel不稳定性的自生电磁场对于等离子体能量输运、无碰撞冲击波形成等物理过程具有关键的影响.实验上往往采用质子束照相来诊断其电磁场结构.一般认为,探针质子束的轨迹偏转主要来自于磁场,而自生电场的作用被认为可忽略不计.本文利用三维粒子模拟程序研究了典型参数下的Weibel不稳定性发展过程,并使用径迹追踪法评估了Weibel不稳定性的质子束照相过程中电场和磁场对探针质子束的偏转作用.对比分析发现,引起探针质子束偏转的主要因素并不是磁场,而是过去研究中常被忽略的电场.主要原因为:Weibel不稳定性的自生磁场往往成管状结构,在使用探针质子束对其进行侧向照相时,磁场的作用会被自身中和并抵消.该认识将有助于深入理解Weibel不稳定性质子照相的实验结果.

关键词： Weibel不稳定性质子束照相电磁场诊断粒子模拟

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不同JRC粗糙单裂隙的渗流机理数值模拟研究

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中国科学：物理学、力学、天文学 2019年第1期49卷 26-35页

作者：张戈田园李英骏北京应用物理与计算数学研究所北京100088 中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083

岩体裂隙的渗流理论具有广泛的应用价值,其中裂隙的表面粗糙和结构迂曲特征是影响渗流的重要因素.因此,在构建的粗糙单裂隙模型基础上开展了关于裂隙粗糙特性和迂曲特性对渗流影响的机理性研究.自行编写了基于格子Boltzmann方法用于模... 详细信息

岩体裂隙的渗流理论具有广泛的应用价值,其中裂隙的表面粗糙和结构迂曲特征是影响渗流的重要因素.因此,在构建的粗糙单裂隙模型基础上开展了关于裂隙粗糙特性和迂曲特性对渗流影响的机理性研究.自行编写了基于格子Boltzmann方法用于模拟裂隙内流动的计算程序并进行了验证.利用该程序对具有不同JRC值和开度的单裂隙进行数值模拟.将模拟结果与考虑迂曲度修正的渗流立方定律(LCL)结果比较,发现迂曲修正的立方定律预测流量具有一定偏差.分析认为在粗糙单裂隙中,迂曲和粗糙两种因素同时对渗流作用,并且相互耦合,随着裂隙开度不同而相互转化,因此需要同时考虑迂曲和粗糙作用,使用两者对单裂隙渗流立方定律修正.结果认为含迂曲和粗糙双重作用的模型在预测粗糙单裂隙渗流特征时能获得相对更准确的结果,具有一定的工程应用价值.

关键词：渗流单裂隙节理粗糙系数迂曲度格子Boltzmann方法

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非定常对流扩散方程保正格式解的存在性

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计算数学 2019年第4期41卷 381-394页

作者：张燕美兰斌盛志强袁光伟中国工程物理研究院研究生院北京100088 北方民族大学银川750021 北京应用物理与计算数学研究所计算物理实验室北京100088

本文发展了非定常对流扩散方程的非线性保正格式.该格式为单元中心型有限体积格式,保持局部通量的守恒性,适用于任意星形多边形网格,本文证明了该离散格式解的存在性,并给出数值结果,表明该格式具有二阶精度.

关键词：对流扩散方程有限体积格式保正性存在性

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2020年中国高性能计算机发展现状分析与展望

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数据与计算发展前沿 2020年第6期2卷 1-10页

作者：张云泉袁良袁国兴李希代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

【目的】本文根据2020年11月发布的中国高性能计算机TOP100排行榜的数据,对国内高性能计算机的发展现状从总体性能、制造商、行业领域等方面进行了深入分析。【结果】中国TOP100的平均Linpack性能继续保持比国际TOP500平均Linpack性能... 详细信息

【目的】本文根据2020年11月发布的中国高性能计算机TOP100排行榜的数据,对国内高性能计算机的发展现状从总体性能、制造商、行业领域等方面进行了深入分析。【结果】中国TOP100的平均Linpack性能继续保持比国际TOP500平均Linpack性能高的局面,且TOP100的入门性能门槛仍然超过TOP500。中国TOP100上的超级计算系统出现了新面孔,Dell公司的一台机器上榜,打破了榜单连续两年全为国产超算系统的记录。联想为系统数量冠军,联想、曙光和浪潮三强争霸的局面继续保持。【结论】在此基础上,本文根据十九届排行榜的性能数据,对未来中国大陆高性能计算机的发展趋势进行了分析预测。根据新的数据,我们认为:峰值Exaflops的机器将在2021年到2022年间出现。

关键词：高性能计算机 TOP100 排行榜性能分析

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2019年中国高性能计算机发展现状分析与展望

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数据与计算发展前沿 2020年第1期2卷 18-26页

作者：张云泉袁良袁国兴李希代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

【目的】本文根据2019年11月发布的中国高性能计算机TOP100排行榜的数据,对国内高性能计算机的发展现状从总体性能、制造商、行业领域等方面进行了深入分析。【结果】中国TOP100的平均Linpack性能继续保持比国际TOP500平均Linpack性能... 详细信息

【目的】本文根据2019年11月发布的中国高性能计算机TOP100排行榜的数据,对国内高性能计算机的发展现状从总体性能、制造商、行业领域等方面进行了深入分析。【结果】中国TOP100的平均Linpack性能继续保持比国际TOP500平均Linpack性能高的局面,且TOP100的入门性能门槛仍然超过TOP500。中国TOP100上的超级计算系统依然全部都是国产超算系统,曙光和联想并列为数量冠军,曙光、联想和浪潮三强争霸的局面继续保持和加强。【结论】在此基础上,本文根据十八届排行榜的性能数据,对未来中国大陆高性能计算机的发展趋势进行了分析预测。根据新的数据,我们认为:峰值Exaflops的机器将在2020年到2021年间出现;峰值10Exaflops的机器将在2022年到2023年间出现;峰值100Exaflops的机器将在2024年到2025年间出现。

关键词：高性能计算机 TOP100 排行榜性能分析

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共形转塔气动光学效应时空特性研究（英文）

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应用光学 2019年第6期40卷 1022-1032页

作者：路大举张凯董航徐明苏华中国工程物理研究院高能激光重点实验室四川绵阳621900 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京100094

研究了相同马赫数、相近雷诺数、不同口径(400 mm和2 000 mm)共形转塔的气动光学效应,系统地给出了发射方向不同时气动光学效应导致的光束倾斜角和光束质量因子的时间变化特性、统计特性以及时间相关特性。发现多数场景下气动光学效应... 详细信息

研究了相同马赫数、相近雷诺数、不同口径(400 mm和2 000 mm)共形转塔的气动光学效应,系统地给出了发射方向不同时气动光学效应导致的光束倾斜角和光束质量因子的时间变化特性、统计特性以及时间相关特性。发现多数场景下气动光学效应中平均流场效应占主要部分,平均流场效应的特征频率由绕流流场的特征频率决定。尺寸效应的研究表明,缩比实验可以有效模拟实际飞行状态下气动光学效应的统计特性,但无法准确模拟其时间相关特性。开展了前向发射时发射方向的优化选择,指出发射方向在中轴线上天顶角约为40°时,气动光学效应导致的波前畸变统计值和涨落值最小,并且发射光束半径增加会导致平均流场效应快速增加,但湍流效应基本不变。

关键词：砖塔半径平均流场效应湍流效应光束质量倾斜

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深度学习:材料微结构与物性研究中的新动力

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现代物理 2019年第6期9卷 263-276页

作者：卢果段素青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

材料的微结构决定了其宏观性质。传统的自下而上的多尺度方法提供了研究微结构和物性关联的整体思路,但针对材料的微观、介观和宏观建模都存在诸多困难,其中不同尺度描述的衔接就极具挑战。随着计算能力以摩尔定律式的提升,和人工智能... 详细信息

材料的微结构决定了其宏观性质。传统的自下而上的多尺度方法提供了研究微结构和物性关联的整体思路,但针对材料的微观、介观和宏观建模都存在诸多困难,其中不同尺度描述的衔接就极具挑战。随着计算能力以摩尔定律式的提升,和人工智能特别是深度学习的爆炸式进展,基于数据驱动的材料研究成当今世界的研究热点,并在晶体结构预测、稳定性分析、状态方程、光学性质、化学合成等领域都取得了很好的应用效果。深度学习的快速计算和可靠的预测能力能够极大的提升材料模拟效率。其广泛适用性为材料微结构与多尺度模拟中的一些传统难题提供了新的研究思路,有望促进材料微结构与物性的研究,为基于微介观机理的宏观物性建模、满足工程应用要求的材料性质预测提供了新的研究方向。本文将简要介绍深度学习的原理及常用的神经网络类型,概述材料微结构与多尺度建模中的主要方法,随后介绍深度学习在材料微结构与物性研究中的进展,并展望该方法在材料多尺度模拟领域中的发展。

关键词：深度学习材料微结构与物性多尺度模拟

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基于离散Boltzmann方法的微尺度流动与传热特性研究

基于离散Boltzmann方法的微尺度流动与传热特性研究

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第十一届全国流体力学学术会议

作者：张玉东许爱国邱京江卫洪涛卫荣汉郑州大学力学与安全工程学院力学系北京应用物理与计算数学研究所计算物理实验室

随着微流控芯片和微机电系统(MEMS)的飞速发展,微尺度下的流动与传热特性逐渐成为人们关注的热点。在微米尺度下,流体的流动与传热特性表现出与宏观尺度迥异的特征,比如壁面附近的速度滑移、温度跳变和Knudsen层,热蠕动效应,非傅里叶导... 详细信息

随着微流控芯片和微机电系统(MEMS)的飞速发展,微尺度下的流动与传热特性逐渐成为人们关注的热点。在微米尺度下,流体的流动与传热特性表现出与宏观尺度迥异的特征,比如壁面附近的速度滑移、温度跳变和Knudsen层,热蠕动效应,非傅里叶导热特性等。其主要原因是在微尺度下,流体分子与流道的特征尺度相比不再是一个可以忽略的小量,因此传统基于连续介质假设的的宏观流体模型难以准确描述微尺度下的流体流动与传热特征。此时需要考虑对流体方程进行修正,或直接从微介观角度对流体系统进行建模。本文将介绍基于Boltzmann方程的介观动理学模型(离散Boltzmann方法,DBM)的建模思路以及其在微尺度流动与传热应用方面的最新进展,包括不同阶次DBM对于速度滑移的描述性能分析,DBM在液体流动建模方面的进展,微尺度流动与传热的壁面效应以及微尺度流动非平衡特性的动理学机理等。

关键词：微机电系统壁面效应动理学模型离散Boltzmann方法

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