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数学力学物理学高新技术交叉研究进展 ——中国交叉科学学会第十七届学术年会

作者：许爱国张广财北京应用物理与计算数学研究所计算物理国家重点实验室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

本文概述我们课题组近十年来在非平衡流动物理建模与模拟方面的思考与进展。

关键词：物理建模物理学 DBM 非平衡流动复杂流动

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直角通道内悬浮混合粉尘云团的温压效应数值模拟

直角通道内悬浮混合粉尘云团的温压效应数值模拟

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2018第十二届全国爆炸力学学术会议

作者：昝文涛王成洪滔董贺飞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京100094

本文采用CE/SE(时空守恒元解元)方法求解两相流模型数值模拟了空气中均匀分布的Al-RDX混合粉尘云团在直角通道内的温压效应。粉尘云团爆轰产生的冲击波与固壁作用后在壁面附近会形成局部高压区域，冲击波在拐角区域产生绕射。粉尘云团...

本文采用CE/SE(时空守恒元解元)方法求解两相流模型数值模拟了空气中均匀分布的Al-RDX混合粉尘云团在直角通道内的温压效应。粉尘云团爆轰产生的冲击波与固壁作用后在壁面附近会形成局部高压区域，冲击波在拐角区域产生绕射。粉尘云团爆轰形成的火球在拐角区域产生绕射现象，并在拐角区域形成低温涡区，当反射波与火球发生作用后会大幅提升火球温度。

关键词：

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强动载作用下孔洞汇合对延性金属层裂损伤演化过程的影响

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爆炸与冲击 2016年第5期36卷 596-602页

作者：张凤国周洪强胡晓棉王裴邵建立冯其京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

针对强动载作用下延性金属的层裂问题,在分析孔洞之间几何关联的基础上,定义了一个新的耦合损伤及孔洞几何信息的孔洞汇合判定方法,同时,基于能量守恒原理,解析了孔洞汇合对损伤快速增长影响的物理机理.通过分析数值计算结果和对比相关... 详细信息

针对强动载作用下延性金属的层裂问题,在分析孔洞之间几何关联的基础上,定义了一个新的耦合损伤及孔洞几何信息的孔洞汇合判定方法,同时,基于能量守恒原理,解析了孔洞汇合对损伤快速增长影响的物理机理.通过分析数值计算结果和对比相关文献的实验可知:孔洞汇合后不仅引起损伤增长,而且导致了损伤材料内部微孔洞数目的减少、孔洞平均尺寸的增加。

关键词：固体力学层裂强动载延性金属孔洞汇合损伤演化

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各向异性扩散方程的高精度算法

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数值计算与计算机应用 2017年第4期38卷 312-326页

作者：宋淑红王双虎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实验室北京100088

针对多介质各向异性扩散方程,本文设计了一种非结构多边形网格高精度有限体积计算格式.为了能适应网格大变形,在构造格式框架时除了用到单元中心量外还引入了节点量作为中间变量,并通过推广孪生逼近算法于各向异性扩散系数情形消除节点... 详细信息

针对多介质各向异性扩散方程,本文设计了一种非结构多边形网格高精度有限体积计算格式.为了能适应网格大变形,在构造格式框架时除了用到单元中心量外还引入了节点量作为中间变量,并通过推广孪生逼近算法于各向异性扩散系数情形消除节点量,使算法回归于单元中心量计算流程.数值算例表明,该方法能较好适应大变形网格及间断系数各向异性扩散方程计算.

关键词：各向异性扩散系数孪生逼近节点量计算方法大变形网格

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氧碘化学激光器数值模拟中的多块并行通信算法

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计算机研究与发展 2016年第5期53卷 1166-1172页

作者：郭红李艳安恒斌北京应用物理与计算数学研究所北京100094 计算物理重点实验室(北京应用物理与计算数学研究所) 北京100094

为实现氧碘化学激光器大规模数值模拟,基于JASMIN(J parallel adaptive structured mesh applications infrastructure)框架设计实现了氧碘化学激光器数值模拟的多块并行通信算法.该算法针对模拟中构造多块结构网格间通信关系困难、氧... 详细信息

为实现氧碘化学激光器大规模数值模拟,基于JASMIN(J parallel adaptive structured mesh applications infrastructure)框架设计实现了氧碘化学激光器数值模拟的多块并行通信算法.该算法针对模拟中构造多块结构网格间通信关系困难、氧碘化学激光器数值模拟填充物理边界复杂以及网格块内块间通信调度策略不统一等通信问题,实现了块间关系自动识别算法用以自动识别多块结构网格间通信关系,构造了特殊物理边界数据结构帮助实现物理边界的填充,并采用了统一的通信调度策略以降低通信时间.数值结果表明:该算法解决了氧碘化学激光器大规模数值模拟中的通信问题,并很好地模拟了氧碘化学激光器装置,使用简单,可以扩展到上千个处理器核.

关键词：氧碘化学激光器大规模计算多块结构网格并行通信算法 JASMIN

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Rayleigh-Taylor不稳定性弱非线性阶段界面效应对谐波的影响

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气体物理 2018年第3期3卷 18-25页

作者：刘万海于长平黄玉梅梅杨叶文华绵阳师范学院计算物理研究中心四川绵阳621000 中国科学院力学研究所高温气体动力学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

为了更好地理解不同空间坐标系下流体界面对Rayleigh-Taylor(RT)不稳定性弱非线性阶段谐波的影响,文章采用3阶小扰动展开法,解析研究了球坐标空间经典RT不稳定性弱非线性阶段谐波的演化规律,并和柱坐标空间以及直角坐标空间相应结果进... 详细信息

为了更好地理解不同空间坐标系下流体界面对Rayleigh-Taylor(RT)不稳定性弱非线性阶段谐波的影响,文章采用3阶小扰动展开法,解析研究了球坐标空间经典RT不稳定性弱非线性阶段谐波的演化规律,并和柱坐标空间以及直角坐标空间相应结果进行了对比研究.当球坐标系和直角坐标系中RT不稳定性界面扰动波长相同,球坐标系中初始扰动半径为无穷大时(即球坐标下RT不稳定性初始扰动半径相对于扰动波长为无穷大时),球坐标下RT不稳定性前4次谐波的结果和直角坐标系下的相应结果相同.研究表明:由初始界面曲率引起的BellPlesset(BP)效应和空间效应(直角坐标空间、柱坐标空间和球坐标空间)对谐波发展有较大的影响.即在不同正交曲线坐标系下,不同曲率的流体界面效应对RT不稳定性谐波发展有较大的影响.对于柱坐标空间和球坐标空间,2阶对0次谐波的反馈加强了界面向内收缩.研究还表明:界面效应增加了2次谐波的负反馈,然而,对于基模和3次谐波却有不同的影响.

关键词： Rayleigh-Taylor不稳定性谐波小参数展开法界面效应弱非线性

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爆轰波对碰驱动平面锡飞层的动力学及动载行为特征研究

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物理学报 2016年第2期65卷 223-230页

作者：陈大伟王裴孙海权蔚喜军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

强冲击下的物质变形、破坏及诱发的轻重介质混合问题,是内爆压缩科学和工程应用领域的研究重点.本文针对爆轰波对碰条件下的复杂加载动力学过程及其动载破坏形态特征,开展数值模拟研究与极曲线理论分析.设计了爆轰波对碰驱动平面锡飞层... 详细信息

强冲击下的物质变形、破坏及诱发的轻重介质混合问题,是内爆压缩科学和工程应用领域的研究重点.本文针对爆轰波对碰条件下的复杂加载动力学过程及其动载破坏形态特征,开展数值模拟研究与极曲线理论分析.设计了爆轰波对碰驱动平面锡飞层的计算模型,获得了爆轰加载动力学过程及波系相互作用物理图像,分析了锡飞层对碰区自由表面速度历史的典型特征.给出了锡飞层中折射激波对碰发生马赫反射的临界条件,解读了三波结构的传播行为,阐明了对碰区内存在"一维正冲击"区域,一维区外存在单次斜冲击向两次斜冲击过渡的复杂加载动力学过程,提出了对碰区冲击动力学模型,揭示了影响对碰区动载行为特征的机理.数值模拟结果与极曲线理论分析结果相互印证,符合较好.本文的研究成果,将为深入理解和解读对碰区特殊的物质破坏及混合现象提供重要的理论支撑.

关键词：对碰区加载动力学动载行为数值模拟极曲线理论

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凝聚炸药爆轰波在高声速材料界面上的折射现象分析

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物理学报 2016年第2期65卷 231-240页

作者：于明刘全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

凝聚炸药爆轰在边界高声速材料约束下传播时,爆轰波会在约束材料界面上产生复杂的折射现象.本文针对凝聚炸药爆轰波在高声速材料界面上的折射现象展开理论和数值模拟分析.首先通过建立在爆轰ZND模型上的改进爆轰波极曲线理论给出爆轰波... 详细信息

凝聚炸药爆轰在边界高声速材料约束下传播时,爆轰波会在约束材料界面上产生复杂的折射现象.本文针对凝聚炸药爆轰波在高声速材料界面上的折射现象展开理论和数值模拟分析.首先通过建立在爆轰ZND模型上的改进爆轰波极曲线理论给出爆轰波折射类型,然后发展一种求解爆轰反应流动方程的基于特征理论的二阶单元中心型Lagrange计算方法来数值模拟典型的爆轰波折射过程.从改进爆轰波极曲线理论和二阶Lagrange方法数值模拟给出的结果看出,凝聚炸药爆轰波在高声速材料界面上的折射类型有四种:反射冲击波的正规折射、带束缚前驱波的非正规折射、带双Mach反射的非正规折射、带λ波结构的非正规折射.

关键词：爆轰波高声速材料折射爆轰ZND模型

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基于离散Boltzmann方法的可压缩流体Rayleigh-Taylor不稳定性的非平衡效应研究

基于离散Boltzmann方法的可压缩流体Rayleigh-Taylor不稳定性的非...

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第十届全国流体力学学术会议

作者：赖惠林许爱国张广财福建师范大学大学数学与信息学院福建省分析数学及应用重点实验室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

本文使用微介观离散Boltzmann方法数值模拟研究可压缩流体系统中多模初始扰动情况下的Rayleigh-Taylor (RT)不稳定性。由于RT不稳定性演化过程中涉及到高应变率、多尺度、非均匀和动态物理场,系统存在着大量的复杂界面,界面附近的非平... 详细信息

本文使用微介观离散Boltzmann方法数值模拟研究可压缩流体系统中多模初始扰动情况下的Rayleigh-Taylor (RT)不稳定性。由于RT不稳定性演化过程中涉及到高应变率、多尺度、非均匀和动态物理场,系统存在着大量的复杂界面,界面附近的非平衡效应(流动非平衡+热动非平衡)极其丰富、极其复杂!基于连续介质假设的传统流体模型(Euler或Navier-Stokes方程)不足以描述如此丰富复杂的非平衡行为,而微观分子动力学或者蒙特卡洛等方法能够模拟的时间和空间尺度又太小,因而对其进行物理建模、模拟和分析均具有较强的挑战性。基于非平衡统计物理的离散Boltzmann方法是近年来应此需求而发展起来的一种全新的微介观动理学建模方法。除了可以给出传统连续流体模型的行为特征之外,还可以提供目前仍然知之甚少的、传统连续流体模型不易给出的、对于我们从物理上把握非平衡系统有帮助的、与我们关注的宏观流动特征关系最密切的热动非平衡行为。本文着重研究多模初始扰动情况下RT不稳定性的宏观流动非平衡与相伴随的微介观热动非平衡效应,给出一些规律性认识。在非平衡流动过程描述方面,离散玻尔兹曼模型具有一定程度的跨尺度自适应性。

关键词： Rayleigh-Taylor不稳定性可压缩流体离散Boltzmann方法非平衡效应

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考虑互耦的阵列天线辐射近场近似计算方法

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微波学报 2017年第2期33卷 22-27页

作者：王卫杰陈晓洁周海京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复杂电磁环境实验室绵阳621900 北京应用物理与计算数学研究所北京100088

针对大规模阵列天线辐射近场电磁兼容性问题,基于有源单元方向图原理和子阵信息的综合方法计算了大规模阵列天线辐射近场场强的分布。该方法采用等效技术获取大规模阵列天线的端口特性,进一步结合天线单元的远场数据综合分析得到大规模... 详细信息

针对大规模阵列天线辐射近场电磁兼容性问题,基于有源单元方向图原理和子阵信息的综合方法计算了大规模阵列天线辐射近场场强的分布。该方法采用等效技术获取大规模阵列天线的端口特性,进一步结合天线单元的远场数据综合分析得到大规模阵列天线的近场分布;计算结果表明,在满足天线单元辐射远场条件下,该方法能够准确计算出大规模阵列天线的辐射近场分布。相较于全波分析,本方法在保证精度的同时,提高了计算效率,并且具有良好的灵活性。通过全波分析的数值算例验证了该方法的正确性。

关键词：大规模阵列天线辐射近场有源单元方向图转移相位中心

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