检索结果-内蒙古大学图书馆

物理学报 2023年第16期72卷 86-93页

作者：朱宇豪袁翔吴勇王建国西安建筑科技大学理学院西安710055 北京应用物理与计算数学研究所计算物理重点实验室北京100084

重粒子碰撞中的电子转移涉及复杂的电子关联机制,极大地影响等离子体中电荷态平衡,也是X射线的辐射的重要来源之一.电子转移截面与速率系数是国防工业发展核聚变等离子体所需要的重要原子参数.基于全量子的非辐射分子轨道密耦合方法,系... 详细信息

重粒子碰撞中的电子转移涉及复杂的电子关联机制,极大地影响等离子体中电荷态平衡,也是X射线的辐射的重要来源之一.电子转移截面与速率系数是国防工业发展核聚变等离子体所需要的重要原子参数.基于全量子的非辐射分子轨道密耦合方法,系统研究了质子碰撞硼原子在10^(-3)-10^(3)eV/u能量区间内的硼原子电子转移过程.计算采用多参考组态方法得到总共15个电子转移、激发以及弹性散射的通道,每个通道对应的分子态能量得到了与实验符合较好的结果.分子态的绝热势能曲线间的避免交叉现象明显,构成了电子转移的主要途径.计算发现,质子碰撞硼原子过程中2s轨道的电子转移是占主导地位,2p轨道的电子转移贡献较小.在低能区,电子转移截面出现了明显的量子共振现象,这些共振主要来源于不同能量通道的耦合.此外,还计算了不同温度下的质子碰撞硼原子的电子转移速率,该速率可为复杂等离子体环境的模拟诊断提供重要的原子参数支持.

关键词：电子转移重粒子碰撞势能曲线

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交错网格上基于相交重映的两步欧拉法

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计算物理 2024年

作者：宫翔飞郭少冬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

采用拉氏时间推进加重映到初始网格的方式，在结构化交错欧拉网格上实现了一种新型的两步欧拉法。拉氏时间推进采用预估-校正方法，混合网格的拉氏计算中引入了压力松弛模型。用MOF(Moment of Fluid)重构显式界面，将混合网格剖分为多... 详细信息

采用拉氏时间推进加重映到初始网格的方式，在结构化交错欧拉网格上实现了一种新型的两步欧拉法。拉氏时间推进采用预估-校正方法，混合网格的拉氏计算中引入了压力松弛模型。用MOF(Moment of Fluid)重构显式界面，将混合网格剖分为多个介质多面体，实现了精确的相交重映。考虑到已有拉氏网格与拉氏网格相交算法的低效性，实现了与两步欧拉法更适配的拉氏网格与欧拉网格相交算法。数值模拟结果表明，在欧拉框架下构造显式界面，能够提高欧拉方法对界面的分辨能力，本文构造显式界面进行相交重映的算法具有健壮且高效的特点，在大变形模拟中也可以保持较好的完整性。

关键词：两步欧拉法相交重映多介质交错网格

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扩散方程的Picard与迎风型Newton自适应组合迭代算法

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中国科学:数学 2024年

作者：袁光伟杭旭登北京应用物理与计算数学研究所

Picard迭代与Newton迭代是求解非线性扩散方程常用的非线性迭代方法.将非线性扩散方程先进行Newton线性化,形成一个线性对流扩散方程,再将其扩散项进行中心型离散,对流项进行迎风离散,即可得到所谓的迎风型Newton迭代方法.本文的一个创... 详细信息

Picard迭代与Newton迭代是求解非线性扩散方程常用的非线性迭代方法.将非线性扩散方程先进行Newton线性化,形成一个线性对流扩散方程,再将其扩散项进行中心型离散,对流项进行迎风离散,即可得到所谓的迎风型Newton迭代方法.本文的一个创新点是,给出Picard与迎风型Newton自适应组合的迭代算法.该算法初始采用大范围整体收敛的Picard迭代,而在局部依据每条网格单元边上迭代变差的大小,实现Picard迭代与迎风型Newton迭代之间自动切换,避免了传统的线搜索等耗时且复杂的技术.本文的另一个创新点是,证明迎风型Newton迭代方法的收敛性.其中一个有意义的推论是,如果某一步迭代解具有一阶精度,则迎风型Newton迭代给出的下一步迭代解即可达到二阶精度.数值算例验证了新的自适应组合迭代算法兼顾高效和健壮,与常用的Picard迭代和Newton迭代算法相比,新算法在计算速度上也具有明显的优势.

关键词：自适应组合迭代算法 Picard迭代迎风Newton迭代非线性扩散方程

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从美国EMPIRE软件看大型高功率脉冲电磁等离子体程序研发趋势

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电波科学学报 2024年第5期39卷 827-835,957页

作者：董志伟董烨薛碧曦周海京北京应用物理与计算数学研究所北京100094

EMPIRE软件是美国针对下一代高性能计算平台开发的电磁等离子体模拟软件,可用于高置信度地开展高功率脉冲产生、传输以及与物质互作用的全过程模拟。解读EMPIRE软件的研制进展对发展大型高功率脉冲电磁等离子体软件具有重要借鉴意义。... 详细信息

EMPIRE软件是美国针对下一代高性能计算平台开发的电磁等离子体模拟软件,可用于高置信度地开展高功率脉冲产生、传输以及与物质互作用的全过程模拟。解读EMPIRE软件的研制进展对发展大型高功率脉冲电磁等离子体软件具有重要借鉴意义。首先分析了EMPIRE软件的架构及数学物理方案,然后着重讨论了其性能可移植性的软件特征和各子模块的算法特点,最后结合具体的应用案例展示了EMPIRE的强大计算能力。解读EMPIRE的启示包括如下几点:使用异构架构是实现未来E级(百亿亿次级)计算能力部署的关键点;研制灵活的功能模块,开展分层级的建模计算,最后拉通整个物理过程链条模拟,能够有效发挥装置指标的数值评估作用;多团队协作共同开发是丰富软件功能的基础;软件的置信度需要全方位的验证与确认。

关键词：等离子体数值模拟 EMPIRE软件高功率脉冲粒子-流体混合模拟性能可移植性

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真实气体的一种近似冲击波关系式

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计算物理 2024年第3期41卷 308-315页

作者：薛社生朱希睿北京应用物理与计算数学研究所北京100094

以接近理想气体状态方程的取至第二维里系数的维里方程,作为考虑稠密效应的真实气体状态方程。利用冲击波基本关系式,依维里方程所包含的小参数,用摄动法求得冲击波后气体密度、压力及速度随冲击波速度及冲击波马赫数变化的显式表达式... 详细信息

以接近理想气体状态方程的取至第二维里系数的维里方程,作为考虑稠密效应的真实气体状态方程。利用冲击波基本关系式,依维里方程所包含的小参数,用摄动法求得冲击波后气体密度、压力及速度随冲击波速度及冲击波马赫数变化的显式表达式。结果显示,对相同的波前参数和冲击波马赫数,与理想气体相比,所得波后压力、速度及密度较低,尤其是密度,且二者的差异随冲击波马赫数增大而增大,随初始气体密度增大而增大,反映了气体分子自身体积和排斥作用的影响。理想气体的冲击波关系,可以视为本文所得冲击波关系的零级近似。这些关系适用于密度大约低于100 kg·m-3的气体,便于作冲击波性质和波后参数的分析。

关键词：冲击波状态方程维里方程摄动法

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基于界面重构的三维弹塑性MMALE计算方法

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计算物理 2024年第5期41卷 607-618页

作者：郭少冬周海兵熊俊北京应用物理与计算数学研究所北京100094

针对弹塑性流体特点,通过弹塑性混合网格封闭模型、三维大变形网格上界面重构以及保物理特性弹塑性量重映方法等技术,给出一种适应弹塑性流体的三维MMALE(multi-material arbitrary Lagragian-Eulerian)算法。首先,在混合网格封闭模型方... 详细信息

针对弹塑性流体特点,通过弹塑性混合网格封闭模型、三维大变形网格上界面重构以及保物理特性弹塑性量重映方法等技术,给出一种适应弹塑性流体的三维MMALE(multi-material arbitrary Lagragian-Eulerian)算法。首先,在混合网格封闭模型方面,针对传统体模量加权模型应用于弹塑性流体导致的压力不平衡问题,通过引入松弛机制和自适应松弛系数,实现压力平衡,同时该封闭模型无须迭代,避免了在迭代过程可能遇到的不收敛问题,提升了健壮性;在界面重构方面,针对三维多面体网格由于变形及三维特殊性导致的守恒性问题,通过引入逐级表面三角化算法,实现了适应三维任意多面体网格上的严格守恒的界面重构。在弹塑性量重映方面,针对偏应力按分量重映后导致的张量性质破坏,应变能不守恒的问题,通过引入对应力张量不变量的重映,实现重映后应力不破坏屈服准则,并保持应变能的守恒性。最后,采用MMALE算法对典型算例进行数值模拟,验证了其正确性和处理大变形问题的健壮性。

关键词：弹塑性多介质界面重构 MMALE

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基于CIMI模型的高空核爆电子环向分布演化过程模拟研究

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物理学报 2025年第6期74卷 287-297页

作者：罗哲楷孙强谢伦濮祖荫宗秋刚刘鹰周前红傅绥燕北京大学地球与空间科学学院北京100871 北京应用物理与计算数学研究所北京100094

高空核爆过程会向内磁层注入大量相对论性电子,形成人工辐射带,这些高能电子可能对航天器造成显著影响.本文利用CIMI模型(comprehensive inner magnetosphere-ionosphere model)模拟研究了核爆注入的电子由局地集中分布向环向均匀分布... 详细信息

高空核爆过程会向内磁层注入大量相对论性电子,形成人工辐射带,这些高能电子可能对航天器造成显著影响.本文利用CIMI模型(comprehensive inner magnetosphere-ionosphere model)模拟研究了核爆注入的电子由局地集中分布向环向均匀分布演化的过程,揭示了人工辐射带形成过程中电子团表现出的螺旋包围、环向膨胀与扩散均匀的行为特征.对初始时刻集中在L=1:1—2:2、环向覆盖1个时区左右的核爆电子进行的数值模拟表明,核爆注入电子主要通过螺旋包围过程演化至环向均匀分布,扩散作用的贡献相对较小.电子注入后,在地球磁场的约束下做自西向东环绕地球的漂移运动.外侧电子漂移速度更快,因此注入电子团会在环向上剪切拉伸,以螺旋线结构包围地球.此外,研究还发现螺旋结构的形成过程伴随有电子的环向膨胀,主要由漂移过程中能量色散和投掷角色散机制驱动.不同能量和投掷角的电子漂移速度不同,因此逐渐环向分离,造成环向分布范围扩展,填充螺旋结构的间隙.在通过形成螺旋结构与环向膨胀包围地球后,核爆注入的高能电子进一步通过扩散作用演变为环向均匀分布的结构,形成相对稳定的人工辐射带.

关键词：高空核爆人工辐射带 Fokker-Planck 方程电子扩散

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多物理耦合计算中动态输运问题高效蒙特卡罗模拟方法

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物理学报 2022年第9期71卷 10-16页

作者：上官丹骅闫威华魏军侠高志明陈艺冰姬志成北京应用物理与计算数学研究所北京100094

多物理耦合计算在众多领域都有重要应用.如果其包含粒子输运过程,用蒙特卡罗方法模拟粒子输运常占据大部分的计算时间,因此多物理耦合计算中动态输运问题的高效蒙特卡罗模拟方法意义重大,其不可避免地依赖于大规模并行.基于动态输运问... 详细信息

多物理耦合计算在众多领域都有重要应用.如果其包含粒子输运过程,用蒙特卡罗方法模拟粒子输运常占据大部分的计算时间,因此多物理耦合计算中动态输运问题的高效蒙特卡罗模拟方法意义重大,其不可避免地依赖于大规模并行.基于动态输运问题的特点,本文提出了两种新方法:一是针对输运燃耗耦合计算的新型计数规约算法;二是动态输运计算样本数自适应算法.两种算法都能在保持计算结果基本不变的前提下使计算时间大幅减少,从而提高了效率.

关键词：多物理耦合计算动态输运蒙特卡罗方法

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强冲击加载下延性金属卸载熔化损伤/破碎问题的物理建模及其应用

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物理学报 2022年第24期71卷 278-286页

作者：张凤国刘军何安民赵福祺王裴北京应用物理与计算数学研究所北京100094

强冲击下金属材料卸载熔化损伤/破碎问题是惯性约束聚变和武器工程等领域关注的关键问题之一,基于强冲击金属材料卸载熔化状态下损伤演化过程的特点以及已有的研究,本工作聚焦于解析熔融状态下材料内部孔洞分布特征的演化规律,明确损伤... 详细信息

强冲击下金属材料卸载熔化损伤/破碎问题是惯性约束聚变和武器工程等领域关注的关键问题之一,基于强冲击金属材料卸载熔化状态下损伤演化过程的特点以及已有的研究,本工作聚焦于解析熔融状态下材料内部孔洞分布特征的演化规律,明确损伤演化中后期的孔洞汇合模式,并给出相应的孔洞汇合判据,揭示惯性效应、温度效应以及孔洞汇合对损伤发展和孔洞分布特征变化的影响机理;建立损伤材料孔洞化失稳断裂与材料破碎颗粒度分布特性之间的关联,进而实现金属材料卸载熔化损伤/破碎全过程的物理描述.与现有的物理模型相比,采用新给出的物理模型计算得到的材料卸载熔化损伤/破碎颗粒度分布结果更接近实验回收统计结果.研究成果不仅加深强加载下材料动态损伤演化/破碎机理的物理认识,提升工程结构以及内爆过程材料动态破坏精细化数值模拟结果的置信度,也可以为结构设计优化和性能评估提供物理支持.

关键词：层裂损伤卸载熔化孔洞汇合破碎颗粒度物理描述

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孔洞增长层裂模型的改进及其在模拟不同加载波形层裂实验结果方面的应用

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爆炸与冲击 2024年第5期44卷 48-53页

作者：张凤国王裴王言金胡建波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冲击波物理与爆轰物理全国重点实验室四川绵阳621999

冲击波在靶板自由面反射导致靶板材料内部产生动态拉伸层裂损伤是材料的典型损伤破坏形式之一,材料的初始微结构、冲击加载的强度和应变率、温度等因素直接影响材料内部的损伤演化过程。靶板自由面速度曲线变化间接反映材料内部损伤的... 详细信息

冲击波在靶板自由面反射导致靶板材料内部产生动态拉伸层裂损伤是材料的典型损伤破坏形式之一,材料的初始微结构、冲击加载的强度和应变率、温度等因素直接影响材料内部的损伤演化过程。靶板自由面速度曲线变化间接反映材料内部损伤的演化过程,在层裂损伤物理模型研究方面,目前采用适宜的层裂损伤模型较好地模拟不同冲击加载波形下靶板自由面速度曲线的相关文献很少,主要借助实验手段探讨加载波形与自由面速度曲线变化以及层裂损伤演化过程之间的关联。对于孔洞增长层裂损伤模型,通过解析加载应变率与层裂强度以及损伤模型初始损伤参数之间的相互关系,给出了模型初始损伤参数的计算方法,有效地将损伤模型初始损伤参数与加载应变率关联在一起。该计算方法不仅可以较好地模拟方波、三角波以及泰勒波冲击加载铝材料层裂实验的自由面速度曲线,同时,计算得到的层裂强度和层裂片厚度也与实验结果符合。此外,还进一步分析了靶板内部不同位置的初始损伤、层裂强度的分布与应变率之间的关联,以及其对自由面速度曲线的影响。

关键词：冲击加载波形层裂损伤自由面速度数值分析

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