检索结果-内蒙古大学图书馆

力学学报 2022年第3期54卷 746-761页

作者：张腾刘铖张志娟刘绍奎北京理工大学宇航学院北京100081 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 北京空间飞行器总体设计部北京100094

基于李群局部标架(local frame of Lie group,LFLG)的多柔体系统动力学建模方法可自然消除刚体运动带来的几何非线性,使系统的广义弹性力、广义惯性力及其雅可比矩阵满足刚体运动的不变性.本文融合李群局部标架思想和基于连续体(continu... 详细信息

基于李群局部标架(local frame of Lie group,LFLG)的多柔体系统动力学建模方法可自然消除刚体运动带来的几何非线性,使系统的广义弹性力、广义惯性力及其雅可比矩阵满足刚体运动的不变性.本文融合李群局部标架思想和基于连续体(continuum-based,CB)的壳理论,提出基于SE(3)群局部标架的5自由度(degrees of freedom,Dofs)CB壳单元.与SE(3)群局部标架下几何精确壳单元相比,该单元大大简化了插值带来的复杂性,离散应变张量自然满足客观性.同时,该单元在线性化过程中不存在有限元离散与变分操作先后顺序的问题,进一步简化了广义弹性力及其雅可比矩阵的计算.为方便处理组合体结构,在5 Dofs CB壳单元基础上,通过中面变形梯度张量的极分解建立壳单元中面运动与自转(drilling)自由度之间的关系,提出基于SE(3)群局部标架的6 Dofs CB壳单元.为提高单元收敛精度,采用Hellinger-Reissner两场变分原理缓解单元面内闭锁,采用假设自然应变(assumed natural strain,ANS)法缓解横向剪切闭锁.通过5个静力学算例验证了CB壳单元的收敛精度,通过一个动力学算例验证了CB壳单元可消除刚体运动带来的几何非线性.

关键词：李群局部标架 SE(3)群几何非线性 CB壳理论闭锁缓解技术

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用于腔体内电磁脉冲模拟的三维并行全电磁粒子方法

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强激光与粒子束 2021年第12期33卷 97-102页

作者：孟雪松李光荣赵振国燕朝叙张玲玉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

X射线辐照飞行器等腔体在其内部产生的腔体内电磁脉冲,会干扰其内部电子系统的正常工作,进而影响飞行器的运行和生存。介绍一种三维并行全电磁粒子方法,用于模拟X射线辐照腔体在其内部产生的瞬态电磁脉冲响应。在这一数值方法中,时域有... 详细信息

X射线辐照飞行器等腔体在其内部产生的腔体内电磁脉冲,会干扰其内部电子系统的正常工作,进而影响飞行器的运行和生存。介绍一种三维并行全电磁粒子方法,用于模拟X射线辐照腔体在其内部产生的瞬态电磁脉冲响应。在这一数值方法中,时域有限差分方法和Particle-in-Cell方法用来求解瞬态电磁场的产生和带电粒子运动之间的耦合关系,有效电流分配方法用来计算瞬态电磁场产生的源项。该方法基于JASMIN并行框架实现,可模拟含数亿网格和数亿粒子的三维腔体结构的内电磁脉冲响应,且具备大规模并行的优势。用这一方法来模拟圆柱腔体在X射线辐照下的腔体内电磁脉冲响应,其计算结果与文献结果吻合较好,验证了算法的有效性和正确性。

关键词：系统电磁脉冲腔体内电磁脉冲三维并行全电磁粒子方法 Particle-in-Cell方法

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二维球坐标系中子输运方程的一种并行SN算法

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计算物理 2022年第2期39卷 143-152页

作者：蔡颖张存波刘旭范征锋刘元元徐小文张爱清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 中物院高性能数值模拟软件中心北京100088 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

针对二维球坐标系下中子输运方程的SN算法,提出基于(单元,方向)二元组的有向图模型,在已有的基于有向图的并行流水线算法基础上,设计粒度可控多级并行SN算法。其中,采用区域分解和并行流水线相结合的方式挖掘空间-角度方向的并行度,提... 详细信息

针对二维球坐标系下中子输运方程的SN算法,提出基于(单元,方向)二元组的有向图模型,在已有的基于有向图的并行流水线算法基础上,设计粒度可控多级并行SN算法。其中,采用区域分解和并行流水线相结合的方式挖掘空间-角度方向的并行度,提出能群流水并行方法,并通过设置合适的流水线粒度来平衡有向图调度、通信和空闲等待开销。实验结果表明:该算法可以有效地求解二维球坐标系下的中子输运方程。在某国产并行机1920核上,对于96万网格、60个方向、24能群、数十亿自由度的典型中子输运问题,获得了71%的并行效率。

关键词：中子输运方程源迭代SN算法有向图并行算法

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钢筋混凝土结构改进型分离式数值模型

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爆炸与冲击 2022年第6期42卷 133-144页

作者：曾繁冯晓伟黄超徐权肖桂仲田荣中国工程物理研究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总体工程研究所四川绵阳621999 南京理工大学理学院江苏南京210094

提出一种考虑粘结滑移效应的钢筋混凝土改进型分离式数值模型。在混合物理论基础上,该模型兼顾混凝土基体和钢筋的力学行为,且基于钢筋混凝土界面粘结滑移模型,获得了钢筋等效模型。改进型分离式数值模型由于对钢筋及其界面无显式离散要... 详细信息

提出一种考虑粘结滑移效应的钢筋混凝土改进型分离式数值模型。在混合物理论基础上,该模型兼顾混凝土基体和钢筋的力学行为,且基于钢筋混凝土界面粘结滑移模型,获得了钢筋等效模型。改进型分离式数值模型由于对钢筋及其界面无显式离散要求,使得钢筋的运用完全独立于其几何形状,同时对混凝土网格没有约束,并且不增加计算成本,因此该模型可适用于钢筋混凝土宏观结构层面分析。通过钢筋混凝土构件-结构的爆炸实验,对改进型分离式数值模型进行层次化验证。对比结果表明,考虑粘结滑移效应的有限元模型能够更好地预测钢筋混凝土结构的宏观力学行为。

关键词：混凝土钢筋粘结-滑移爆炸荷载

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面向超短波接收机射频前端的电磁脉冲效应仿真与效应分级方法

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强激光与粒子束 2021年第12期33卷 111-116页

作者：刘昌李瀚宇鲍献丰周海京中国工程物理研究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

针对接收机射频前端在电磁脉冲环境作用下的电磁损伤过程模拟问题,以超短波接收机为具体研究对象,基于超外差式接收机电路功能模型,采用Verilog-a和SPICE网表联合建模方法,建立了射频前端低噪声放大器(LNA)电磁脉冲效应仿真模型(Extende... 详细信息

针对接收机射频前端在电磁脉冲环境作用下的电磁损伤过程模拟问题,以超短波接收机为具体研究对象,基于超外差式接收机电路功能模型,采用Verilog-a和SPICE网表联合建模方法,建立了射频前端低噪声放大器(LNA)电磁脉冲效应仿真模型(Extended LNA Model),并通过S参数仿真和瞬态仿真验证了LNA电磁脉冲效应模型具备正常功能仿真能力;为验证该模型的电磁脉冲损伤模拟能力,以标准电磁脉冲波形作为激励,以偶极子天线作为简化的天线前门耦合通道,在不同强度电磁脉冲作用下,接收机中频电路信号输出表现出了无影响、干扰、损毁的电磁脉冲效应过程,说明了建模方法的有效性;最后以EMP-天线耦合电压峰值作为阈值指标,分析得到了超短波接收机不同电磁脉冲效应等级对应的电压峰值阈值数据。

关键词：电磁脉冲效应射频前端低噪声放大器高空电磁脉冲

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基于ANCF的薄膜太阳帆自旋展开动力学模拟

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深空探测学报（中英文） 2022年第2期9卷 217-229页

作者：薛鹏聪刘铖水小平北京理工大学宇航学院北京100081 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

执行深空探测任务的薄膜太阳帆在入轨展开过程中,其薄膜结构在宏观力学响应上表现出显著的拉压不对称特性。系统的动力学行为呈现出强烈的非线性特征,使其动力学建模与仿真计算面对巨大挑战。基于绝对节点坐标方法(Absolute Nodal Coord... 详细信息

执行深空探测任务的薄膜太阳帆在入轨展开过程中,其薄膜结构在宏观力学响应上表现出显著的拉压不对称特性。系统的动力学行为呈现出强烈的非线性特征,使其动力学建模与仿真计算面对巨大挑战。基于绝对节点坐标方法(Absolute Nodal Coordinate Formulation,ANCF),整合张力场和不同模量弹性理论,推导了单元精确的切线刚度矩阵,提出了一种考虑不同模量的ANCF薄膜单元计算方法。在此基础上,采用第一类拉格朗日方程对薄膜太阳帆进行动力学建模,并通过可控数值耗散的广义-α算法求解动力学方程,分析了太阳帆不同结构设计参数对其展开动力学特性的影响。仿真结果验证了该方法在处理空间薄膜问题时的算法稳定性和高效性,对大型帆膜结构的系统设计有理论指导意义。

关键词：绝对节点坐标方法薄膜结构不同模量弹性理论

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非连续问题中单元分割的模板方法

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力学学报 2021年第3期53卷 823-836页

作者：王理想文龙飞肖桂仲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 南京理工大学南京210094

扩展有限元法(extended finite element method, XFEM)因具有裂纹几何独立于模拟网格、裂纹扩展时无需网格重分重映、计算精度高等优点,成为裂纹分析的主流数值方法之一.但该方法在工程实践中存在单元被裂纹分割的几何困难——现有精确... 详细信息

扩展有限元法(extended finite element method, XFEM)因具有裂纹几何独立于模拟网格、裂纹扩展时无需网格重分重映、计算精度高等优点,成为裂纹分析的主流数值方法之一.但该方法在工程实践中存在单元被裂纹分割的几何困难——现有精确几何分割方法实现复杂、计算量大、鲁棒性差.为克服这一困难,本文提出一种基于单元水平集的模板分割方法,用于非连续单元子剖分和数值积分.首先,遍历单元水平集值所有形态并建立标准单元分割模板库;然后,根据单元水平集值,对非标准单元进行形态查询和模板插值;最后,套用标准单元分割模板实现单元高效分割和子剖分.将该方法与常规XFEM、改进型XFEM进行结合,从而应用于孔洞、夹杂、裂纹等非连续问题分析中.算例分析表明,本文提出的模板分割方法具有较高计算精度.由于不引入复杂几何操作,该模板分割方法同时具有较高计算效率和鲁棒性,故可为XFEM类方法在实际工程应用中提供有效支撑.

关键词：子剖分水平集非连续性裂纹扩展常规XFEM 改进型XFEM

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面向复杂几何模型的多级并行四面体网格生成算法

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国防科技大学学报 2021年第2期43卷 33-39页

作者：徐权刘田田冷珏琳杨洋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京100094 中国工程物理研究院计算机应用研究所四川绵阳621900

高性能计算机的快速发展为数值模拟提供了必需的硬件环境,数值模拟领域对网格的需求已高达数十亿到数百亿量级,而网格生成作为数值模拟的重要一环,其发展则相对滞后,很难满足并行数值模拟求解器对大规模网格的需求。本文面向复杂几何模... 详细信息

高性能计算机的快速发展为数值模拟提供了必需的硬件环境,数值模拟领域对网格的需求已高达数十亿到数百亿量级,而网格生成作为数值模拟的重要一环,其发展则相对滞后,很难满足并行数值模拟求解器对大规模网格的需求。本文面向复杂几何模型提出一种多级并行四面体网格生成算法,该算法首先基于模型的几何特征建立网格的尺寸场,并基于尺寸场和几何实体间的邻接关系对几何实体进行分组,将分组后的几何实体分配到不同的计算节点,在计算节点间采用前沿推进法实现三角形面网格的并行生成,然后在计算节点内对三角形面网格进行二级区域分解,将分解后的子网格分配到各进程中,最后在进程内采用多线程并行方法实现四面体网格的并行生成。通过实际应用三峡大坝模型进行验证,该算法具有良好的并行效率和可扩展性,可以在数千处理器核上实现十亿规模高质量四面体网格的并行生成。

关键词：网格生成区域分解四面体网格并行计算

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CAP1400数值反应堆系统关键技术研究及示范应用

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原子能科学技术 2022年第2期56卷 213-225页

作者：曹良志邓力杨波刘宙宇刘鹏汤春桃史敦福陈荣华田文喜彭良辉万承辉张旻婉毕光文费敬然许晓北李帆西安交通大学核科学与技术学院陕西西安710049 北京应用物理与计算数学研究所北京100088 上海核工程研究设计院有限公司上海200233 中物院高性能数值模拟软件中心北京100088

本文系统介绍了"大型先进压水堆及高温气冷堆核电站"国家科技重大专项课题"CAP1400数值反应堆关键技术研究"的主要研究成果。课题首先分别开发了基于确定论方法和蒙特卡罗方法的高保真堆芯物理计算程序,然后开发了p... 详细信息

本文系统介绍了"大型先进压水堆及高温气冷堆核电站"国家科技重大专项课题"CAP1400数值反应堆关键技术研究"的主要研究成果。课题首先分别开发了基于确定论方法和蒙特卡罗方法的高保真堆芯物理计算程序,然后开发了pin-by-pin先进子通道分析程序和基于精细网格的燃料棒性能分析程序,以此为基础建立了物理-热工-燃料性能多物理耦合的CAP1400数值反应堆系统。利用国际基准题VERA、AP1000启动物理实验参数对数值反应堆系统进行了验证和确认,并进一步实现了CAP1400大型先进压水堆的启动物理参数、循环模拟分析和部分功率能力分析的示范应用。数值结果表明,所开发的数值反应堆关键分析软件具有很高的计算精度,可直接服务于CAP1400的设计验证、物理启动和运行支持。

关键词： CAP1400数值反应堆确定论蒙特卡罗多物理耦合

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强爆炸火球辐射流体自适应网格高精度数值模拟

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计算物理 2021年第2期38卷 146-152页

作者：李康李守先刘娜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

提出一种自适应网格方法,应用于基于Euler方法的强爆炸辐射流体高精度数值求解。通过与Zinn数值结果对比,验证该方法的正确性。研究自适应网格对冲击波和光辐射输出模拟精度的影响,对比不同网格尺度下的计算耗时。在相同的条件下,使用... 详细信息

提出一种自适应网格方法,应用于基于Euler方法的强爆炸辐射流体高精度数值求解。通过与Zinn数值结果对比,验证该方法的正确性。研究自适应网格对冲击波和光辐射输出模拟精度的影响,对比不同网格尺度下的计算耗时。在相同的条件下,使用自适应网格与均匀网格加密3倍得到的冲击波超压分布、光辐射输出演化接近,计算效率提升约8.5倍。由此可知,提出的自适应网格方法可用于强爆炸问题的高精度数值模拟,显著地提升模拟精度和模拟效率。

关键词：辐射流体动力学火球 Euler方法高精度模拟自适应网格

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