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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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高精度格式非线性权的统计谱特性分析

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计算物理 2019年第2期36卷 127-140页

作者：李理刘晓艳李新亮田保林梁贤哈金才北京应用物理与计算数学研究所北京100088 中国科学院大学北京100049 北方民族大学数学与信息科学学院宁夏750021

分析激波捕捉格式/混合格式中常用的非线性权和激波识别器在谱空间中的性质.设计一套分析非线性权和激波识别器在傅里叶空间性质的统计谱特性分析方法;利用该方法对不同的非线性权和激波识别器在傅里叶空间的性质进行详细分析,给出不同... 详细信息

分析激波捕捉格式/混合格式中常用的非线性权和激波识别器在谱空间中的性质.设计一套分析非线性权和激波识别器在傅里叶空间性质的统计谱特性分析方法;利用该方法对不同的非线性权和激波识别器在傅里叶空间的性质进行详细分析,给出不同非线性权和激波识别器的统计特性,并比较优劣.分析方法和结论有助于深入理解非线性格式/混合格式在数值计算中的表现,并为设计高分辨率非线性格式提供理论支撑.

关键词：非线性权激波识别器傅里叶分析激波捕捉格式

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动载下裂纹应力强度因子计算的改进型扩展有限元法

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力学学报 2018年第3期50卷 599-610页

作者：文龙飞王理想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

相较于常规扩展有限元法(extended finite element method,XFEM),改进型扩展有限元法(improved XFEM)解决了现有方法线性相关与总体刚度矩阵高度病态问题,在数量级上提升了总体方程的求解效率,克服了现有方法在动力学问题中的能量正确... 详细信息

相较于常规扩展有限元法(extended finite element method,XFEM),改进型扩展有限元法(improved XFEM)解决了现有方法线性相关与总体刚度矩阵高度病态问题,在数量级上提升了总体方程的求解效率,克服了现有方法在动力学问题中的能量正确传递、动态应力强度因子数值震荡、精度低下问题.本文基于改进型XFEM,采用Newmark隐式时间积分算法,重点研究了动载荷作用下扩展裂纹尖端应力强度因子的求解方法,与静力学方法相比,增加了裂纹扩展速度项与惯性项的贡献.通过数值算例研究了网格单元尺寸、质量矩阵、时间步长、裂尖加强区域、惯性项、扩展速度项及相互作用积分区域J-domain的网格与单元尺寸对动态应力强度因子求解精度的影响,验证了改进型XFEM计算动态裂纹应力强度因子方法的有效性.针对文献中具有挑战性的"I型半无限长裂纹先稳定后扩展"问题,改进型XFEM给出目前为止精度最好的动态应力强度因子数值解.

关键词：改进型XFEM 无额外自由度单位分解扩展裂纹动态应力强度因子线弹性断裂力学

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基于JMCT的堆外核仪表系统刻度系数计算

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原子能科学技术 2018年第10期52卷 1780-1785页

作者：付元光邓力李刚张宝印李瑞王鑫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

以三维蒙特卡罗粒子输运程序JMCT为主要数值模拟工具,计算了某反应堆多个运行循环下的堆外核仪表系统(RPN)功率量程刻度系数。使用直接蒙特卡罗模拟方法、响应矩阵方法和伴随蒙特卡罗方法,得到了多组RPN刻度系数,通过这些系数计算出不... 详细信息

以三维蒙特卡罗粒子输运程序JMCT为主要数值模拟工具,计算了某反应堆多个运行循环下的堆外核仪表系统(RPN)功率量程刻度系数。使用直接蒙特卡罗模拟方法、响应矩阵方法和伴随蒙特卡罗方法,得到了多组RPN刻度系数,通过这些系数计算出不同工况下的堆芯功率水平和轴向功率差,并与实测值进行了比对。结果表明,3种方法所得计算值与实测值的偏差均满足工程精度要求,其中伴随蒙特卡罗方法计算开销最小,验证了通过蒙特卡罗数值模拟得到RPN刻度系数的可行性。

关键词：蒙特卡罗模拟直接模拟响应矩阵伴随计算 RPN刻度系数

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JCOGIN粒子追踪算法优化

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原子能科学技术 2018年第8期52卷 1530-1536页

作者：王鑫邓力李刚付元光李瑞张宝印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

本文分析了多种先进蒙特卡罗程序的CSG粒子追踪算法,对JCOGIN粒子追踪模块进行了优化。粒子定位算法采取了边界粒子定位和源粒子位置预估,能减少一定量的粒子定位计算;径迹求交算法采取了安全距离优化和布尔二叉树展开,其中安全距离优... 详细信息

本文分析了多种先进蒙特卡罗程序的CSG粒子追踪算法,对JCOGIN粒子追踪模块进行了优化。粒子定位算法采取了边界粒子定位和源粒子位置预估,能减少一定量的粒子定位计算;径迹求交算法采取了安全距离优化和布尔二叉树展开,其中安全距离优化可减少电子输运径迹求交次数,布尔二叉树展开能使布尔体求交算法的时间复杂度降为O(n)。应用4个典型算例测试了优化效果,结果表明,粒子定位算法优化对于一般问题具有一定的优化效果,安全距离优化显著提升了电子输运效率,布尔二叉树展开大幅提升了JMCT对于非规则复杂几何的计算速度。

关键词： JCOGIN 粒子追踪算法优化布尔二叉树展开

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瑞利-泰勒湍流混合的定量演化理论模型

瑞利-泰勒湍流混合的定量演化理论模型

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第十一届全国流体力学学术会议

作者：张又升阮玉藏倪玮丹谢寒松北京应用物理与计算数学研究所北京大学应用物理与技术研究中心北京航空航天大学

由经典Rayleigh-Taylor(RT)不稳定性诱导的湍流混合广泛存在于从微观到星际尺度的流动问题中,准确预测其演化对于理解众多自然现象(如超新星爆发)和改进工程设计(如惯性约束聚变)至关重要。但是,到目前为止,尚未建立起适用于不同密度比... 详细信息

由经典Rayleigh-Taylor(RT)不稳定性诱导的湍流混合广泛存在于从微观到星际尺度的流动问题中,准确预测其演化对于理解众多自然现象(如超新星爆发)和改进工程设计(如惯性约束聚变)至关重要。但是,到目前为止,尚未建立起适用于不同密度比,且可从不同层次(如宏观混合宽度、统计平均剖面、湍流统计量)刻画混合演化的定量理论,本报告拟对这一开放性问题展开理论探索。首先,我们基于质量守恒性原理的约束,给出了混合宽度的演化规律,并揭示出其显著依赖于混合剖面的形状。其次,在基于加权思想引入密度比无关的质量分数-体积分数复合剖面这一概念的基础上,我们结合渐近分析和解析求解,给出了不同密度比下平均质量分数、平均体积分数、平均密度剖面的表达式;最后,通过引入湍流模型研究中广泛采用的封闭思想,将脉动量用平均量表示,给出了湍流脉动相关统计量的演化,包括混合量、分子混合度等。从而完成了不同层次下混合演化的刻画,且适用于不同密度比。理论预测结果与先前实验和模拟吻合,并为著名的RT湍流混合实验之间观察到的明显差异提供了一个可能的解释。

关键词： RT湍流混合混合宽度混合剖面混合量混合度

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复杂工程力学高性能应用软件系统研发

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中国科技成果 2022年第17期23卷 22-23,45页

作者：张国新无不详中国水利水电科学研究院大连理工大学北京应用物理与计算数学研究所中国工程物理研究院总体工程研究所中国长江三峡集团有限公司中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所清华大学长江勘测规划设计研究有限责任公司

三峡工程是目前世界最大水利水电工程,大坝变形和安全状态备受关注,做好大坝的整体安全分析和工作性态仿真评估是支持大坝工程和设备安全运行的重要的内容。为精确掌握大坝工作性态,针对大坝规模庞大(1800万立方米混凝土)、坝段众多(85... 详细信息

三峡工程是目前世界最大水利水电工程,大坝变形和安全状态备受关注,做好大坝的整体安全分析和工作性态仿真评估是支持大坝工程和设备安全运行的重要的内容。为精确掌握大坝工作性态,针对大坝规模庞大(1800万立方米混凝土)、坝段众多(85个坝段)、结构复杂、计算精度要求高的问题,项目组在国家重点研发计划的支持下。

关键词：水利水电工程大坝工程三峡工程大坝变形大坝工作性态工作性态仿真应用软件系统国家重点研发计划

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基于改进型XFEM的裂纹分析并行软件实现

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中国科学：技术科学 2018年第11期48卷 1241-1258页

作者：王理想文龙飞王景焘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

扩展有限元法(XFEM)目前已成为裂纹分析的主流数值方法.然而,在实际应用中该方法一直受到两方面的困扰:总体刚度矩阵高度病态以及动力学计算时额外自由度上的能量无法正确传递.前者导致在以迭代法求解为主的大规模计算中难以收敛,后者... 详细信息

扩展有限元法(XFEM)目前已成为裂纹分析的主流数值方法.然而,在实际应用中该方法一直受到两方面的困扰:总体刚度矩阵高度病态以及动力学计算时额外自由度上的能量无法正确传递.前者导致在以迭代法求解为主的大规模计算中难以收敛,后者导致动力学求解精度低、实施困难.为解决这两大困扰,基于无额外自由度单位分解插值格式,提出改进型扩展有限元法(IXFEM).基于该方法,在高性能数值模拟软件开发框架JAUMIN上开发裂纹分析并行软件—PANDA_Fracture.实际算例表明, PANDA_Fracture软件具有如下特色:1)允许引入高精度裂尖加强,支持裂纹任意长度扩展; 2)同时支持动力学裂纹问题隐式求解与显式求解; 3)支持任意多裂纹问题高效求解; 4)支持上千CPU核高性能可扩展计算.

关键词：改进型XFEM 裂纹扩展断裂力学 JAUMIN 高性能计算 PANDA

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波系依次作用下的界面混合演化机制

波系依次作用下的界面混合演化机制

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第十一届全国流体力学学术会议

作者：李海锋田保林何志伟张又升北京计算数学与应用物理研究所北京大学应用物理和技术研究中心

在惯性约束聚变、超新星爆发等工程应用及自然现象中,一个基本的物理过程是波系依次作用下的界面流体混合。波系往往伴随着复杂的压力梯度演化。对混合区而言,这意味着非均匀、非定常的作用力,将显著增加混合过程的复杂性。为理解混合... 详细信息

在惯性约束聚变、超新星爆发等工程应用及自然现象中,一个基本的物理过程是波系依次作用下的界面流体混合。波系往往伴随着复杂的压力梯度演化。对混合区而言,这意味着非均匀、非定常的作用力,将显著增加混合过程的复杂性。为理解混合宽度的演化机制,本文将混合宽度增长率进行分解,其基本依据是把湍流速度分解为平均速度及脉动速度。混合宽度增长速度可分解为三个部分:1.混合区两端平均速度差导致的拉伸和压缩效应(S/C);2.脉动速度导致的轻重流体穿插效应;3.分子扩散效应。其中,穿插效应可进一步分解为初始脉动速度导致的混合宽度增长,即Richtmyer-Meshkov(RM)效应,以及混合演化过程中外力导致的增长率变化,即Rayleigh-Taylor(RT)效应。后者在混合区整体加速或减速过程中产生作用。结果表明,在稀疏波作用阶段,混合区整体被拉伸,而压缩波作用阶段,混合区被压缩。在高雷诺数流动中,分子扩散效应可忽略。本文通过一系列不同密度比下含激波二次冲击RM不稳定性诱导的混合过程来展示上述演化机制,并给出了波系作用阶段拉伸压缩效应的解析模型。结合S/C、RM及RT三种效应,本文提出的模型可以很好地刻画混合宽度的演化过程。

关键词：波系作用拉伸压缩 RM RT

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基于平面波叠加模型的混响室莱斯场环境模拟

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太赫兹科学与电子信息学报 2019年第6期17卷 1027-1031页

作者：李欢刘晓东刘强赵翔闫丽萍四川大学电子信息学院四川成都610065 北京应用物理与计算数学研究所北京100088

从经典混响室的平面波叠加模型出发,针对已有的概率统计模型不能模拟莱斯分布场环境的情况,建立了改进型的平面波叠加模型。为了验证该模型的有效性,用蒙特卡洛方法仿真了不同K因子下的各场量的概率密度函数(PDF),并用理想PDF进行拟合... 详细信息

从经典混响室的平面波叠加模型出发,针对已有的概率统计模型不能模拟莱斯分布场环境的情况,建立了改进型的平面波叠加模型。为了验证该模型的有效性,用蒙特卡洛方法仿真了不同K因子下的各场量的概率密度函数(PDF),并用理想PDF进行拟合。并进一步验证了当莱斯K因子为零时,莱斯分布场模型退化为经典混响室的场模型。最后考虑了模型的抽样参数(平面波叠加数和搅拌器位置数)对仿真结果的影响,确定最佳的抽样样本,从而获得稳定的PDF曲线。

关键词：混响室平面波叠加蒙特卡洛方法瑞利分布莱斯分布

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