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计算物理 2024年

作者：黎文浩贾清刚魏素花衷斌中国工程物理研究院研究生院北京应用物理与计算数学研究所

利用少数角度投影照相精确重建客体几何信息是医学影像、高能量密度物理实验诊断等领域的研究热点之一。照相投影角度数目较少时，客体重建精度主要受客体的复杂程度等因素影响，客体复杂程度、照相投影角度及客体重建精度之间的半定量... 详细信息

利用少数角度投影照相精确重建客体几何信息是医学影像、高能量密度物理实验诊断等领域的研究热点之一。照相投影角度数目较少时，客体重建精度主要受客体的复杂程度等因素影响，客体复杂程度、照相投影角度及客体重建精度之间的半定量关系尚不明确。本文借鉴分形维度相关理论，利用边长面积比描述几何复杂度，同时提出基于计算旋转自相似性的几何复杂度计算方法，并围绕两种复杂度定义方法展开对比研究。进一步，基于两种复杂度计算方法，对几何复杂程度、重建精度与照相投影角度数三者之间的关系展开规律性定量研究，所获得定量规律进一步预测随机几何在少数角度投影下的重建精度，给出达到一定重建精度时所需要的最少投影角度数目。

关键词：图像重建不完全投影少数角度投影图像复杂度 CT

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求解压力Poisson方程的混合粗化代数多重网格算法

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计算物理 2023年第5期40卷 527-534页

作者：胡少亮许开龙徐然刘再刚徐小文安恒斌范荣红汪振宇王伟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

针对复杂流动中Navier-Stokes(N-S)方程SIMPLE算法导出的压力Poisson(泊松)离散线性系统,提出一类基于混合粗化的代数多重网格(AMG)算法。该算法采用一类非光滑聚类粗化和经典C/F粗化结合的方式构造网格层次结构,希望在不影响收敛性的... 详细信息

针对复杂流动中Navier-Stokes(N-S)方程SIMPLE算法导出的压力Poisson(泊松)离散线性系统,提出一类基于混合粗化的代数多重网格(AMG)算法。该算法采用一类非光滑聚类粗化和经典C/F粗化结合的方式构造网格层次结构,希望在不影响收敛性的情况下,减少AMG算法的启动开销。通过航空发动机燃烧室复杂流动数值模拟应用验证了该算法的有效性。结果表明:对于典型算例,相对于经典AMG算法,该算法可以获得78%的加速。

关键词：不可压N-S方程 Poisson方程线性解法器预条件迭代代数多重网格

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氘氘冰层贯穿性缺陷对ICF冷冻靶内爆性能的影响

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计算物理 2022年第3期39卷 268-276页

作者：谷建法葛峰峻戴振生康洞国邹士阳北京应用物理与计算数学研究所北京100094

使用二维多群辐射扩散流体力学程序LARED-S,模拟研究DD冰贯穿性缺陷在方波驱动DD冷冻靶内爆过程中的演化行为及其对内爆性能的影响。模拟结果表明:DD冰层贯穿性缺陷显著降低DD冷冻靶内爆的中子产额,二维模拟产额仅为一维结果的23.8%。D... 详细信息

使用二维多群辐射扩散流体力学程序LARED-S,模拟研究DD冰贯穿性缺陷在方波驱动DD冷冻靶内爆过程中的演化行为及其对内爆性能的影响。模拟结果表明:DD冰层贯穿性缺陷显著降低DD冷冻靶内爆的中子产额,二维模拟产额仅为一维结果的23.8%。DD冰层贯穿性缺陷使靶丸CH(Si)的烧蚀层生成大幅度的尖钉,穿透到芯部热斑区。在中子bang-time时刻,热斑区混入了487 ng的烧蚀物质,使芯部韧致辐射漏失功率相对一维理想内爆显著升高,离子温度与DD核反应速度相应降低。同时,高密度的烧蚀层尖钉把DD热斑推离球心,显示明显的P1不对称性,而且高温热斑具有定向流动速度,降低了内爆动能转化为热斑内能的效率。

关键词：惯性约束聚变氘氘冰层贯穿性缺陷 P1不对称性

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典型笼状含能材料晶体早期冲击反应的从头算分子动力学模拟

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含能材料 2023年第3期31卷 286-294页

作者：宋清官张蕾莫则尧中国工程物理研究院化工材料研究所四川绵阳621999 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

笼状骨架赋予含能分子额外的应变能和结构稳定性,有望优化含能材料高能量密度和低感度之间的问题。但笼状含能晶体在冲击波刺激下的化学反应机理尚不清晰,亟需从笼状骨架调控、单分子分解、晶体集体响应3个层次开展系统研究。为此,研究... 详细信息

笼状骨架赋予含能分子额外的应变能和结构稳定性,有望优化含能材料高能量密度和低感度之间的问题。但笼状含能晶体在冲击波刺激下的化学反应机理尚不清晰,亟需从笼状骨架调控、单分子分解、晶体集体响应3个层次开展系统研究。为此,研究以具有平面分子结构的三氨基三硝基苯(TATB)作为参考体系,对比了具有笼状结构的八硝基立方烷(ONC)、六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)和4,10-二硝基-2,6,8,12-四氧杂-4,10-二氮杂四环十二烷(TEX)体系,开展了ONC、CL-20、TEX晶体结构在8~11 km∙s^(-1)冲击波作用下的演化并进行了从头算分子动力学模拟。模拟结果表明,含能晶体的冲击感度排序为ONC>CL-20>TEX>TATB,通过与冲击波/撞击感度的文献试验数据对比进行了验证。反应机理表明:(i)异伍兹烷骨架中的富电子氧/氮促进了离域效应,适中的空间自由度赋予其弹性变形能力,加强了笼状骨架的结构稳定性,延缓了冲击反应进程;(ii)基于异伍兹烷的笼状分子分解时,硝基的脱落先于笼状分子的坍塌发生,游离的硝基与其他中间产物的排斥作用阻碍了分子间的团聚,进一步延缓了反应进程;(iii)分子间氢键在冲击压缩时发生高塑性变形,将冲击波能量转化为分子间排斥势而储能,从而提升材料吸收冲击波能量的阈值,延迟反应发生时间,降低冲击感度。研究提出,电子离域效应增强,空间自由度适中的异构笼状骨架及丰富的分子间氢键均有望降低冲击波感度,为新型高能钝感含能材料的设计提供理论参考。

关键词：笼状含能材料从头算分子动力学冲击波感度早期反应机理

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近水面空中爆炸冲击波的载荷特性

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爆炸与冲击 2025年

作者：黄超徐维铮曾繁张磐黄宇刘娜中物院高性能数值模拟软件中心北京应用物理与计算数学研究所中国工程物理研究院流体物理研究所

靠近水面的空中爆炸是舰船的重要威胁之一。为了研究水面传播冲击波的载荷特性，采用TNT/RDX（40/60）炸药开展了触水、近水和空中3种典型比高条件下的爆炸实验，测量得到了冲击波超压和爆炸的高速摄影图像。采用数值模拟方法进一步研... 详细信息

靠近水面的空中爆炸是舰船的重要威胁之一。为了研究水面传播冲击波的载荷特性，采用TNT/RDX（40/60）炸药开展了触水、近水和空中3种典型比高条件下的爆炸实验，测量得到了冲击波超压和爆炸的高速摄影图像。采用数值模拟方法进一步研究了爆炸现象和水面冲击波的载荷规律。结果表明：触水、近水和空中爆炸现象存在显著差异。触水爆炸时爆轰产物直接驱动水面形成半球形空腔，水坑边缘的水被挤压向上飞溅形成空心水柱；近水爆炸时爆轰产物对水面的碰撞作用相对较弱，水面上的冲击波主要以马赫波沿着水面向外传播；空中爆炸时冲击波在水面存在明显的规则和非规则反射区；在同等当量条件下，触水爆炸时的水面冲击波超压较近水爆炸的低，但水中冲击波压力更高，因此水面不能再看成刚性平面。通过数据拟合得到了触水和典型近水爆炸条件下，水面上水平距离0.5～4.0 m/kg1/3范围内的冲击波超压和正压持续时间计算公式，可为冲击波载荷计算和分析提供参考。

关键词：空中爆炸近水面触水水中爆炸冲击波实验数值模拟

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脉冲源法测量次临界系统裂变衰减特性的理论分析和数值模拟

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计算物理 2022年第3期39卷 261-267页

作者：高屹佘若谷徐琪北京应用物理与计算数学研究所北京100094

针对点堆动力学理论解释脉冲源法测试原理时存在的问题,基于无源中子输运方程分析次临界系统总中子数、泄漏γ射线计数率随时间的变化关系。理论分析表明:脉冲中子源作用结束后(无源条件下),在一定时间范围内,泄漏γ射线计数率和总中子... 详细信息

针对点堆动力学理论解释脉冲源法测试原理时存在的问题,基于无源中子输运方程分析次临界系统总中子数、泄漏γ射线计数率随时间的变化关系。理论分析表明:脉冲中子源作用结束后(无源条件下),在一定时间范围内,泄漏γ射线计数率和总中子数近似成正比,两者随时间变化服从近似指数衰减规律,反映系统本身的裂变衰减特性,可以由总中子数和γ射线计数率求解瞬发中子衰减时间常数。基于蒙特卡罗程序构造类Godiva裸铀球次临界系统,模拟脉冲中子源作用下中子和γ射线输运过程,计算总中子数、泄漏γ射线计数率及两者比值随时间的变化关系,结果与理论分析一致;利用脉冲源法由总中子数、泄漏γ射线计数率计算瞬发中子衰减时间常数α_(0),得到与α-k迭代一致的α_(0)。说明总中子数、泄漏γ射线计数率可以准确反映系统本身的裂变衰减特性。此外,根据理论分析和模拟计算给出脉冲源法可用数据的时间范围,分析泄漏γ射线计数率和总中子数比值的影响因素。

关键词：脉冲源法裂变衰减瞬发中子衰减时间常数次临界系统中子诊断次临界实验

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激光主动照明均匀性影响因素及其规律

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物理学报 2022年第15期71卷 130-136页

作者：罗文张飞舟张建柱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绵阳621900 中国工程物理研究院研究生院北京100088

针对阶梯相位调制窄谱激光主动照明方法,基于物理模型及工程应用需求,对窄谱激光谱线线型、阶梯相位调制器光学镜数量、光学镜厚度梯度误差三种影响因素,进行了主动照明远场光斑均匀性数值模拟,揭示了照明远场光斑闪烁指数随影响因素的... 详细信息

针对阶梯相位调制窄谱激光主动照明方法,基于物理模型及工程应用需求,对窄谱激光谱线线型、阶梯相位调制器光学镜数量、光学镜厚度梯度误差三种影响因素,进行了主动照明远场光斑均匀性数值模拟,揭示了照明远场光斑闪烁指数随影响因素的变化规律.结果表明:激光谱线线型对照明光斑均匀性的影响很小,均匀型、高斯型、洛伦兹型激光谱线照明光斑空间闪烁指数均值分别为0.27,0.28,0.28;照明光斑闪烁指数随阶梯相位调制器光学镜数量增多而降低,且逐渐趋于平缓;光学镜厚度梯度毫米量级的误差对闪烁指数的影响很小,误差为–0.6 mm时,空间闪烁指数由0.266增大到0.271,恶化率仅为1.9%.

关键词：主动激光照明相位调制闪烁指数窄谱激光

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基于deluxeFETI-DP并行算法的矩形太阳翼展开动力学高效仿真

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宇航学报 2024年第12期45卷 1897-1909页

作者：兰靖杰张世雄荣吉利刘铖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

随着柔性太阳翼等可展开空间结构向轻量化和大型化方向发展,其展开过程常面临大转动和大变形等非线性动力学问题。通常采用柔性多体系统动力学方法构建高维非线性模型,以精确预测此类复杂动力学行为。然而,计算效率低下已成为限制该数... 详细信息

随着柔性太阳翼等可展开空间结构向轻量化和大型化方向发展,其展开过程常面临大转动和大变形等非线性动力学问题。通常采用柔性多体系统动力学方法构建高维非线性模型,以精确预测此类复杂动力学行为。然而,计算效率低下已成为限制该数值模拟方法的主要瓶颈。为解决这一问题,基于有限元撕裂与连接-对偶原始(FETI-DP)并行算法,引入deluxe缩放方法用于柔性多体系统动力学仿真。该方法通过耦合子域界面的刚度矩阵,利用矩阵组合构造加权因子,平衡材料系数差异导致的刚度矩阵量级不均,从而优化界面方程的条件数,减少迭代次数。最后,基于deluxe FETI-DP并行算法对矩形太阳翼展开动力学进行高效仿真,并与串行算法及传统FETI-DP算法进行对比研究。数值结果表明,deluxe FETI-DP算法的仿真计算效率较串行算法提高了70.98%,较传统FETI-DP算法提高了64.16%。上述并行算法研究为大型矩形太阳翼展开动力学的高效仿真提供了理论参考。

关键词： deluxe FETI-DP 并行算法矩形太阳翼展开动力学

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快点火中质子的能量沉积和神光Ⅱ升级装置上的质子束的产生

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物理学报 2023年第9期72卷 251-258页

作者：何民卿张华李明强彭力周沧涛北京应用物理与计算数学研究所北京100094 深圳技术大学先进材料测试技术研究中心深圳518118 深圳技术大学工程物理学院深圳518118

基于神光Ⅱ升级装置激光条件,利用流体程序、粒子模拟程序和Fokker-Placnck程序,模拟研究质子快点火中所需质子束的品质以及产生所需质子束的激光条件.首先根据快点火靶的条件,利用Fokker-Planck方程模拟快点火所需的质子束的能量范围,... 详细信息

基于神光Ⅱ升级装置激光条件,利用流体程序、粒子模拟程序和Fokker-Placnck程序,模拟研究质子快点火中所需质子束的品质以及产生所需质子束的激光条件.首先根据快点火靶的条件,利用Fokker-Planck方程模拟快点火所需的质子束的能量范围,模拟表明当背景等离子密度为300 g/cm^(3)时,能量为7—12 MeV的质子束适合点火;当背景等离子体密度为400 g/cm^(3)时,能量为8—18 MeV的质子束适合点火.再根据神光Ⅱ升级装置实验条件研究质子束所需的激光参数,通过利用粒子模拟程序,结合流体程序给出的预等离子体,分别模拟研究了加预等离子体和不加预等离子体两种情况下的质子加速,在有预等离子体时得到的质子束最大能量约为22 MeV,没有预等离子体时得到的质子束最大能量为17.5 MeV,具体分析了两种情况下质子加速的物理机制,其结果跟等离子体自由膨胀模型结果符合得很好.

关键词：质子束快点火能量沉积质子加速

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2024年中国高性能计算机发展现状分析

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计算机工程与科学 2024年第12期46卷 2091-2098页

作者：张云泉邓力袁良袁国兴中国科学院计算技术研究所北京100191 北京应用物理与计算数学研究所北京100088

根据2024年11月发布的中国高性能计算机性能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、体系结构和行业领域等方面进行了讨论分析,同时对未来发展进行了展望。

关键词：高性能计算机性能排行榜测评技术

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