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第十三届全国流体力学学术会议

作者：胡文强黄乾旻李旭东王余北京航天长征飞行器研究所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

随着适应不同需求的空天飞行器研制的发展,跨越从连续流到高稀薄自由分子流各个流域的飞行器会遇到各种复杂的跨流域气动问题。不同流域的气体性质差别很大,尤其是近连续滑移过渡流区,在实验技术、数值模拟手段和理论描述方面都是难于... 详细信息

随着适应不同需求的空天飞行器研制的发展,跨越从连续流到高稀薄自由分子流各个流域的飞行器会遇到各种复杂的跨流域气动问题。不同流域的气体性质差别很大,尤其是近连续滑移过渡流区,在实验技术、数值模拟手段和理论描述方面都是难于处理的。基于Boltzmann模型方程的气体动理论统一算法,将不同流域流态控制参数、宏观流动物理量、气体黏性输运特性、热力学效应及气体分子相互作用规则和分子模型用统一表达式联系起来,结合离散速度坐标法和各种多重积分方法,已成功用于跨流域各类复杂外形高速飞行器气动力/热问题研究中。由于速度分布函数是关于速度空间与物理空间的多维函数,传统处理方法中对整个流场区域采用统一的离散速度空间,会随着来流马赫数增加而扩大,对计算机存储资源和计算量提出了挑战。为减小离散速度分布函数的计算机存储资源消耗和提高计算效率,本文发展了一种适用于Boltzmann模型方程统一算法的模型降阶方法:通过应用本征正交分解方法对基于宏观流体力学计算得到的流场信息重构的近似速度分布函数进行预处理分析,引入离散经验插值法对离散速度空间进行处理,建立了从少量特征离散速度坐标点上分布函数信息到整个离散速度空间信息的映射关系,因而可以在保证一定计算精度的前提下大大减小了计算机存储资源和计算量。数值验证结果表明,本文发展的模型降阶方法在全流域计算中具有良好性能,能够提高计算效率,为后续研究跨流域高速绕流等有强扰动激波、稀薄非平衡效应明显的流动问题提供了高效且准确的工具。

关键词：模型降阶方法 Boltzmann模型方程气体动理论统一算法本征正交分解离散经验插值法

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共旋框架下二维柔性多体动力学分析策略

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振动工程学报 2024年

作者：季奕伍洋张慧敏孙光辉哈尔滨工业大学航天学院自主智能无人系统工信部重点实验室北京理工大学宇航学院飞行器动力学与控制教育部重点实验室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北京宇航系统工程研究所

针对具有强非线性和大范围运动的柔性多体系统，建立了一种精确且高效的动力学分析策略。在共旋坐标系下对柔性体进行动力学建模，再利用一种优化复合方法对建立的数学模型进行求解。由于动力学模型建立在共旋坐标系下，因此现有的先进... 详细信息

针对具有强非线性和大范围运动的柔性多体系统，建立了一种精确且高效的动力学分析策略。在共旋坐标系下对柔性体进行动力学建模，再利用一种优化复合方法对建立的数学模型进行求解。由于动力学模型建立在共旋坐标系下，因此现有的先进线性空间单元可以被直接使用，从而大幅降低计算成本。此外，为了准确地计算动力学响应，本文使用了一种优化复合方法，并以最小化局部截断误差为目标对算法参数进行优化设计。优化后的复合方法具有二阶精度、无条件稳定性和可控数值耗散。最后，本文对一些经典的柔性多体系统进行计算，结果表明：在相同的精度下，与目前流行的基于绝对节点坐标公式和Generalizedα方法的动力学分析策略相比，本文策略具有显著的效率优势。

关键词：多体动力学柔性多体系统共旋框架参数优化复合方法

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高功率微波作用下三维结构中多物理场耦合过程仿真方法研究综述

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电波科学学报 2024年第5期39卷 852-869页

作者：张浩轩王寅达王一尧白容川陈哲李谭毅王大伟王卫杰谢浩赵振国詹启伟周海京周亮尹文言浙江大学电磁信息与电子集成创新研究所杭州电子科技大学电子信息学院北京应用物理与计算数学研究所中物院高性能数值模拟软件中心浙大城市学院信息与电气工程学院上海交通大学射频异质异构集成全国重点实验室

电子系统暴露在高功率微波中，产生的多物理耦合效应会引发其性能降低甚至损毁。为指导其电磁防护设计，需要研究大规模电(磁)-热-应力耦合并行仿真方法。通过集成高性能并行计算框架和区域分解方法(domain decomposition method, DDM)... 详细信息

电子系统暴露在高功率微波中，产生的多物理耦合效应会引发其性能降低甚至损毁。为指导其电磁防护设计，需要研究大规模电(磁)-热-应力耦合并行仿真方法。通过集成高性能并行计算框架和区域分解方法(domain decomposition method, DDM)，可以实现超大规模复杂结构的高效数值模拟。在无源结构的电-热-应力耦合数值模拟中，每个时间步都需要反复求解电流连续性方程、热传导方程和热应力方程，场间通过焦耳热和温变材料参数实现耦合，当达到稳态后，进入下一个时间步；在射频无源结构的电磁-热-应力耦合过程数值模拟中，每个时间步内分别求解电磁场和热场，并通过耗散功率和温变材料参数实现场间耦合，当达到稳态后，根据温升计算热应力，然后进入下一个时间步。本文回顾了电(磁)-热-应力大规模并行仿真的实现方法，并列举了国内外科研团队在键合线阵列、系统级封装、微波滤波器等多种复杂结构的多物理场模拟方面的标志性成果。

关键词：多物理场计算高功率微波(HPM) 有限元方法(FEM) 区域分解方法(DDM) 高性能计算

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以营销视角探析国防科研单位招聘渠道问题与对策

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经济师 2022年第12期 277-278,280页

作者：朱景焕于翠影屈予希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北京100088

当前,国防科研单位面对外部激烈的招聘竞争和内部持续增长的人才需求,运用传统的招聘渠道已不能有效满足国防科技事业对科技人才的迫切需求。文章通过分析国防科研单位科技人才招聘的需求特点和现状,剖析国防科研单位在招聘渠道建设上... 详细信息

当前,国防科研单位面对外部激烈的招聘竞争和内部持续增长的人才需求,运用传统的招聘渠道已不能有效满足国防科技事业对科技人才的迫切需求。文章通过分析国防科研单位科技人才招聘的需求特点和现状,剖析国防科研单位在招聘渠道建设上存在的主要问题,提出解决招聘渠道问题的营销策略,为提高国防科研单位招聘质量和效率,快速建立人才竞争优势提出了相关建议。

关键词：国防科研单位科技人才招聘渠道营销

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基于几何矩的CAD模型形状匹配算法及应用

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图学学报 2021年第4期42卷 608-614页

作者：冷珏琳张哲刘田田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京100088 中国工程物理研究院计算机应用研究所四川绵阳621900

基于矩方法及其理论,提出了一个基于几何矩的形状匹配算法,用于识别CAD模型中具有相似形状特征的几何体。该算法采用一组满足平移、旋转、缩放不变性的几何矩不变量对三维几何体的形状特征进行描述,并根据形状特征向量的相似程度评估几... 详细信息

基于矩方法及其理论,提出了一个基于几何矩的形状匹配算法,用于识别CAD模型中具有相似形状特征的几何体。该算法采用一组满足平移、旋转、缩放不变性的几何矩不变量对三维几何体的形状特征进行描述,并根据形状特征向量的相似程度评估几何体之间的相似性。为提高几何矩计算的准确性和效率,对CAD模型的三角面片数据进行了预处理,并采用递归算法实现各阶几何矩的快速计算。形状匹配算法被应用于CAE软件的相似几何体拾取中,能够通过GUI交互的方式实时拾取与目标几何体形状特征相似的几何体,取得了良好的应用效果。

关键词：几何矩矩不变量形状匹配信息检索 CAD模型

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砌体结构长脉宽爆炸荷载损伤等级评估方法

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爆炸与冲击 2021年第10期41卷 124-134页

作者：曾繁肖桂仲冯晓伟黄超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 南京理工大学江苏南京210094 中国工程物理研究院总体工程研究所四川绵阳621999

随着百千吨级当量爆炸工业事故的频繁发生,建筑结构的损伤评估和抗爆安全性更受到关注。目前,构件级的评估方法相对成熟,而大当量冲击波作用下的建筑结构整体毁伤评估依旧是个开放性问题。本文中,面向结构级的毁伤评估,提出了一种新的... 详细信息

随着百千吨级当量爆炸工业事故的频繁发生,建筑结构的损伤评估和抗爆安全性更受到关注。目前,构件级的评估方法相对成熟,而大当量冲击波作用下的建筑结构整体毁伤评估依旧是个开放性问题。本文中,面向结构级的毁伤评估,提出了一种新的评估方法−构件损伤加权。该方法以承重构件损伤程度为基础,通过基于应变能的构件权系数加权,进而评估结构级损伤破坏程度。为了验证评估方法的有效性,以典型砌体结构为例,利用自主研发的冲击波结构毁伤模拟有限元程序,开展了百毫秒脉宽爆炸冲击波荷载下结构动力学响应数值模拟。根据数值模拟结果,结合构件损伤加权的评估方法,获取砌体结构损伤等级与冲击波超压的关系。预测的超压值的相对误差为−16.9%~26.2%,验证了评估方法的有效性。该评估方法为获取砌体结构的超压-冲量曲线提供了可行的途径,可为结构的抗爆安全设计提供参考。

关键词：长脉宽爆炸荷载损伤评估方法砌体结构超压

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基于神经网络模型的stencil循环最优分块大小预测

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计算机科学 2022年第10期49卷 18-26页

作者：包怡坤张鹏徐小文莫则尧中国工程物理研究院研究生院北京100094 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 中国工程物理研究院四川绵阳621900

stencil循环是科学与工程计算应用中最主要的计算核心之一。循环分块技术可有效改善stencil循环的数据局部性,提高计算并行度。分块的大小选择对stencil循环的性能影响很大,传统的分块大小选择方法通常在时间开销、人工成本、分块选择... 详细信息

stencil循环是科学与工程计算应用中最主要的计算核心之一。循环分块技术可有效改善stencil循环的数据局部性,提高计算并行度。分块的大小选择对stencil循环的性能影响很大,传统的分块大小选择方法通常在时间开销、人工成本、分块选择精度等方面存在短板,实用性较差。文中提出了一种基于人工神经网络的分块大小选择方法,用于预测三维Jacobi型stencil循环程序的最优分块。对来源于实际数值模拟软件中的11个stencil循环进行最优分块预测,实验结果显示,在单核串行和多核并行两种场景下,程序使用模型预测分块相比不分块的性能提升分别为2%和35%,与网格搜索方法的分块性能相当,但在线预测时间开销仅约为后者的1/30 000。此外,相比基于静态分析的Turbo-tiling方法,预测最优分块的实测性能平均提升了约9%。

关键词： stencil计算循环分块技术机器学习人工神经网络

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基于组合几何与自定义网格的粒子输运模拟方法

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现代应用物理 2022年第1期13卷 34-40页

作者：张玲玉李瑞李刚付元光邓力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高性能数值模拟软件中心北京100088

针对传统的组合几何的建模及粒子输运方式不能满足复杂几何复杂输运、大尺度场景长程输运和高精度高分辨率统计计数等问题,基于自主研发的蒙特卡罗粒子输运软件JMCT,开展了基于组合几何与自定义网格的建模方法、粒子输运方法及统计计数... 详细信息

针对传统的组合几何的建模及粒子输运方式不能满足复杂几何复杂输运、大尺度场景长程输运和高精度高分辨率统计计数等问题,基于自主研发的蒙特卡罗粒子输运软件JMCT,开展了基于组合几何与自定义网格的建模方法、粒子输运方法及统计计数方法研究。充分发挥组合几何建模便捷和输运高效、自定义网格建模灵活和计算精度高的优势,并将此方法应用到了线缆系统电磁脉冲光电输运和高能闪光照相直穿照射量模拟中。模拟结果表明,基于组合几何与自定义网格的粒子输运方法的计算结果与参考解相对偏差小于5%,模拟方法可行,结果可信。

关键词：粒子输运蒙特卡罗 JMCT 组合几何自定义网格

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一种基于Hamel形式的无条件稳定动力学积分算法

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力学学报 2022年第9期54卷 2577-2587页

作者：顾崴刘铖安志朋史东华北京理工大学信息与电子学院北京100081 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 北京理工大学宇航学院北京100081 北京理工大学数学与统计学院北京100081 复杂信息数学表征分析与应用北京市重点实验室北京100081

时间积分算法是求解动力学系统的一个核心问题.动力学方程的时间积分经常会出现数值不稳定现象,有限元空间离散也通常会造成伪高频振荡,因而,发展解决上述问题的数值积分算法具有重要的理论价值.本文基于Hamel场变分积分子,通过新的数... 详细信息

时间积分算法是求解动力学系统的一个核心问题.动力学方程的时间积分经常会出现数值不稳定现象,有限元空间离散也通常会造成伪高频振荡,因而,发展解决上述问题的数值积分算法具有重要的理论价值.本文基于Hamel场变分积分子,通过新的数值积分算法的构造方法,提出了一种无条件稳定的Hamel广义α方法,具体内容包括:构造特殊的变分形式,利用变分积分子等工具,建立无条件稳定的数值积分算法;在相同框架下,提出更高精度的数值格式;结合活动标架法的特性,将算法的一般形式推广到李群空间,得到Hamel广义α文所提出的Hamel广义α方法是无条件稳定的,具有二阶精度并且能够快速过滤掉虚假的高频振荡.数值算例的结果显示,本文所提方法具备了传统方法的精度、耗散和稳定性优势,既适合一般的线性空间,也适用于李群空间,同时还可以发展高阶精度算法.本文发展了构造变分积分子的新模式.

关键词：广义α方法 Hamel场变分积分子 Hamel广义α方法李群活动标架法

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大规模科学数据体绘制技术综述

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国防科技大学学报 2020年第2期42卷 1-12页

作者：王华维何柳曹轶肖丽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

体绘制是刻画大规模科学数据中复杂物理特征的有效途径,然而,数据量极大、特征难以捕捉等问题依然是目前体绘制研究的主要挑战。为此,研究者们从三个方面对体绘制算法进行了深入研究,以提高大规模数据体绘制的效率和效果。一方面,依托... 详细信息

体绘制是刻画大规模科学数据中复杂物理特征的有效途径,然而,数据量极大、特征难以捕捉等问题依然是目前体绘制研究的主要挑战。为此,研究者们从三个方面对体绘制算法进行了深入研究,以提高大规模数据体绘制的效率和效果。一方面,依托硬件通过多处理器核来分担计算,降低单处理器核所要完成的计算量,是提高体绘制效率的一个有效途径。另一方面,充分发掘数据场内在特性对三维数据场进行约简,大幅减少绘制处理数据量从而降低算法开销,也是提高体绘制效率的一个有效途径。同时,在体绘制算法中融入特征分析和特征增强方法,让复杂物理特征从数据场中突显出来,以实现对科学数据的高质量绘制。本文对国内外体绘制技术相关研究进展进行了调研、综述,并分析了不同的研究方法,最后展望了未来体绘制技术研究的可能发展方向,包括应用驱动的特征体绘制、基于特征的约简体绘制、适应硬件的体绘制听语音聊科研与作者互动多级加速以及原位智能化体绘制等。

关键词：体绘制并行加速数据约简效果增强特征可视化

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