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第十三届全国流体力学学术会议

作者：李勇张又升王裴刘难生潘书诚北京应用物理与计算数学研究所中国科学技术大学工程科学学院近代力学系北京大学应用物理与技术研究中心西北工业大学航空学院流体力学系

极端条件下的多介质耦合问题广泛存在于航空航天、化工过程、武器设计等工程领域。这些问题通常伴随着多种介质间强烈的相互作用,具有动边界、大变形、强间断等特点,对其开展高置信度的数值模拟对我们研究和发现其中的机理具有重要的作... 详细信息

极端条件下的多介质耦合问题广泛存在于航空航天、化工过程、武器设计等工程领域。这些问题通常伴随着多种介质间强烈的相互作用,具有动边界、大变形、强间断等特点,对其开展高置信度的数值模拟对我们研究和发现其中的机理具有重要的作用。为了避免扩散界面方法中对混合区迭代求解状态方程导致的鲁棒性问题,我们采用欧拉框架下的守恒型清晰界面方法来求解不同介质之间的相互作用。在新方法中,无粘流体、牛顿流体、非牛顿流体、弹性和塑性固体等不同介质由同一套连续介质力学控制方程进行统一描述,不同介质的区别仅在于控制方程的源项和材料的状态方程。不同介质的界面由level set函数来追踪,界面穿过网格时会将全网格切割成不同形状的切割网格。我们通过在全网格上构造切割网格的有限体积格式来求解该连续介质力学模型,介质间的相互作用通过交换网格切割面上的动量、热脉冲、能量(包括做功和导热)通量来实现,不同材料的刚性源项则用算子分裂方法独立求解。通过对双流体耦合和流固耦合等问题进行数值测试,结果表明该方法可以准确复现多介质黎曼问题的理论解,并对冲击诱导的介质变形有良好的预测效果。

关键词：连续介质力学切割网格方法清晰界面流固耦合 GPR模型

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基于广义黎曼问题的高精度的虚拟流场方法用于求解多介质可压缩流

基于广义黎曼问题的高精度的虚拟流场方法用于求解多介质可压缩流

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第十二届全国流体力学学术会议

作者：霍志鑫李杰权贾祖朋中国工程物理研究院研究生院首都师范大学交叉科学研究院中国工程物理研究院北京应用物理与计算数学研究所

本文提出了一种线性分布的虚拟流场状态,该状态是通过建立在物质界面处的局部两介质广义黎曼问题求解得到的。广义黎曼解法器基于时空耦合的思想,能够反应可压缩介质的本质属性,即热动力学效应,对于解决在爆轰过程中出现的大压力比大密... 详细信息

本文提出了一种线性分布的虚拟流场状态,该状态是通过建立在物质界面处的局部两介质广义黎曼问题求解得到的。广义黎曼解法器基于时空耦合的思想,能够反应可压缩介质的本质属性,即热动力学效应,对于解决在爆轰过程中出现的大压力比大密度比的问题非常有效。相比于基于黎曼问题的常数分布的虚拟流场状态,本文提出的基于广义黎曼问题的线性分布的虚拟流场状态具有以下优势:(1)能够消除物质界面处的压力错位;(2)能够极大地提高数值计算精度;(3)能够减小过热误差。一些典型的数值结果证实了我们提出的新的算法的优势。

关键词：热动力学效应广义黎曼问题可压缩多介质流体高精度虚拟流场方法

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动态载荷下铁相变的原子模拟研究进展

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高压物理学报 2021年第4期35卷 169-192页

作者：王昆肖时芳祝文军陈军胡望宇湖南大学材料科学与工程学院湖南长沙410082 湖南大学物理与微电子科学学院湖南长沙410082 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重点实验室四川绵阳621999 北京应用物理与计算数学研究所北京100088

铁的α?ε相变是金属高压相变研究领域的经典范例,随着测试技术的进步,其相变机制与动力学研究不断深入,基于激光加载的原位X射线观察结合非平衡分子动力学模拟研究是解决该问题最有效的手段之一。为此,综述了铁在动态载荷下塑性与相变... 详细信息

铁的α?ε相变是金属高压相变研究领域的经典范例,随着测试技术的进步,其相变机制与动力学研究不断深入,基于激光加载的原位X射线观察结合非平衡分子动力学模拟研究是解决该问题最有效的手段之一。为此,综述了铁在动态载荷下塑性与相变的原子模拟研究进展,综合分析了铁的高压势函数,平面应变加载下晶体的各向异性、冲击强度、应变率、应变梯度、各种初始晶体缺陷等对铁相变机制的影响,以及铁的相变与层裂,同时报道了铁在非平面加载下响应规律研究的最新进展,最后进行了归纳总结和展望。

关键词：高压结构相变塑性层裂分子动力学原子间相互作用势铁

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双极器件LPNP辐照损伤效应的并行有限元数值模拟

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系统仿真学报 2020年第12期32卷 2376-2382页

作者：王芹马召灿李鸿亮张林波卢本卓 LSEC 国家数学与交叉科学中心中国科学院数学与系统科学研究院计算数学与科学工程计算研究所北京100190 中国科学院大学数学科学学院北京100049 四川师范大学数学科学学院成都610066

在基于漂移扩散模型的半导体器件仿真模拟中,采用Zlamal有限元方法进行数值离散,结合提出的电离损伤耦合模型,对横向PNP(LPNP)双极晶体管(BJT,bipolar junction transistors)的电离损伤效应进行模拟。基于三维并行自适应有限元软件平台P... 详细信息

在基于漂移扩散模型的半导体器件仿真模拟中,采用Zlamal有限元方法进行数值离散,结合提出的电离损伤耦合模型,对横向PNP(LPNP)双极晶体管(BJT,bipolar junction transistors)的电离损伤效应进行模拟。基于三维并行自适应有限元软件平台PHG(Parallel Hierarchical Grid)实现了模型和算法,并通过数值计算的方式成功模拟出了LPNP受电离辐射影响后出现的基极电流增大及电流增益退化的现象。进行了网格规模达1亿单元、并行规模达1024进程的大规模数值实验,展示了算法良好的并行可扩展性。

关键词： Zlamal有限元辐照损伤效应 LPNP晶体管并行数值模拟

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一种健壮的TV通量分裂格式

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计算力学学报 2019年第4期36卷 562-568页

作者：胡立军袁礼衡阳师范学院数学与统计学院衡阳421002 中国科学院数学与系统科学研究院计算数学与科学工程计算研究所北京100190

随着计算流体力学的快速发展,设计精确、高效并且健壮的数值格式变得尤为重要。Toro等 [8] 提出的TV通量分裂格式表现出简单、高效和精确分辨接触间断等优点,但是在计算一些多维算例时会出现数值激波不稳定现象。两波近似的HLL格式在计... 详细信息

随着计算流体力学的快速发展,设计精确、高效并且健壮的数值格式变得尤为重要。Toro等 [8] 提出的TV通量分裂格式表现出简单、高效和精确分辨接触间断等优点,但是在计算一些多维算例时会出现数值激波不稳定现象。两波近似的HLL格式在计算中非常高效和健壮,但是不能分辨接触间断大大地限制了其应用。本文对TV通量分裂格式进行稳定性分析,据此提出一种混合格式来消除TV格式的数值激波不稳定性。数值试验表明,本文构造的混合格式不仅保留了原始TV格式的优点,而且具有更好的健壮性,在计算二维问题时不会出现数值激波不稳定现象。

关键词：欧拉方程 Toro-Vdzquez分裂 HLL-CPS格式 R-TV格式数值激波不稳定性

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脑组织通道磁示踪成像分析仪的设计与应用

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磁共振成像 2023年第2期14卷 109-115,124页

作者：王卉周洁成雨萌王缪天刘会坡操江峰习科张弘李楠牛田野谢肇恒张研薛言学吕鹏宇卢嘉宾徐萌韩鸿宾北京大学医学部医学技术研究院北京100191 北京大学第三医院放射科北京100191 磁共振成像设备与技术北京市重点实验室北京100191 北京应用物理与计算数学研究所北京100094 中国科学院信息工程研究所北京100093 深圳市特深电气有限公司深圳518054 北京大学第三医院临床流行病研究中心北京100191 深圳湾实验室医学工程研究所深圳518067 膜生物学国家重点实验室北京大学生命科学学院北京100871 北京大学中国药物依赖性研究所北京100191 北京大学工学院先进制造与机器人系北京100871 北京大学深圳研究生院深圳518055

目的基于经典扩散方程建模求解,设计并研制脑组织通道磁示踪成像分析仪。材料与方法建立信号源导入系统,设计多频段射频激发与信号采集单元,开发图像处理、建模计算与可视化模块,集成脑组织通道磁示踪成像分析仪。将12只成年雄性斯普拉... 详细信息

目的基于经典扩散方程建模求解,设计并研制脑组织通道磁示踪成像分析仪。材料与方法建立信号源导入系统,设计多频段射频激发与信号采集单元,开发图像处理、建模计算与可视化模块,集成脑组织通道磁示踪成像分析仪。将12只成年雄性斯普拉-道来氏大鼠随机平均分成两组,分别应用传统磁示踪法技术方案(n=6)与本研究系统方案(n=6)进行探测,计算并比较扩散系数和容积占比等参数,对组织液(interstitial fluid,ISF)引流过程进行可视化。结果该仪器可同步提供鼠脑细胞外间隙(extracellular space,ECS)结构参数及其内分子扩散情况,实现ISF引流途径的全脑示踪。相对于传统技术方案组,本研究系统组扩散系数和容积占比均下降(P均<0.01),且两个测量结果的标准差均减小。结论脑组织通道磁示踪成像分析仪的研发将ECS探测过程标准化、自动化,使得探测结果更加稳定、更趋向于真实水平,为后续兼容电阻抗、化学等多种信息的ECS探测仪器的研发奠定了基础。

关键词：脑细胞外间隙磁示踪组织间液系统设计磁共振成像

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矩阵形式二次修正Maxwell-Dirac系统的多尺度算法

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计算数学 2019年第4期41卷 419-439页

作者：付姚姚曹礼群中国科学院大学北京100190 中国科学院数学与系统科学研究院计算数学与科学工程计算研究所北京100190 中国科学院数学与系统科学研究院计算数学与科学工程计算研究所科学与工程计算国家重点实验室国家数学与交叉科学中心北京100190

带二次修正项的Dirac方程在拓扑绝缘体、石墨烯、超导等新材料电磁光特性分析中有着十分广泛的应用.本文工作的创新点有:一是首次提出了矩阵形式带有二次修正项的Dirac方程,它是比较一般的数学框架,涵盖了上述材料体系很多重要的物理模... 详细信息

带二次修正项的Dirac方程在拓扑绝缘体、石墨烯、超导等新材料电磁光特性分析中有着十分广泛的应用.本文工作的创新点有:一是首次提出了矩阵形式带有二次修正项的Dirac方程,它是比较一般的数学框架,涵盖了上述材料体系很多重要的物理模型,具体见附录A;二是针对上述材料体系的电磁响应问题,提出了有界区域Weyl规范下具有周期间断系数矩阵形式带二次修正项Maxwell-Dirac系统的多尺度渐近方法,结合Crank-Nicolson有限差分方法和自适应棱单元方法,发展了一类多尺度算法.数值试验结果验证了多尺度渐近方法的正确性和算法的有效性.

关键词： Maxwell-Dirac系统二次修正矩阵形式多尺度渐近方法 Crank-Nicolson有限差分方法自适应棱单元方法

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一种非结构网格上求解拉格朗日形式可压缩欧拉方程的二阶RKDG方法

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数学物理学报（A辑） 2020年第5期40卷 1354-1361页

作者：赵晓龙邱美兰蔚喜军卿芳邹世俊中国工程物理研究院研究生院北京计算科学研究中心北京100193 惠州学院数学与统计学院广东惠州516007 北京应用物理与计算数学研究所北京100088

该文结合间断Galerkin(DG)方法和拉格朗日格式,提出了一种非结构三角网格上求解拉格朗日形式可压缩欧拉方程的二阶Runge-Kutta(RK)DG方法.相比其它需要考虑拉格朗日空间和欧拉空间之间的映射雅可比矩阵的纯拉格朗日格式,该方法更加简洁... 详细信息

该文结合间断Galerkin(DG)方法和拉格朗日格式,提出了一种非结构三角网格上求解拉格朗日形式可压缩欧拉方程的二阶Runge-Kutta(RK)DG方法.相比其它需要考虑拉格朗日空间和欧拉空间之间的映射雅可比矩阵的纯拉格朗日格式,该方法更加简洁,并且方法的顶点速度求解器对许多算例都有很好的适应性.数值算例展示了方法的鲁棒性和二阶精度.

关键词：拉格朗日格式非结构三角网格 RKDG方法

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无线通信系统设计中的两个优化问题和相关优化方法

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运筹学学报 2019年第3期23卷 47-62页

作者：刘亚锋中国科学院数学与系统科学研究院计算数学与科学工程计算研究所科学与工程计算国家重点实验室

无线通信系统设计中的许多问题可建模为优化问题.一方面,这些优化问题常常具有高度的非线性性,一般情况下难于求解;另一方面,它们又有自身的特殊结构,例如隐含的凸性、可分性等.利用优化的方法结合问题的特殊结构求解和处理无线通信系... 详细信息

无线通信系统设计中的许多问题可建模为优化问题.一方面,这些优化问题常常具有高度的非线性性,一般情况下难于求解;另一方面,它们又有自身的特殊结构,例如隐含的凸性、可分性等.利用优化的方法结合问题的特殊结构求解和处理无线通信系统设计问题是近年来学术界研究的热点.本文重点讨论无线通信系统设计中的两个优化问题和相关优化方法,包括多用户干扰信道最大最小准则下的联合传输/接收波束成形设计和多输入多输出(Multi-Input Multi-Output,MIMO)检测问题,主要介绍现代优化技术结合问题的特殊结构在求解和处理上述两个问题的最新进展.

关键词：半正定松弛变量交替最优化多用户干扰信道联合传输/接收波束成形设计计算复杂性紧松弛 MIMO检测无线通信系统

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芯片-系统电磁脉冲耦合的高性能全波电磁模拟

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强激光与粒子束 2021年第12期33卷 103-110页

作者：王卫杰赵振国胡少亮李瀚宇周海京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复杂电磁环境科学与技术重点实验室四川绵阳621900 复旦大学专用集成电路与系统国家重点实验室上海201203

目的是研究高性能的电磁场仿真软件,对真实的芯片-系统电磁脉冲耦合过程进行高分辨率、高置信度的电磁仿真。研究重点是针对多尺度问题,突破算法的并行计算瓶颈。基于自主软件平台快速研发出仿真软件,在高性能计算平台上完成对真实复杂... 详细信息

目的是研究高性能的电磁场仿真软件,对真实的芯片-系统电磁脉冲耦合过程进行高分辨率、高置信度的电磁仿真。研究重点是针对多尺度问题,突破算法的并行计算瓶颈。基于自主软件平台快速研发出仿真软件,在高性能计算平台上完成对真实复杂问题的全波电磁仿真。通过对某真实机箱内部芯片的电磁脉冲耦合仿真分析,验证了本文提出的算法的高性能、高效率的特性。

关键词：芯片-系统电磁脉冲多尺度有限元方法并行计算

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