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2012年, 第29卷, 第2期
刊出日期：2012-03-25 上一期    下一期
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无网格方法施加本质边界条件的主从自由度法 郑子君, 陈永强, 陈璞 2012, 29(2): 159-165.  摘要 ( )   PDF(404KB) ( )   以SPH(smoothed particle hydrodynamics)方法为例,把无网格法中的本质边界条件和复合材料界面连续条件视为多点约束(multi-point constraint,MPC),用主从自由度法(master-slave method)来处理.典型的基体-夹杂复合材料的线弹性问题算例结果表明,与罚函数法相比,采用主从自由度法的精度更高,适用范围更广.

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Lagrange坐标系下二维气动方程组的RKDG有限元方法 赵国忠, 蔚喜军, 张荣培 2012, 29(2): 166-174.  摘要 ( )   PDF(9373KB) ( )   构造Lagrange坐标系下二维可压缩气动方程组的RKDG(Runge-Kutta Discontinuous Galerkin)有限元方法.将流体力学方程组和几何守恒律统-求解,所有计算都在固定的网格上进行,计算过程中不需要网格节点的速度信息.对几个数值算例进行数值模拟,得到较好的数值模拟结果.

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非线性Schrödinger方程的直接间断Galerkin方法 张荣培, 蔚喜军, 赵国忠 2012, 29(2): 175-182.  摘要 ( )   PDF(7764KB) ( )   讨论-维和二维非线性Schrödinger(NLS)方程的数值求解.基于扩散广义黎曼问题的数值流量,构造-种直接间断Galerkin方法(DDG)求解非线性Schrödinger方程.证明该方法L2稳定性,并说明DDG格式是-种守恒的数值格式.对-维NLS方程的计算表明,DDG格式能够模拟各种孤立子形态,而且可以保持长时间的高精度.二维NLS方程的数值结果显示该方法的高精度和捕捉大梯度的能力.

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积分节点迎风偏移的节点积分无单元Galerkin方法 王晓东, 欧阳洁, 王玉龙, 蒋涛 2012, 29(2): 183-190.  摘要 ( )   PDF(5434KB) ( )   建立求解稳态对流-扩散方程的-种稳定、高效的无单元Galerkin方法.该方法计算积分时采用基于局部Taylor展开的节点积分,并根据对流占优的程度对积分节点进行自适应迎风偏移.与传统的使用稳定化的无单元Galerkin方法相比,该方法是-种不依赖于背景网格积分的纯无网格方法,具有更好的稳定性和较高的计算效率,其程序实施更为简便.

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径向基函数插值方法在动网格技术中的应用 林言中, 陈兵, 徐旭 2012, 29(2): 191-197.  摘要 ( )   PDF(6186KB) ( )   分析用于非结构网格的弹簧比拟和用于结构网格的无限插值动态网格方法在实际应用中的优缺点,提出无需网格连接关系的基于径向基函数(radial basis functions,RBF)插值的动网格技术并编制相应的网格运动计算程序.以二维菱形翼的旋转运动及三维菱形翼的柔性变形为例,分析不同基函数和紧支半径的选取对网格质量及计算效率的影响,并通过与弹簧比拟方法的对比验证了RBF方法的有效性.结果表明:RBF方法数据结构简单,计算效率高,适应大变形能力强,可以有效地实现计算流体力学中的网格运动问题.

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二维柱几何非定常中子输运方程基于格式的界面预估校正并行算法 魏军侠, 袁光伟, 阳述林, 申卫东 2012, 29(2): 198-204.  摘要 ( )   PDF(393KB) ( )   针对二维柱几何非定常中子输运方程的Sn-间断有限元方法,提出基于格式的界面预估校正并行算法.数值算例表明,该并行算法在精度与并行度等诸方面均具有良好的性质,与已有的基于隐式格式的并行扫描算法相比,对于二维中子输运大规模计算问题,并行计算效率较高,并行加速比可增加-倍以上,且可保持原隐式格式的计算精度.

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基于JASMIN框架的辐射流体与粒子输运耦合计算 任健, 魏军侠, 曹小林 2012, 29(2): 205-212.  摘要 ( )   PDF(476KB) ( )   基于JASMIN框架的"联邦计算",将两个串行程序辐射流体RH2D与粒子输运Sn2D作为独立"邦元"耦合连接,形成的集成程序RHSn2D可以采用数千处理器并行模拟多物理耦合问题.集成程序RHSn2D中的邦元具有各自独立的网格划分与并行算法,同时借助框架技术,可以屏蔽邦元间的并行数据传递.算例表明,对于应用问题规模(90 720个网格单元,辐射流体100个Patch,粒子输运2 835个Patch,Sn方向48,16群),集成程序RHSn2D采用1 024个处理器可以达到36%的并行效率.

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电弧放电等离子体诱导激波的计算 程钰锋, 聂万胜 2012, 29(2): 213-220.  摘要 ( )   PDF(500KB) ( )   基于电弧放电物理过程,分析气动激励机理,建立用于电弧放电等离子体诱导激波数值模拟的爆炸丝传热模型.主要结论有:电弧放电等离子体气动激励的主要机理是热等离子体的热阻塞效应,热电弧放电对于超声速来流而言就像-个具有-定斜坡角度的虚拟突起;理论分析只适用于纵坐标较小的阶段;当传热的功率设为放电功率的10%时,本文所建立的模型能够用于电弧放电等离子体诱导激波的仿真研究;等离子体虚拟斜坡角度及其诱导激波角都随来流总压和速度的增大而减小,随着放电功率的增大而增大,在总压、速度和放电功率较小的阶段这种变化较明显,在总压、速度和放电功率较大的阶段这种变化较缓慢.

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梯形管内壁等离子体离子注入鞘层扩展MATLAB-PIC数值模拟 裴宪军, 巩春志, 汪志健, 田修波, 杨士勤 2012, 29(2): 221-226.  摘要 ( )   PDF(4038KB) ( )   基于MATLAB利用Particle-in-cell模型,对梯形管内壁等离子体离子注入过程,进行了二维数值模拟.计算结果表明在中心电极附近出现了"阳极鞘层",该鞘层内部不存在离子,而且在鞘层边缘离子密度最高.在上下管壁上的离子注入剂量呈现"m"形分布.通过对注入过程中等离子体密度分布和不同时间段管壁不同位置离子注入剂量的跟踪,发现"阳极鞘层"扩展行为是导致"m"形分布的原因.由于梯形管形状的不对称性,"阳极鞘层"的边缘向梯形长底方向扩展较快.在注入初始时刻离子注入的能量很低,随着时间延长离子能量逐渐升高,这是由离子初始位置决定的.可见梯形管自身形状决定了鞘层形状和最终的离子注入能量和剂量分布.

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氮气射频放电与直流放电PIC/MC模拟的比较 张连珠, 赵海涛, 孙倩, 姚福保, 杨巍 2012, 29(2): 227-233.  摘要 ( )   PDF(392KB) ( )   建立氮气容性射频等离子体过程的PIC/MC模型,将模拟结果与直流放电进行比较.结果表明:射频等离子体粒子(e,N2+,N+)的平均密度较直流放电约大-个量级,在射频电极附近粒子(e,N2+,N+)的平均能量比直流放电阴极附近的能量低3倍左右;密度偏低的原子离子N+在两电极附近具较高的能量,能量较低的分子离子N2+在放电空间具较高密度,N2+的密度大约是N+的6倍;计算的电子能量几率分布与测量结果-致.

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超燃冲压发动机等截面隔离段中流动的LBM模拟 贺宏, 李会雄, 冯永昌 2012, 29(2): 234-238.  摘要 ( )   PDF(2545KB) ( )   采用耦合的双分布函数格子Boltzmann方法模拟超燃冲压发动机中隔离段的流动.计算结果反映了隔离段内流场的基本结构,表明LBM在隔离段的模拟中是-种具有潜力的数值计算方法.

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地下坑道周围山体内氡运移力学解析 牛冠毅, 陈剑杰, 王君 2012, 29(2): 239-244.  摘要 ( )   PDF(302KB) ( )   基于连续介质力学原理,建立氡在地下坑道周围山体内运移的-维径向对称模型,分析在浓度扩散和气体渗流条件下,坑道周围山体内氡浓度分布,并给出氡浓度的解析表达式.用有效运移距离的概念,定量描述对坑道内氡浓度有影响的山体范围,给出有效运移距离和有效孔隙率、比渗流速度之间的关系式,同时给出坑道壁面上氡析出率的表达式.

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用拉普拉斯变换差分法求解试井分析中的-维渗流问题 刘洪, 王新海, 张福祥, 牛新年 2012, 29(2): 245-249.  摘要 ( )   PDF(235KB) ( )   结合拉普拉斯变换和有限差分法给出求解试井分析中-维渗流问题的拉普拉斯变换差分法:首先对渗流方程采用拉普拉斯变换消去时间变量得到拉普拉斯空间数学模型,采用有限差分法求解拉普拉斯空间数学模型,最后通过拉普拉斯反演算法得到井底压力或产量.通过与有限差分法结果和解析解对比,拉普拉斯变换差分法比有限差分法计算误差小.虽然单步计算耗时长,但计算任意时刻结果时对空间网格的适应性和不依赖其它时刻计算结果的特性使得拉普拉斯变换差分法在试井分析中有非常好的应用前景.

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修正cKdV方程组的孤立波结构及其稳定性 石玉仁, 周志刚, 张娟, 杨红娟, 段文山 2012, 29(2): 250-256.  摘要 ( )   PDF(325KB) ( )   利用函数展开法求解修正耦合KdV(Coupled KdV,cKdV)方程组,得到几类孤立波解,包括扭结型-钟型、双扭结型、双钟型以及双扭结-双钟型结构的单孤子解.在不同的极限情况下,这些解分别退化为修正cKdV方程的扭结状或钟状孤波解.对孤立波的稳定性进行了数值研究,结果表明:修正cKdV方程既存在稳定的孤立波解,也存在不稳定的孤立波解.

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围绕变壁温水平圆柱热源接触熔化的理论分析 赵元松, 梁卫华, 陈文振 2012, 29(2): 257-262.  摘要 ( )   PDF(292KB) ( )   研究围绕变壁温热源的接触熔化,建立表面温度随角度变化的水平圆柱热源接触熔化模型.对紧密接触熔化区的液体传热与运动状态进行分析,运用Nusselt液膜理论建立熔化控制方程,并采用理论求解,得到稳定熔化时的熔化速度解析解,所得结果包含了文献关于定壁温热源熔化的分析结果.通过分析不同温度分布下发生接触熔化的熔化速度、液膜厚度和压力分布情况,得到温度分布对熔化影响的规律.

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弧长法在斜直井内管柱非线性屈曲分析中的应用 谈梅兰, 武国玉 2012, 29(2): 263-270.  摘要 ( )   PDF(410KB) ( )   对于斜直井内底部-段管柱的后屈曲问题,基于受径向约束管柱的微分求积(DQ,Differential Quadrature)单元,构建了弧长迭代法.给出详细的迭代步骤和迭代初值的确定方法,对不同端部侧向约束条件下的管柱非线性屈曲进行迭代计算.并与现有文献中的近似解析解、实验结果和纯载荷增量迭代法的数值计算结果进行比较.结果显示,本文方法克服了有限单元法在处理管柱自重时的困难,同时能自动调节增量步长,跟踪管柱非线性后屈曲平衡路径的全过程.计算效率高、收敛性好、易于实施,可以用来分析斜直井内管柱的非线性屈曲问题.

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基于Z变换的高阶完全匹配层实现 冯乃星, 李建雄 2012, 29(2): 271-276.  摘要 ( )   PDF(291KB) ( )   基于拉伸坐标完全匹配层(SC-PML)公式和Z变换方法,提出以非分裂场形式来实现具有多极点的高阶完全匹配层的高效算法,来截断时域有限差分(FDTD)网格.在吸收性能方面,高阶PML同时具有传统PML和复频率偏移完全匹配层(CFS-PML)二者的优点.提供的数值算例是二维TE极化电磁波与无限长且有限宽度的理想电导体(PEC)薄片的相互作用.仿真结果显示,高阶PML公式在衰减低频行波和隐失波及减少后期反射方面效果好,比传统SC-PML和复频率偏移的卷积完全匹配层(CPML)算法有更好的吸收性能.

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Mn掺杂ZnS(110)表面的电子结构和磁性 宋德王, 牛原, 肖黎鸥, 李丹 2012, 29(2): 277-284.  摘要 ( )   PDF(6406KB) ( )   采用基于密度泛函理论的第-性原理方法,研究Mn掺杂ZnS(110)表面的电子结构和磁性.计算分析不同掺杂组态的几何参数、形成能、磁矩、电子态密度以及电荷密度.结果表明:单个Mn原子掺杂,替位于表面第二层的Zn原子时体系形成能最低,说明该层是最稳定的掺杂位置.对于两个Mn原子的掺杂,当Mn与Mn之间呈反铁磁耦合时体系最稳定.体系的总磁矩和自由Mn原子的磁矩差别很小,但是Mn原子的局域磁矩却依赖于Mn原子的3d态和近邻S原子的3p态的杂化作用,即受周围S原子环境的变化影响较大.此外,分析电荷密度图得出Mn原子替换Zn原子后与S原子形成了更强的共价键.

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小尺寸正方形铁磁薄膜边界效应对磁化翻转过程的影响 李梅, 苏垣昌, 胡经国 2012, 29(2): 285-290.  摘要 ( )   PDF(385KB) ( )   用自旋动力学方法系统地研究磁偶极相互作用表现的边界效应对小尺寸正方形铁磁薄膜的磁化翻转过程的影响.在确定的磁偶极相互作用强度下,针对不同的单轴各向异性强度和不同的磁化角(外磁场与易轴间的夹角),具体给出矫顽场与磁化角及单轴各向异性强度之间的依赖关系和-些有代表性的磁滞回线,并给出磁化翻转过程中-些有代表性的微观磁结构.模拟结果表明:磁偶极相互作用表现的边界钉扎作用与单轴各向异性场之间的竞争决定磁滞回线的形状和矫顽场的大小,从而在不同磁化角情况下会导致不同的矫顽场机理.本文提出可有效地描述正方形铁磁性薄膜复杂微观磁畴结构的形成与演变的五磁畴模型.这种五磁畴模型既能直接揭示单轴各向异性正方形铁磁薄膜的几何特性和物理特性,也方便于磁化翻转过程的分析.

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FCC金属结构稳定性和声子谱的MAEAM研究 陈学善, 赵越, 杜安 2012, 29(2): 291-296.  摘要 ( )   PDF(282KB) ( )   应用改进分析型嵌入原子方法(MAEAM)计算fcc金属的结构稳定性和声子谱.考虑更远邻原子之间的相互作用,提出新的两体势函数,并采用新的截尾处理函数和加强光滑连接条件.通过拟合单空位迁移能、结合能、三个独立弹性常数及晶体平衡条件,确定了模型参数.在体积不变条件下,计算金属不同结构的能量,说明Ag、Al、Au、Cu、Ir、Ni、Pd、Pt和Rh的fcc结构比较稳定.它们的能量-体积曲线与Rose方程结果基本-致,进-步说明了体积变化时的结构稳定性.同时发现[100]、[110]和[111]三个方向声子谱的计算结果符合实验值和其它计算结果.

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掺杂元素Fe对LiAlH4放氢性能影响的第-性原理研究 王青, 党文强, 杜瑞, 戴剑锋, 李维学 2012, 29(2): 297-302.  摘要 ( )   PDF(7217KB) ( )   采用第-性原理赝势平面波方法研究掺杂元素Fe对LiAlH4放氢性能的影响及其作用机理.计算杂质形成能、电子态密度、氢原子分解能,分析原子间的成键情况和结构的稳定性.结果表明:Fe在LiAlH4中占据间隙位置或者替代Al或者Li时,都能改善LiAlH4的放氢性能.Fe在LiAlH4中倾向于占据间隙位置,电子结构分析显示Fe占据间隙位置时与近邻的Al原子产生强烈的相互作用;另-方面,Fe与近邻的H也有较强相互作用.两个因素共同的结果是破坏了[AlH4]基团的稳定性,从而改善LiAlH4的放氢性能.结果与实验相吻合.

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0～15GPa外压下ZnO结构相变的第-性原理研究 张芳英 2012, 29(2): 303-307.  摘要 ( )   PDF(251KB) ( )   利用第-性原理的计算方法,结合热力学和弹性力学的计算详细分析0~15 GPa外压下ZnO的结构、弹性模量和电子结构.结果表明:在研究压强范围内,B4结构的ZnO能量始终比B3结构的低,但随着外压的增加,无论是B4结构还是B3结构,都会在-定压强下转变成B1结构.B4至B1的压强转变点为12.4 GPa,B3至B1的压强转变点是11.8 GPa.B4结构转变成B1结构的瞬间,体系体积缩小约17%.结果与已有的实验与理论结果相符.B4结构的ZnO剪切模量在6~8 GPa时急剧下降,与已有的实验和理论计算结果相符.电子结构特征表明,随着外压的增强,体系中Zn 3d电子与O 2p电子相互作用减弱.

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关联复杂网络建模及辨识研究 唐圣学, 陈丽, 黄姣英 2012, 29(2): 308-316.  摘要 ( )   PDF(894KB) ( )   运用异质耦合拆分方法和驱动-响应模型,提出关联复杂网络节点参数和拓扑结构的辨识方法.首先,研究异质关联复杂网络建模方法,进而依据网络耦合性质不同,拆分构造了两类异质关联复杂网络.然后运用驱动-响应模型、LaSalle不变原理和Gram矩阵,设计节点系统参数和拓扑参数的自适应辨识观测器.所提的观测器能在线获取网络的节点参数、不同耦合性质的拓扑参数.最后,通过数值仿真验证所提方法的有效性.