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2009年, 第26卷, 第2期
刊出日期：2009-03-25 上一期    下一期
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研究论文

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自适应间断有限元方法求解双曲守恒律方程 徐云, 蔚喜军 2009, 26(2): 159-168.  摘要 ( )   PDF(980KB) ( )   研究自适应Runge-Kutta间断Galerkin (RKDG)方法求解双曲守恒律方程组,并提出两种生成相容三角形网格的自适应算法.第一种算法适用于规则网格,实现简单、计算速度快.第二种算法基于非结构网格,设计一类基于间断界面的自适应网格加密策略,方法灵活高效.两种方法都具有令人满意的计算效果,而且降低了RKDG的计算量.

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一种抗单元逆转的软组织有限元模型 张秋葵, 罗立民 2009, 26(2): 169-174.  摘要 ( )   PDF(370KB) ( )   由于Green应变具有单元翻转不变性,在大变形的仿真中有可能会出现单元的逆转,破坏模型网格的拓扑结构,导致仿真失败,因此提出一个新的有限单元模型,在采用Green应变度量变形同时把单元体积变化率和单元内压强关系引入到本构方程中,解决单元逆转问题;同时,模型导出的单元弹性势能是单元结点位移的多项式函数,有效地简化了共轭梯度法的求解,效率显著提高.实验结果表明,该模型可以应用于软组织大变形的实时仿真中.

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非结构四边形网格下的一类保对称有限体元格式 聂存云, 舒适, 盛志强 2009, 26(2): 175-183.  摘要 ( )   PDF(389KB) ( )   针对定常扩散问题,在非结构四边形网格下,通过选取特殊的控制体和有限体元空间,建立两种保对称有限体元格式,在拟一致网格剖分下,当扩散系数光滑时,证明有限体元解函数在L2和H1范数下均具有饱和误差阶.数值实验验证理论结果的正确性,同时表明新格式对扭曲大变形四边形网格、间断系数问题具有较强的适应性.在正交网格下,第二种格式对流(flux)函数在单元中心点的值还具有超逼近性.

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基于内存约束的一维负载平衡方法及其应用 刘旭, 莫则尧, 曹小林 2009, 26(2): 184-190.  摘要 ( )   PDF(369KB) ( )   在内存约束的条件下,提出一种新的一维负载平衡方法.该方法是一个迭代法,严格的理论证明表明,它可以线性收敛到最优剖分.针对典型的负载不平衡模型和三维分子动力学问题,1 024个处理器上的实际应用表明,该方法可以取得较好的效果.

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块三对角线性方程组的一类二维区域分解并行不完全分解预条件 吴建平, 宋君强, 张卫民, 李晓梅 2009, 26(2): 191-199.  摘要 ( )   PDF(447KB) ( )   基于二维重叠区域分解,对每个子区域上局部不完全LU分解所得到的上、下三角因子分别进行组合,给出一类全局并行不完全分解型预条件.所给出的并行化方法适用于任何不完全LU分解型预条件.对采用二维区域分解与一维区域分解时所得并行预条件的并行计算性能进行分析比较.实验结果表明,提出的并行化方法普遍优于加性Schwarz并行化方法,且当处理器个数相对较多时采用二维区域分解优于一维区域分解.

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含运动变形物体流场的数值模拟 邓树升, 耿继辉, 叶经方, 谭俊杰 2009, 26(2): 200-210.  摘要 ( )   PDF(1003KB) ( )   基于含拓扑结构改变、可变形运动网格生成技术及动边界条件下的数值处理方法,对爆炸波通过有限入口进入建筑物内部的透射(infiltration)现象进行直接模拟.系统研究入口处门板不同运动、变形、脱落方式下,爆炸波在建筑物内部的传播过程和内壁面上的爆炸载荷,直接模拟门与挡板的碰撞、门的断裂及破片的抛洒过程.结果表明,所发展的用于含拓扑结构改变的运动可变形物体流场计算方法对该类问题的直接模拟行之有效.

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高阶精度CE/SE算法及其应用 张德良, 王景焘, 王刚 2009, 26(2): 211-220.  摘要 ( )   PDF(724KB) ( )   对时-空守恒元解元算法(CE/SE)的网格设置做较大改进,提出一种新的六面体解元和元定义;同时在解元中对物理量进行高阶Taylor展开,给出一种在时间和空间上均具有高阶精度CE/SE算法.在此基础上,把新型的高阶精度CE/SE算法推广应用于高速流动捕捉激波间断、气相化学反应流动、计及固体动态效应的流体-弹塑性流动和非稳态多相不可压缩粘性流动中.数值实践表明,提出的新型网格结构上的高阶精度CE/SE算法具有算法简单、计算精度高、计算效率和计算效果好的优点,并大大改进和拓展了CE/SE算法的应用范围.

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用RANS/LES混合方法研究超声速底部流动 肖志祥, 符松 2009, 26(2): 221-230.  摘要 ( )   PDF(639KB) ( )   在剪切应力输运和弱非线性k-ω模式中引入压缩性修正,并在此基础上构造RANS/LES混合方法,对包含丰富流动结构和复杂流动机理的导弹类超声速底部流场进行数值分析,发现压缩性修正可更好地描述流场特征,适于具有较强压缩性效应流动的数值分析;混合方法捕捉到丰富的流动现象及非定常特性.

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二维地效翼及地效流动特性数值研究 杨韡, 杨志刚 2009, 26(2): 231-240.  摘要 ( )   PDF(599KB) ( )   用数值模拟的方法,对二维NACA0012翼型在地面效应下的空气动力特性和地效流动特性进行研究,得到地效翼的升力、阻力和翼型表面压力分布随攻角及相对飞行高度的变化情况.通过对计算结果的分析,可以看出,在一定的攻角,靠近地面飞行,机翼的升力得到提高;随着飞行高度的降低,地面效应增强,机翼的失速攻角减小;地面附近的粘性流动对机翼的空气动力特性影响很小;当相对飞行高度小于0.1时,应该考虑空气的可压缩性.

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氯气/BHP液滴化学反应流动一维数值模拟 薛社生, 刘全, 李守先, 束小建 2009, 26(2): 241-246.  摘要 ( )   PDF(282KB) ( )   为研究横向均匀液滴发生器的机理,对Cl2/He气体横向流过BHP液滴场的物理化学行为建立一维化学反应流动模型.其中气流场按不可压缩假设近似为一维均匀流动;发生于液滴内的化学反应由四种物质的反应扩散方程描述;气相中各种物质浓度由对流扩散方程描述.液滴是这些物质的源或汇,两个模型方程通过此源项相联系.对模型方程作数值求解.结果显示,氯气利用率、单态氧产率及效率与文献所提供的实验结果较为接近,反映了所建模型具备模拟混合气体与BHP液滴反应的基本能力.

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辐射与物质强耦合问题的二维输运数值模拟 李双贵, 杭旭登, 李敬宏 2009, 26(2): 247-253.  摘要 ( )   PDF(428KB) ( )   分析确定性输运数值方法模拟辐射与物质强耦合问题的难点,给出在任意四边形网格上求解该类问题的简单隅角平衡算法,并应用灰体输运综合加速算法提高输运方程的源迭代收敛速度,最后给出数值例子.

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原子轨道强耦合方法研究He2+-H-碰撞的电荷转移过程 闫世杰, 刘玲, 王建国 2009, 26(2): 254-260.  摘要 ( )   PDF(374KB) ( )   应用双中心原子轨道强耦合方法研究He2+-H-碰撞的单次电荷转移过程.计算中,对入射粒子He2+,包含n=1~7的所有束缚态,计算的能量本征值与NIST标准数据在百分之几的精度内符合很好;对靶H-,包括一个束缚态1s和五个连续态ns(n=2~6),束缚态能量与他人理论结果一致.在4~400 keV的入射粒子能量范围,计算单电子俘获过程的总截面及到各个壳层上的态选择截面.发现在较低的入射粒子能量,电子主要俘获到He+离子主量子数n=3~5的壳层,高能区俘获到n=2的壳层为主;对同一主量子数n,在低能区俘获到高角动量态(l=n-1,n-2)的电荷转移截面相对较大,在高能区主要俘获到l=1的p壳层.同时还计算入射粒子能量分别为4 keV和400 keV时,电子俘获到激发态辐射退激发产生的电荷转移发射光谱,并发现cascade效应的影响很大.

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双原子分子电子能量损失谱的解谱方法 刘雯静, 朱林繁, 葛敏, 徐克尊 2009, 26(2): 261-266.  摘要 ( )   PDF(323KB) ( )   介绍一种双原子分子电子能量损失谱的解谱方法,在利用已知的双原子分子光谱信息及理论计算的Franck-Condon(FC)因子的基础上,通过二次函数调整整个电子态振动强度的轮廓,减少拟合过程中的待定参数个数,降低对FC因子精确性的要求,提高拟合的精度和可信度.用Mathematica语言编写基于以上方法的数据处理程序,改进算法,提高了软件的运行效率.利用该软件处理氢分子的电子能量损失谱,得到氢分子不同电子态的振动跃迁的截面信息,所得结果与以前的实验结果符合很好.

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半透明梯度折射率介质内辐射熵传递方程及其数值模拟 刘林华 2009, 26(2): 267-274.  摘要 ( )   PDF(360KB) ( )   在非相干辐射条件下,基于Planck光谱辐射熵强度定义,导出半透明梯度折射率介质内光谱辐射熵传递方程,以及局部辐射熵产率理论表达式.基于离散坐标法对辐射熵传递方程进行数值求解.以一维半透明梯度介质平板为例,对辐射熵方程及其算法进行验证.平板整体无因次辐射熵产的计算结果与宏观热力学定律的结果一致.

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缺陷形状对铝材料微喷射的影响 刘超, 秦承森, 冯其京, 王裴 2009, 26(2): 275-280.  摘要 ( )   PDF(306KB) ( )   通过二维弹塑性流体力学欧拉程序MEPH,对包含不同形状不同角度缺陷铝材料的微射流现象进行数值模拟,并对其最大喷射速度以及喷射系数进行数值统计,得到不同形状、不同角度缺陷最大喷射速度及喷射系数的变化规律.并将计算结果与实验结果进行比较,基本吻合,能够反映试验规律.

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单壁氮化硼纳米管压缩特性的分子动力学模拟 荆宇航, 孟庆元 2009, 26(2): 281-286.  摘要 ( )   PDF(383KB) ( )   采用分子动力学方法,分别模拟完好的和含有缺陷的(7,7)扶手椅型氮化硼纳米管的轴向压缩过程.原子间的相互作用采用Tersoff多体势函数来描述.为验证结果的可靠性,同时针对(7,7)扶手椅型碳纳米管进行对比计算.结果表明,氮化硼纳米管的压缩失效模式同碳纳米管相同,均表现为管壁的局部屈曲.发现纳米管的压缩强度,如临界轴向内力在低温下受温度影响明显,并且和应变率的大小有关.然而,应变率对纳米管的弹性变形没有影响.另外,还发现空位缺陷降低了纳米管的力学性能.与完好的纳米管相比,含有缺陷的纳米管轴向压缩强度对于温度的影响并不敏感.

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1+1维Wolf-Villain模型奇异标度行为的数值模拟 寻之朋, 唐刚, 韩奎, 夏辉, 郝大鹏, 周伟, 杨细全 2009, 26(2): 287-292.  摘要 ( )   PDF(345KB) ( )   采用Kinetic Monte Carlo(KMC)方法对描述分子束外延生长(MBE)的1+1维Wolf-Villain模型进行大尺寸和长生长时间的数值模拟研究,以消除渡越行为的影响.计算得到整体和局域标度指数.结果显示,在所模拟的空间和时间尺度范围内,1+1维Wolf-Villain模型仍呈现出固有奇异标度行为.这一结论与López等人最近的理论分析结果不一致.

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通过耦合降低随机行走的扩散速度(英文) 李木子, 闫建华, 齐晓华 2009, 26(2): 293-298.  摘要 ( )   PDF(286KB) ( )   研究一个耦合的离散时间马尔可夫随机行走模型,将两个行走者耦合成对,通过改变演化到每一步时行走方向的分布情况,使得每个行走者有更大的概率向着它的共轭行走者的方向演化.在这种耦合方式下,增加耦合强度会使随机行走的扩散速度下降.最关键的问题是演化方向的分布情况,步长的分布情况只起次要作用.因为耦合,成对的行走者将进入某种同步状态.这种同步状态正是扩散速度下降的原因.

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径向基函数及其耦合方法在电磁场数值计算中的应用 张淮清, 俞集辉, 郑亚利 2009, 26(2): 299-310.  摘要 ( )   PDF(660KB) ( )   针对带电导体附近急剧变化的位函数和场函数这一难于处理的边界条件,将小波函数的紧支撑特性和全域径向基函数(RBF)的高精度逼近能力相结合,提出电磁场边值问题求解的耦合方法并应用于接地金属槽/箱的数值计算中;将径向基函数无网格方法引入波导本征值的计算中,给出其求解本征问题的思路,建立相应的离散方程,分析矩形、圆形和脊形波导的本征值并与有限元方法进行比较.数值仿真实验表明,径向基函数及其耦合方法在分析电磁场边值和本征值问题时是有效的且具有实现简单、节点少和精度高的优势.

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互连导线串扰问题的人工神经网络预测 李旭, 俞集辉, 李永明, 汪泉弟 2009, 26(2): 311-316.  摘要 ( )   PDF(305KB) ( )   提出应用人工神经网络对互连导线间串扰问题进行预测的方法.选择对互连导线串扰响应有影响的相关参数作为输入预测因子,用基于误差反向传播的BP网络构造输入预测因子与串扰响应输出之间的映射关系,并用MTL和FDTD法计算获得的训练样本集对构造好的BP网络进行训练,建立基于BP网络的导线串扰的预测模型.最后,将串扰的BP预测结果和和测试样本进行比较,表明该方法有效.