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2017年, 第34卷, 第3期
刊出日期：2017-05-25 上一期    下一期
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研究论文   

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研究论文

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辐射输运与电子能量强耦合源项的一种高效计算方法 李若, 李蔚明, 宋鹏 2017, 34(3): 253-260.  摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1111KB) ( )   本文研究辐射输运和电子能量耦合方程组的数值方法. 在具有光性厚特征的应用问题中，这两类方程的耦合源项表现出强刚性，使得设计稳健高效的数值格式陷入困难.针对辐射输运多群模型和电子能量的耦合方程组的刚性源项，我们给出一种基于电子温度变化规律拟设（ansatz）的积分算法，其时间步长不受刚性源项限制，从而使得计算效率比传统显式方法或隐式非线性迭代获得本质的提高.在所基于的拟设有效时，算法确保给出具有物理意义的解，数值算例显示其给出的解具有较高的精确度.

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物理质团法:一个普适的数值方法体系 马智博 2017, 34(3): 261-272.  摘要 ( )   HTML ( )   PDF(3573KB) ( )   无网格方法根据分布于近邻空间各个方向的微元体物理信息构造离散方程，显著降低了空间导数计算对微元体本身及微元体之间拓扑结构的条件限制，极大提高了拉氏方法的大变形计算能力.由于不能利用微元体的完备几何信息，不容易构造符合物理的无网格算法，对那些物理参数存在间断的模型对象，难以获得稳定和准确的计算结果.本文基于对物理规律及数值模拟发展趋势的分析，提出符合物理且具有强普适性的无网格方法体系.基于该方法的一维算例表明，即使物理参数存在强烈间断，数值结果也能很好地逼近问题的真解.

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非结构多边形网格滑移线开穴算法 林文洲, 林忠, 刘全 2017, 34(3): 273-282.  摘要 ( )   HTML ( )   PDF(4028KB) ( )   基于非结构任意多边形网格管理体系及束缚滑移技术，针对多介质多次加卸载大变形问题的模拟，发展滑移线开穴算法，并利用金属碰撞分离模型进行验证.给出滑移线上的点和网格的开闭穴状态判别方法及网格开闭情况下滑移线上点的速度计算方法.该滑移计算技术将传统结构网格的开穴算法推广到拉氏非结构多边形网格中，保留拉氏滑移算法无缝连接和较好模拟物质界面的优点，实现了模拟实际问题中物质界面开闭功能.在金属碰撞分离模型中采用多种网格、不同界面形状和多介质等条件进行测试，证明了算法的正确性.

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各向异性扩散问题Kershaw格式的守恒保正修复算法 曹富军, 姚彦忠 2017, 34(3): 283-293.  摘要 ( )   HTML ( )   PDF(6211KB) ( )   针对各向异性扩散方程Kershaw格式的数值解在正交网格及扭曲网格上计算出负的现象，给出一种守恒的保正修复算法（CENZ），该算法对简单遇负置零（ENZ）方法进行改进，使修复后的数值解不仅具有非负性，而且保持法向通量的局部守恒性.数值算例表明，该方法不受计算网格类型和扩散系数各向异性比的限制，可用于对任意违背单调性（或保正性）的有限体积格式数值解的修复.

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二维Lagrangian坐标系下可压气动方程组的间断Petrov-Galerkin方法 赵国忠, 蔚喜军, 郭怀民 2017, 34(3): 294-308.  摘要 ( )   HTML ( )   PDF(8435KB) ( )   构造矩形网格下求解Lagrangian坐标系下气动方程组的单元中心型格式. 空间离散采用控制体积间断Petrov-Galerkin方法，时间离散采用二阶TVD Runge-Kutta方法. 利用限制器来抑制非物理震荡并保证RKCV算法的稳定性. 构造的算法可以保证物理量的局部守恒. 与Runge-Kutta间断Galerkin（RKDG）方法相比较，RKCV方法的计算公式少一项积分项使得计算较简单. 给出一些数值算例验证了算法的可靠性及效率.

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奇异退化扩散反应方程的高阶紧致差分及网格自适应方法 葛永斌, 蔡志权 2017, 34(3): 309-319.  摘要 ( )   HTML ( )   PDF(3366KB) ( )   利用余项修正法建立奇异退化扩散反应方程非均匀网格上的高阶紧致差分式，其时间具有二阶精度，空间具有三阶至四阶精度. 利用等分布原理建立时间和空间的网格自适应方法.最后通过具有精确解的数值算例验证方法的可靠性和精确性，并研究一维爆破问题.

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LARED集成程序辐射输运模拟的性能优化 李双贵, 杭旭登, 杨容, 宋鹏, 翟传磊, 齐进 2017, 34(3): 320-326.  摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1154KB) ( )   分析定位高置信度辐射传输数值模拟效率瓶颈，针对物理模型和数值离散格式的特点，优化求解算法和程序设计，改进激光聚变二维总体LARED集成程序，提高输运建模模拟黑腔靶实验模型的计算效率：在相同的并行计算条件下，辐射输运方程离散求解计算效率提高2倍以上，全过程整体模拟计算时间减半.

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雪层覆盖土壤表面与半埋柱体宽带复合散射FDTD方法 任新成, 朱小敏, 刘鹏 2017, 34(3): 327-334.  摘要 ( )   HTML ( )   PDF(3006KB) ( )   为满足半埋目标测量和检测的需要，应用指数型分布粗糙面模型和Monte Carlo方法模拟雪层、土壤表面，运用时域有限差分方法研究雪层覆盖的土壤表面与半埋矩形截面柱复合模型的宽带电磁散射，得出宽带复合散射系数的频率响应曲线，计算宽带复合散射系数随雪层表面、土壤表面高度起伏均方根、相关长度，雪层类型、雪层厚度，土壤层含水量，矩形截面柱几何参数、倾角、埋藏深度，电磁波入射角等参数的变化. 结果表明，雪层表面高度起伏均方根、相关长度对宽带复合散射系数影响较小，其它参数对宽带复合散射系数均有显著影响且较为复杂.

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基于AKEBONO哨声波参数的内辐射带高能电子扩散模拟 罗旭东, 牛胜利, 左应红, 陶应龙 2017, 34(3): 335-343.  摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2725KB) ( )   为能准确地模拟内辐射带中哨声波对高能电子扩散损失的影响，基于内辐射带AKEBONO哨声波参数统计模型，及随纬度分布的背景冷等离子体密度模型，对引起电子扩散损失的大气分子，空间等离子体嘶声、闪电激发的哨声、人工激发的甚低频三类哨声波，利用准线性扩散理论，计算1.4≤ L≤2.0区域的不同能量电子，受到库仑碰撞和波粒回旋共振相互作用的弹跳周期平均赤道投掷角扩散系数，分析不同作用机制、不同类哨声波、不同能量、不同磁壳参数等对辐射带高能电子扩散损失的影响.结果表明：在赤道面损失锥角附近，高能电子主要受到库仑碰撞作用而扩散；在赤道投掷角接近90°附近区域，等离子体嘶声和闪电激发的哨声是引起扩散的主要因素；内辐射带电子主要受到甚低频电磁波波粒回旋共振扩散影响；扩散系数对高能电子能量及其所处磁壳参数比较敏感，通常，高能电子的能量或所处磁壳参数越大，扩散系数越大.

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一种采用种群多样性监控和实时更新策略的粒子群优化算法 李帅龙, 崔国民, 陈家星, 肖媛 2017, 34(3): 344-354.  摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2772KB) ( )   针对粒子群算法优化后期容易出现早熟收敛问题，建立一种具有种群多样性监测和实时更新策略的改进方法.首先建立种群健康度指标用来评价粒子群进化状态；其次提出随机扰动策略和离心搜索策略用于丰富粒子群的种群多样性，增强算法的全局搜索能力，并提出梯度搜索策略用于精确、高效地搜寻当前邻域内的局部极值点，提高算法的计算效率.最后建立种群健康度反馈机制，使粒子可以实时感知种群的健康程度，并自适应地采用不同的粒子更新策略，保证粒子群处于健康进化水平.将新方法应用于优化实例，并与其它改进方法进行性能比较，结果验证了新方法的有效性.

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一种用于立体供热管网的水力计算方法 周海舰, 王海, 朱彤 2017, 34(3): 355-364.  摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2322KB) ( )   为了充分利用新能源的节能潜力，需要提高供热管网模型在非对称、非规则拓扑结构的管网上进行水力计算的能力.本文提出一种立体管网建模方法.该方法无需基于图论搜索基本回路，能够在三维非对称、非规则拓扑结构上直接对热网进行水力工况分析.将该方法与传统方法的建模过程进行详细的比较，并通过具体案例计算验证方法的有效性.

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Ti-Al金属间化合物结构与性质的第一性原理模拟 谭俊华, 朱开金, 彭军辉 2017, 34(3): 365-373.  摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2403KB) ( )   采用软件CASTEP模拟Ti-Al金属间化合物的晶体结构、力学性质和电子性质.分析在0 K、0 GPa时，Ti-Al存在的四种热力学稳定结构：TiAl3、TiAl2、TiAl、Ti3Al，发现TiAl3、TiAl2、TiAl可以看作由Al的面心立方结构衍化而来，而Ti3Al的结构与Ti相似，为密排六方结构.随着Ti摩尔分数的增加，TiAl3、TiAl2、TiAl、Ti3Al的体模量相当，剪切模量和Vickers硬度逐渐减小；Pugh比k值也逐渐减小，表示韧性逐渐变好.最后对态密度、Mulliken布居分析等进行模拟，发现这四种结构Ti-Al键都具有金属性、共价性及弱的离子性.

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柴油机轴系扭振系统的强非线性主共振 杨志安, 卞雅媛 2017, 34(3): 374-378.  摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1230KB) ( )   研究柴油机轴系扭振系统强非线性问题.根据拉格朗日方程建立柴油机轴系扭振系统的动力学模型，通过参数变换，应用Modified Lindstedt-Poincaré方法得到柴油机轴系扭振系统强非线性主共振的幅频响应方程，分析系统不同参数对主共振幅频响应的影响.结果表明，系统的幅频响应曲线存在跳跃，随着简谐力矩的减小和阻尼的增大，系统的非线性跳跃减弱，系统的振幅减小，系统主共振的区域也随之减小；随着调谐参数的变化，系统的主共振力幅响应曲线存在两种拓扑结构.MLP方法得出的近似解析解与龙格库塔法得出的数值解吻合.