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2022年, 第39卷, 第1期
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主编寄语 江松 2022, 39(1): 1-1.  摘要 ( )   HTML ( )   PDF(495KB) ( )

主编推荐

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杜祥琬院士访谈录：从38年前《计算物理》上的一篇论文谈起 刘洁, 黄烁, 崔磊磊 2022, 39(1): 2-5.  摘要 ( )   HTML ( )   PDF(3059KB) ( )

研究论文

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晶体塑性有限元方法研究辐照对多晶铜力学性能的影响 李宏明, 李茂生 2022, 39(1): 6-16.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8342 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(12983KB) ( )   将辐照硬化理论与晶体塑性理论结合, 运用ABAQUS有限元分析软件模拟辐照后多晶铜的拉伸过程。分析辐照效应对材料屈服强度、硬化过程、晶体变形等力学性能的影响, 研究位错密度的演化及空间分布规律。数值模拟表明: 辐照效应提高多晶铜的屈服应力, 影响不同阶段的硬化和软化现象; 辐照剂量增大导致位错密度增殖总体变缓, 空间不均匀度增大; 晶体的塑性变形及晶体转动也受到辐照的影响, 在相同的应变条件下, 辐照剂量越大, 晶体塑性变形程度越小, 塑性变形分布不均匀度变大, 同时晶体转动程度及转动角离散度增大。

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二维扩散方程的局部二阶线性保极值节点计算方法及应用 张淑娴, 杭旭登 2022, 39(1): 17-32.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8337 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(24377KB) ( )   对一般四边形网格设计一种优化的节点控制体, 并构造了一种扩散方程的保极值二阶收敛的局部线性节点计算格式(优化控制体节点格式, VOC格式)。在网格不出现异常节点的情况下, 证明VOC格式是保极值、线性精确和二阶收敛的。而且在均匀的矩形网格上, 修正的逆距离加权格式与VOC格式等价, 从而对间断系数问题也是局部二阶收敛的。VOC格式可以用于单元中心型线性扩散格式和保正格式的节点值计算。数值算例表明对扭曲网格上的间断系数问题, VOC格式是二阶收敛的。采用VOC格式计算节点值的线性九点格式具有线性精确性和二阶收敛性, 采用VOC格式的保正格式也具有二阶收敛性。

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磁电弹性体中螺型位错与唇口裂纹的相互作用 郭怀民, 赵国忠, 姜丽娟 2022, 39(1): 33-40.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8344 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(4153KB) ( )   研究磁电弹性体中螺型位错与唇口裂纹的相互作用。结合Muskhelishvili方法和干扰技术, 在假定裂纹面具有不可渗透条件下得到磁电弹性体中由位错和唇口裂纹所诱导的应力场、电场和磁场的解析解。应用广义Peach-Koehler公式，得到作用在位错上的影像力。通过数值算例，得到场强度因子的变化规律及影像力和广义力随位错位置的变化规律。

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气泡碰撞过程中形变及破碎现象分析 赵腾飞, 张华 2022, 39(1): 41-52.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8363 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(11999KB) ( )   以水气两相流为研究对象, 采用大涡模拟和流体体积法, 结合破碎准则和第三代涡识别方法对双气泡碰撞过程进行数值模拟。采用单一变量法, 研究气泡直径比、相对偏心距及气泡间相对距离对气泡破碎程度的影响。双气泡碰撞过程中, 两气泡的直径越接近时, 碰撞过程中的气泡破碎程度越弱, 偏心距的变化对气泡破碎程度影响不大。而相对距离小于1时, 随着其增大, 气泡碰撞过程中的破碎程度更加明显。当气泡相对距离大于1时, 气泡破碎程度趋于平缓。研究表明: 第三代涡识别方法能够很好地捕捉两相流湍流流场中漩涡位置, 并能敏锐地反映出湍流的变化。

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基于灰色关联分析的BP神经网络对混流闭式冷却塔出水温度的预测 李洪, 章立新, 任燕, 高明, 刘婧楠 2022, 39(1): 53-59.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8376 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(6024KB) ( )   通过控制变量法对混流闭式冷却塔进行测试, 采用灰色关联分析法对影响出水温度的因素进行筛选, 将关联度较大的5个因子作为输入参数, 进而建立灰色_BP神经网络预测模型, 对混流闭式冷却塔的出水温度进行预测。操作参数包括进水温度、湿球温度、补水温度、循环水流量和风量, 输出值为出水温度。网络采用三层结构, 隐含层神经元数为4个, 迭代次数为30 000次, 使用不涉及训练阶段的实验数据来验证所建立的模型。结果表明, 灰色_BP神经网络模型比传统BP神经网络模型的预测结果更加准确, 其预测值与实际值的相关系数、平均相对误差、均方根误差, 分别为0.998 9、0.293 4%和0.152 9, 因而可认为灰色_BP神经网络是预测混流闭式冷却塔出水温度的有效工具。

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一种采用优势个体多方向强制搜索策略的换热网络优化方法 刘薇薇, 崔国民, 肖媛, 徐玥, 赵倩倩, 张冠华 2022, 39(1): 60-70.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8354 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(3347KB) ( )   提出一种采用优势个体多方向强制搜索策略的进化算法, 通过考察种群中个体差异性指标, 用以评价当前种群全局搜索的健康度。当优化结果出现长期停滞, 即健康度指标变差时, 启动优势个体多方向强制搜索策略, 扩大优势个体在靠近局部最优解区域的搜索方向, 保证算法全过程的全局搜索能力。用15SP和20SP算例进行验证, 与文献中最优结果相比, 分别下降了1.09%、0.83%, 表明优势个体多方向强制搜索策略充分发挥了优势个体的进化潜力, 提高了算法的优化效能。

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动态区域禁忌匹配策略提高新生换热单元竞争力 韩新宇, 崔国民, 肖媛, 张冠华, 高远 2022, 39(1): 71-82.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8370 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1368KB) ( )   在优化换热网络过程中, 有分流节点非结构模型的换热单元会打破初始均匀分布状态向流股上游区域集中, 使得冷热流股入口区域无法生成新的换热单元, 造成结构变异能力下降。本文探究该现象成因及其对进化的影响, 并提出动态区域禁忌匹配策略: 上游区域空节点时允许自由匹配; 当上游区域节点非空时进行上游区间的清空操作, 即将生成节点等效向下游区域进行转移, 从而保障换热单元在上游区域的匹配活力, 增强新生成换热单元在结构进化过程中的竞争力, 促进换热网络结构进化。通过在算例15sp和20sp的应用, 发现该策略能够提升网络结构变异能力。

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基于守恒高阶模型和支持向量机的多车道车辆换道模型 张立灿, 郭明旻, 林志阳, 张鹏, 段雅丽 2022, 39(1): 83-95.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8339 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(4453KB) ( )   针对高速公路车辆换道问题, 提出一个多车道车辆换道模型。利用支持向量机(SVM)在多维特征下二分类问题的优势, 将SVM和Lagrange坐标下的高阶守恒模型(CHO)结合, 通过全离散跟车模型生成原始数据, 采用SMOTE(Synthetic Minority Oversampling Technique)算法对数据进行预处理, 采用双指标评估度SVM进行训练, 建立多车道车辆换道仿真模型。仿真结果表明: 基于支持向量机和CHO模型的换道模型, 驾驶车能够就当前的驾驶环境, 准确地作出决策, 有效地模拟高速公路上真实的多车道驾驶情况。

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基于芯片的静电分束器 仲秋阳, 张楠楠, 孔凡晟, 李文慧, 林靖, 李胜强 2022, 39(1): 96-100.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8345 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(3305KB) ( )   提出一个基于分子芯片, 由六个黄金电极构成的静电分束器。分束器的总长度大约10 mm。用经典的蒙特卡罗方法模拟极性分子被装载和分束的动力学过程。用此分束器, 可以得到固定的分束比为0.5:0.5。如果将两个电极杆切断, 通过改变电极电压就可以很容易地操控分束比。

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第一性原理研究Nb、Sn、Cu、Fe和Cr对Zr (0001)晶面抗疖状腐蚀性能的影响 高慧, 杨在发, 赵敬芬, 袁慧敏, 刘志娥, 赵显 2022, 39(1): 101-108.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8328 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2765KB) ( )   采用密度泛函理论研究Nb、Sn、Cu、Fe和Cr 5种合金元素对氧在Zr(0001)晶面吸附能的影响, 发现Nb、Sn和Cu会促进氧在Zr(0001)晶面吸附, Fe和Cr对氧吸附的影响因吸附的位置不同而存在差异。研究5种合金元素对氧化后Zr(0001)晶面化学键的破坏情况, 发现Nb对Zr(0001)晶面破坏程度最小而且可以迅速复原, Sn可以使(0001)晶面相邻的两个化学键都变长, 对晶面的破坏性大。最后讨论5种合金元素在Zr(0001)晶面的偏聚能, 发现Sn、Fe和Cr偏聚能为负值, 容易偏聚到Zr(0001)晶面, 而Nb和Cu偏聚能为正值, 不易在Zr(0001)晶面偏聚。综合以上分析, Nb可以促进氧在Zr(0001)晶面的吸附行为, 氧化后(0001)晶面可以快速复原, 从而阻碍其他氧原子进入, 抑制疖状腐蚀的发生。Sn容易偏聚到Zr(0001)晶面, 可以促进氧在Zr(0001)晶面吸附, 氧化后会造成Zr(0001)晶面较大的破坏, 促进氧进入Zr(0001)晶面, 促进疖状腐蚀的发生。

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忆阻突触耦合环形Hopfield神经网络动力学分析及其电路实现 罗佳, 孙亮, 乔印虎 2022, 39(1): 109-117.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8338 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(13807KB) ( )   提出一种新型忆阻器模型, 利用标准非线性理论分析三个忆阻特性, 并设计模拟电路。基于忆阻突触, 构建一个忆阻突触耦合环形Hopfield神经网络模型。采用分岔图、李雅普诺夫指数谱、时序图等方法, 揭示与忆阻突触密切相关的特殊动力学行为。数值仿真表明: 在忆阻突触权重的影响下, 它能够产生多种对称簇发放电模式和复杂的混沌行为。实现了该忆阻环形神经网络的模拟等效电路, 并由PSIM电路仿真验证MATLAB数值仿真的正确性。

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环域反馈下复Ginzburg-Landau系统的螺旋波动力学行为 陈绍英, 王雪丽, 高志梅, 袁国勇 2022, 39(1): 118-126.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8360 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(10206KB) ( )   针对自激振荡系统的复金兹伯格-朗道(Complex Ginzbury-Landau, 简称CGL)方程, 研究圆形环域与方形环域两种反馈控制下的螺旋波动力学。结果表明: 圆形环域反馈控制下, 螺旋波波头通常经过一段过渡漂移后进入圆形吸引子, 圆形吸引子的半径以及反馈刚启动时波头的漂移方向随环域参数呈周期性变化, 过渡漂移阶段波头轨道的平缓程度与复反馈信号模的时间函数中钟形部分的陡度有关, 且反馈增益的正负与大小也会影响受控螺旋波的动力学行为。方形环域反馈控制下的螺旋波波头的吸引子更为丰富, 主要包括方形吸引子、小的极限环吸引子、菱形吸引子以及点吸引子, 点吸引子通常位于方形环域的两条对角线上, 且波头运动随环域控制参数呈现规律性变换。