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2022年, 第39卷, 第6期
刊出日期：2022-11-25 上一期    下一期
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研究论文

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4He系统的广义约化R矩阵理论分析 周历波, 叶涛, 王佳, 孙伟力 2022, 39(6): 631-640.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8539 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(10475KB) ( )   以广义约化R矩阵理论为基础, 运用RAC程序(R-matrix analysis code)综合分析有关4He系统的所有核反应的实验数据, 给出从0~30 MeV范围内一套完整的评价值, 各反应数据内部自恰。其中积分截面的拟合包括3He(n, total)、3He(n, n)3He、3He(n, d)D、3He(n, p)T、D(d, n)3He、D(d, p)T和T(p, n)3He, 同时给出相应的误差矩阵; 天体物理学S因子的拟合包括D(d, n)3He和D(d, p)T; 微分截面的拟合包括3He(n, n)3He、3He(n, p)T、D(d, d)D、D(d, n)3He和D(d, p)T。所有的拟合结果与实验数据和主流评价数据符合良好。在低能部分, 提高了D(d, n)3He反应和D(d, p)T反应各自积分截面的精确度。在高能部分, 将4He系统的评价数据进行了扩展。

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非线性Schrödinger方程几类孤立子解: 局部间断Petrov-Galerkin方法 赵国忠, 蔚喜军, 董自明, 郭虹平, 郭鹏云, 李姝敏 2022, 39(6): 641-650.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8515 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(4021KB) ( )   构造一类求解非线性薛定谔方程的局部间断Petrov-Galerkin方法。利用构造的方法模拟几种类型的孤立子并讨论与孤立子密切相关的一些现象, 包括孤立子的传播与碰撞, 动孤立子和驻孤立子的生成, N孤立子的有界态。该方法可以模拟孤立子相关现象中一些复杂结构。数值实验表明该方法具有高阶精度且可以达到最优收敛阶。局部间断Petrov-Galerkin方法的计算效率与局部间断Galerkin方法相当, 但计算公式简单。

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基于虚时间演化与谱方法的一类基态Wigner函数计算方法 詹泓飞, 蔡振宁, 胡光辉 2022, 39(6): 651-665.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8505 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2341KB) ( )   基于虚时间演化法, 实现基态Wigner函数的数值计算。考虑到Wigner函数是一个高维相空间函数, 通过引入合适的谱方法以降低问题的维度, 并处理所得控制方程中的全局算子。首先, 从Schrödinger波函数的虚时间演化方程出发, 推导得到适用于Wigner函数的控制方程。然后, 根据方程中卷积项的不同表达, 基于简化Grad矩方法和傅里叶伪谱方法, 分别设计两类p空间上的离散方法, 并阐述其中的求解细节。此外, 基于所提出的数值框架, 探讨基于密度泛函理论的基态计算。其中, 针对简化Grad矩方法下的密度泛函计算, 提出一类密度高阶导数的重构方式。最后, 数值算例展示所提方法的有效性, 以及方法在多体问题中的应用前景。

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二维空间分数阶反应扩散方程组的格子Boltzmann方法 冯舒婷, 戴厚平, 宋通政 2022, 39(6): 666-676.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8495 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(8008KB) ( )   提出一种二维空间分数阶反应扩散方程组的格子Boltzmann方法, 对方程组的分数阶积分项进行离散化处理。通过Chapman-Enskog多尺度技术和Taylor展开技术, 从所建立的模型中恢复出二维空间分数阶反应扩散方程组, 推导出各个速度方向上的平衡态分布函数。通过数值算例对所构造的LB模型进行检验, 数值计算结果与算例的精确解吻合较好。

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保号WENO-AO型中心迎风格式 郑素佩, 建芒芒, 封建湖, 翟梦情 2022, 39(6): 677-686.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8507 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(5824KB) ( )   证明Weighted Essentially Non-Oscillatory with Adaptive Order(WENO-AO)重构的保号性, 确保在单元交界面处重构值的跳跃符号与原始值的跳跃符号保持一致, 给出保号性成立的充分条件。WENO-AO重构通过高阶多项式与低阶重构的非线性组合来实现自适应收敛阶, 在求解不连续点附近的解时, WENO-AO重构比经典WENO重构更精确, 且具有很好的稳定性。采用中心迎风数值通量, 结合时间方向的三阶强稳定Runge-Kutta法计算。数值结果表明该格式最高可达五阶精度, 且具有分辨率高、鲁棒性强等良好特性, 并能够准确地捕捉间断位置, 有效抑制伪振荡的产生。

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基于物理信息神经网络的内部声场正反问题数值计算 吴国正, 王发杰, 程隋福, 张成鑫 2022, 39(6): 687-698.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8520 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(19991KB) ( )   针对频域内部声场正反问题的数值模拟, 建立基于物理信息的神经网络架构。与基于数据驱动的神经网络不同, 将声学问题的Helmholtz方程及其对应的边界条件引入神经网络, 所建立的神经网络算法不仅能够反映训练数据样本的分布规律, 而且也遵循由偏微分方程描述的物理定律。考虑到频域声学问题中含有复数部分, 建立两种网络架构, 并进行验证和比较分析。该方法无需网格划分和数值积分等繁琐的数值计算过程, 可自由地处理不规则区域和非均匀分布情形。数值实验考察二维和三维复杂几何结构的声学正问题及反问题, 结果表明所建立的物理信息神经网络算法具有较高的精确度、收敛性和鲁棒性。

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一种电色散媒质的改进对比源反演方法 刘广东, 张开银 2022, 39(6): 699-706.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8506 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(7180KB) ( )   基于一种单极德拜(Debye)经验模型, 尝试改进其中的一种多频乘性正则化对比源反演方法, 改进的主要思路是: 从直接反演电参数差异, 改进为间接反演4种频率无关的模型参数, 即光频相对介电常数、相对介电常数差、静态电导率和弛豫时间。两个数值算例的仿真结果初步证实了改进方法的可行性和鲁棒性。

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公用工程灵活匹配的节点非结构拓展模型 韩新宇, 段欢欢, 崔国民, 肖媛, 杨其国, 张冠华 2022, 39(6): 707-716.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8511 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(5006KB) ( )   建立一种拓展节点非结构模型, 在冷热两端, 各额外增设一条冷热流股和常规热冷流股进行匹配, 判定冷热内部公用工程的生成, 实现公用工程在冷热流股上任意位置的独立匹配, 提升模型自由度。将强制进化随机游走算法引入到实际工程算例9SP、10SP、15SP中进行优化, 最优结果比现有文献分别节省了5 600＄·a-1、848＄·a-1、4 455＄·a-1。该拓展模型的应用不仅可以得到更经济的换热网络设计, 并且具有更强的灵活性。

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不同温度和扰动应变作用下纳米微裂纹的晶体相场研究 李建伟, 项璇, 王景栋, 胡石, 陈铮, 贺元骅 2022, 39(6): 717-726.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8509 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(39047KB) ( )   用晶体相场模型模拟扰动应变下纳米微裂纹的扩展行为，探讨扰动频率及温度对微裂纹扩展行为及稳定性的影响。结果表明: 温度提升在扰动频率较小时能引起脆韧转变，裂纹稳定性因温度升高而下降。扰动频率的提升在温度低于脆韧转变温度时，能在演化初期引起脆韧转变，之后将抑制脆性扩展，但无法引起韧脆转变；当温度高于脆韧转变温度时，扰动频率不再改变裂纹扩展模式。裂纹稳定性随扰动频率的增大先下降后上升。

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纳米孔洞对Ni/Ni3Al纳米线形变行为影响的原子模拟 阳喜元 2022, 39(6): 727-732.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8508 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(7673KB) ( )   结合改进型嵌入原子势函数，利用分子动力学模拟Ni/Ni3Al纳米线在单轴拉伸应变条件下的形变过程，研究其内在机制。结果表明：Ni/Ni3Al纳米线的形变过程分为弹性、塑性形变两个阶段。在弹性形变阶段，其应力随着形变量变化呈线性关系，通过拟合发现其弹性模量约等于120 GPa，明显低于相应的块体材料结果。在此基础上，重点分析纳米孔洞对Ni/Ni3Al纳米线形变行为的影响，发现纳米孔洞的存在有效地破坏合金材料内部的微观结构，使得晶格位错交割无法形成，导致晶格滑移比较容易产生，从而降低合金纳米线的弹性模量等。

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滚动轴承支撑下转子系统的耦合故障动力学 余登亮, 南国防, 姜珊, 宋传冲 2022, 39(6): 733-743.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8503 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(8965KB) ( )   研究含波纹度滚动轴承支撑下裂纹转子系统发生碰摩故障时的动力学特性。建立滚动轴承内外圈表面的波纹模型，采用综合模型描述转子轴系的呼吸型裂纹，研究转子系统与定子碰摩的非线性动力学特性。根据拉格朗日方程建立四自由度含波纹度滚动轴承支撑下裂纹-碰摩转子系统动力学方程，采用四阶Runge-Kutta方法进行数值求解，研究波纹度幅值、波纹数、轴承间隙及偏心量等参数对系统非线性特性的影响。结果表明：在低转速区间，随着波纹度最大幅值的增大，系统振动响应逐渐混乱，间谐波数量以及幅值随之增大，且逐渐出现连续特征谱。随着转速的逐渐增大且到达临界转速后横向位移随着轴承间隙的增大逐渐减小，随着偏心量的增大逐渐增大。到达超临界转速后，转子系统呈现出较强的非线性特征，横向位移随着最大幅值的增大而逐渐增大，振动响应随着偏心量的增大由混沌运动转变为周期1运动和拟周期运动。大轴承间隙下，系统在低转速区随着轴承间隙的增大而趋于稳定，在超高转速区则一直处于混沌运动中。波纹数与滚珠个数一致的系统相比不一致的系统在低转速区更加稳定，超临界转速区更加混乱。

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环形运动势搅拌下偶极BEC中的非线性动力学 席忠红, 赵永珍 2022, 39(6): 744-750.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8527 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(9972KB) ( )   数值研究谐振子势囚禁的偶极玻色-爱因斯坦凝聚体(BEC)在环形运动高斯势搅拌时的非线性动力学行为。随着高斯势运动速度以及尺寸的变化, BEC尾流中出现涡旋偶极子激发、涡团激发以及斜孤子激发三种激发模式。通过数值计算, 得到不同偶极相互作用下各种激发模式对应的参数区间, 分析偶极相互作用以及高斯势条件对激发模式的影响，并讨论不同激发的物理机制。

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锯齿型石墨烯纳米带结的自旋输运性质 严深浪, 项少辉, 龙孟秋 2022, 39(6): 751-756.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8522 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(11854KB) ( )   用第一性原理密度泛函理论和非平衡格林函数理论，研究上下两层石墨烯的交叠面积对于断裂的锯齿型石墨烯纳米带结自旋输运性质的影响。结果表明：吸附石墨烯纳米片后体系呈现半导体输运特性，自旋向上和自旋向下的电流呈非简并，且随着交叠碳原子链的减少，自旋输运性质变弱。但是，在边缘吸附时，由于自旋向上和自旋向下的HOMO+1、HOMO和LUMO均具有非常好的扩展性，体系的自旋输运性质最好。此研究为制备石墨烯电路及器件提供理论参考。