一种高阶矩量法迭代求解的预处理技术

频域高阶矩量法越来越多地用于求解目标散射问题。但高阶矩量法得到的矩阵方程中,系数矩阵条件数较差,并且一般为非对角占优阵,通常用计算效率较低的直接方法求解。本文针对叠层高阶基函数的特点,提出了一种函数空间域分解的加性Schwarz预处理技术。通过数值计算,给出了最优分解方案,并数值验证了预处理技术的有效性。

CRTSⅡ型轨道板-CA砂浆界面离缝高度可靠度分析

轨道板与CA砂浆层间离缝损伤是CRTSⅡ型板式无砟轨道的主要损伤形式之一。通过分析轨道板与CA砂浆离缝产生机理,提出温度作用下轨道板与CA砂浆层间离缝高度功能函数;基于轨道板与CA砂浆层间内聚力模型,建立CRTSⅡ型板式无砟轨道多层结构体系层间离缝高度计算有限元模型;将一维减维点估计与有限元方法结合求解功能函数的前四阶矩,并基于高阶矩法计算可靠度指标;在不同离缝损伤形式下,分析温度梯度对离缝高度可靠度指标的影响规律。研究结果表明:整体升温时,轨道板中心离缝高度可靠度指标随正温度梯度增加而减小;整体降温时,轨道板板角离缝高度可靠度指标随负温度梯度增加而减小;在极端温度条件下轨道板与CA砂浆层离缝高度超限的概率较大,建议加强CRTSⅡ型板式无砟轨道结构的养护维修。

X线平片的骨折识别

给出了一种识别人体X线平片中骨折现象的方法。根据X线平片的特点,提出了一种结合高阶统计矩校验分割结果的局部阈值化方法分割骨骼影像。对分割后的图像采用数学形态学分别提取目标的边界与掩盖骨折区域的骨架。通过叠加目标边界图与掩盖图中提取的骨架图,得出骨折区域的精确位置,从而识别出X线平片中的骨折现象。

基于超级计算机的矩量法性能分析与优化

复杂目标的精确电磁特性分析往往需要巨大的存储和极长的计算时间。针对这一问题,结合国内发展迅速的超级计算机系统,研究了具有精确高效仿真能力的高性能电磁算法——高阶矩量法。提出了单元预选法来消除矩阵并行填充过程中的无效计算,加速矩阵填充过程。提出了一种具有更少的通信次数和通信量的新型并行LU分解算法,加速矩阵方程求解过程。数值测试表明提出的矩阵并行填充算法和矩阵方程并行求解算法在超级计算机平台上都能获得较高的并行性能,大幅提高了矩量法的仿真能力。

超大地下结构施工期水位随机分布抗浮可靠性分析与应用

以发生抗浮失效的长沙某小区超大地下车库为例,基于ANSYS建立有限元模型,将构件尺寸、材料属性及水位变化作为随机输入变量,以抗浮桩拉断为失效指标,用高阶矩法与Monte Carol法分别计算施工期各个阶段及使用期的可靠度指标,并对输入变量进行敏感性分析,最后根据分析结果对设计及施工提出几点工程建议;研究结果表明:高阶矩法与Monte Carol法计算结果相对误差较小,可以作为简便算法应用;可靠性分析结果与实际相符,验证了可靠性分析的实用性,施工期可靠度低于限制,以可靠度指标来评价施工期抗浮具有重要意义;敏感性分析结果表明,水位变化是导致施工期及使用期可靠度变化的最主要原因,今后应重点关注于水位分布的影响。

基于改进一次二阶矩法的可靠度理论在高填方边坡加固中的应用

高填方边坡的坡体不确定性使其安全稳定的影响因素变得复杂,单一的安全系数验算并不能保证其稳定,综合可靠度分析可为其稳定安全提供依据。基于改进一次二阶矩法,建立了锚定板挡土墙的系统可靠度分析模型,根据锚定板的破坏模式,给出锚定板体系的功能函数,得到了不同破坏模式下的可靠度指标和失效概率。利用MATLAB软件对某高填方边坡锚定板挡土墙加固前后进行算例分析,考虑参数的变异性,分析参数在不同变异系数下对系统可靠度指标的影响和土体参数的敏感性。结果显示,加固前后安全系数相近但可靠度指标有很大提高;填土内摩擦角φ对可靠度的影响最显著,即敏感性最高。

并行高阶矩量法分析波导缝隙天线阵列

本文结合工程实际,采用并行高阶矩量法分析一个93单元数波导缝隙天线阵列的辐射特性。受限于计算资源,采用传统矩量法计算Ka波段波导缝隙天线阵列十分困难。高阶矩量法恰能大幅提高求解此类电大尺寸问题的能力,此外基于分块矩阵的高效并行策略能极大地提高计算规模并减少计算时间。文章最后通过与商业软件和实测结果对比,证明该算法有效性。

高阶MoM及其与PO的混合法计算电磁散射问题

本文提出了一种新的以高阶矩量法(MoM)与物理光学法相结合的混合法(MoM-PO).该方法采用曲面参数化的离散方法,保证了建模的精确性.计算过程中将散射表面灵活划分为MoM区和PO区,在各自区域可以灵活确定离散单元的大小和密度.MoM区域的高阶矩量法,采用基于Lagrange插值的高阶矢量基函数,结合点匹配技术,比传统的高阶法简单,易于实现.计算结果表明,本文的高阶矩量法及其与物理光学法结合的混合方法能准确有效的计算目标的电磁散射特性.

基于GPU加速的高阶矩量法研究与应用

矩量法(MOM)在求解电磁场散射问题时,当未知量数目比较大时,其内存占用和计算时间非常大。基于最佳一致逼近理论构造了高阶矩量法,并引入了计算统一设备架构(CUDA)技术,在图形处理器(GPU)上实现了并行加速计算二维电磁散射问题。实例结果表明,在与快速多极子算法(FMM)相对比下,该方法在较低剖分的情况下,具有很高的计算精度,并且在阻抗矩阵填充和矩矢相乘时的速度大大提升,适用于电大尺寸目标的散射问题。

高温下钢筋混凝土梁的时变可靠性分析

混凝土结构在高温作用下,结构的力学性能会发生较大劣化.结构性能的劣化使得结构的实际可靠度比设计可靠度低.考虑了高温下塑性区混凝土对结构抗力的贡献,提出了一种简便可行的钢筋混凝土构件抗力随受火时间变化的模型及火灾作用下可靠性指标的分析方法.采用一次二阶矩方法计算了可靠度指标,以评估在ISO834标准升温曲线作用下混凝土结构的可靠度.算例表明,随着火灾作用时间的增加,混凝土结构的可靠度显著降低,该方法可用于火灾环境下钢筋混凝土结构可靠度评估.

基于最佳一致逼近的高阶矩量法及其应用

文章应用最佳一致逼近理论构建了一种高阶基函数方法,并将其应用于二维电磁散射问题的求解。将计算结果与传统矩量法及解析解比较可知,该高阶矩量法在较低的剖分情况下,具有很高的计算精度。将此新型的高阶基函数方法用于电大导体和其它形状散射问题中,计算结果依然有较高的计算精度,从而有效降低了计算复杂度。

采用PSO算法的基站天线方向图综合优化

随着当今社会手机的普及,基站天线也变得越来越重要,针对基站天线性能的提升也有各种方法,而基站天线的方向图综合优化设计是现今提高天线性能最常用的方法之一。无论是在设计之初还是在基站天线设置都需要根据其不同的环境与应用背景来设置相关参数以满足所需的电性能。本文采用高阶矩量法对板状振子型基站天线进行仿真计算,通过使用粒子群算法对其振子间距以及各个振子相位进行优化,实现了垂直面内较好的方向图综合设计。

基于高阶矩法的单桩承载力可靠度研究

建立单桩承载力的功能函数,并用此功能函数发展了基于高阶矩法的单桩承载力可靠度分析的方法。算例为四根不同长径比的桩基。分析结果表明与蒙特卡洛法(MCS)和一次二阶矩法(FOSM)相比,采用高阶矩法进行单桩承载力可靠度分析能够在保证计算精度的前提下提高计算效率,同时也能够得到各桩基承载力功能函数分布中的前三阶统计矩(均值,方差,偏度);再利用分布参数为前三阶统计矩的三参数对数正态分布来描述算例中各桩承载力功能函数的分布特性。该方法为桩基承载力可靠度的研究提供了一条有效的途径。

Ca(OH)_2–H_2O–CO_2系统气液反应结晶数值模拟

在实验的基础上建立理想混合假设下Ca(OH)_2–H_2O–CO_2系统气液反应结晶模型.此模型包含气液物理吸收与化学吸收模型、结晶动力学模型以及气泡与晶体的粒数群体平衡模型.为解决模型刚性问题,采用高阶矩量分类法对粒数群体平衡模型进行矩变换并离散,采用高阶向后差分算法对方程组进行求解.通过实验数据对结晶动力学模型中的未知参数进行回归,得到与实验结果高度相符的反应结晶模型,为深入了解气液反应结晶机理提供理论依据.

高阶基函数在二维散射问题中的应用

以3阶为例讨论高阶基函数矩量法,将3阶基函数应用到二维理想导体散射问题的6个积分方程中,分析了计算误差。在电大导体散射问题中,讨论了该方法的计算误差与未知量个数之间的关系,并与传统的脉冲基和三角基方法进行了比较。数值计算结果表明,高阶基函数矩量法具有更高的精度和收敛速度,在精度相同的情况下,比传统的低阶方法具有更高的效率。

高阶正定守恒的中心约束多矩有限体积平流模式

采用新的均匀三点中心约束多矩有限体积方法(3-point Multi-moment Constrained finite-Volume scheme for Uniform Points with Center Constraints,MCV3_UPCC),发展了一个三阶正定守恒的平流模式。三点多矩有限体积方法在单网格内定义等距的3个自由度,采用多矩约束条件并通过控制方程获得时间演变方程。新的三点中心约束多矩方法能在单网格内采用等距的3个点值及中心一阶、二阶导数作为约束条件进行空间4次多项式数值重构,获得3个自由度的时间演变方程;所构建的新数值方案具有三阶精度,边界通量连续性保证了其数值严格守恒。为了抑制该方法的非物理数值振荡,引入了边界保型限制器技术,它能够把数值解控制在既定物理场最小值(最小值为0时则保持数值正定)与最大值之间。数值试验表明新发展的三阶平流模式具有良好的计算精度,能够严格保持数值解的正定性和守恒性,同其他高精度平流模式相当,在实际大气模式水汽等平流输送应用中具备良好的发展潜力。

基于时间反转的共形天线阵波束赋形方法

基于时间反转理论实现远场目标聚焦技术日趋成熟,但在天线阵领域,利用时间反转方法对共形天线阵进行波束赋形的情况目前来说并不常见,对于共形天线阵,因其结构不同于普通的线阵或者面阵,故传统的波束赋形方法对其来说并不适用,本文将利用时间反转方法,在共形天线阵所期望的波束主瓣指向方向上,放置发射天线对天线阵发射电磁波,将天线阵的接收信号通过时间反转方法反演成激励信号,对天线阵进行激励,即可得到所期望的方向图,仿真结果表明,该方法可以准确有效的实现对共形天线阵的波束赋形。

基于高阶矩量法的电大尺寸物体电磁场分析计算

主要运用高阶矩量法对电大尺寸物体下的天线电磁场进行分析计算。采用高阶多项式作为基函数,通过合理调整多项式的阶数,可将传统矩量法对模型网格边长的要求放宽到1个波长左右。一般情况只需要约20个基函数,就可以描述一个平方波长目标的电磁流,大大减少了未知量数目,降低了传统矩量法的矩阵规模,从而有效克服了分析电大问题普遍遇到的计算机内存不足的问题,很好地解决了实际工程问题,具有重要的实用意义。

国产CPU平台中高阶矩量法10万核并行性能

针对国产超级计算机平台上大规模电磁仿真软件相对匮乏,本文将并行高阶矩量法程序移植到国产超级计算机平台上,并以机载线天线阵列的辐射特性计算为例对其并行性能进行了测试和评估。实现了并行高阶矩量法单一任务突破10万CPU核规模,这是目前在国产超级计算机平台上实现的最大规模并行矩量法计算。以1440核为基准,使用CPU核数达到102400,并行规模扩大约70倍时,并行矩量法矩阵方程求解并行效率仍在50%以上。这一研究工作,使利用纯国产超级计算机对复杂电大电磁系统进行精确高效仿真成为可能。

基于四阶矩法的CRDM承压壳体共因失效可靠性分析

针对考虑共因失效的多失效模式可靠性问题,基于分析法设计的失效准则和响应面法建立非连续的功能函数,采用点估计法计算功能函数的前四阶中心矩,并根据高阶矩标准化技术在标准正态空间中计算可靠度。通过对控制棒驱动机构(CRDM)承压壳体多失效模式可靠性建模分析,验证了该方法在核电设备结构可靠性分析中的适用性。结果表明,对于基本随机变量偏度较大的情况,点估计法比传统基于摄动理论的一次可靠性方法精度更高,也更适用于功能函数复杂的多失效模式可靠性分析。