基于快速多极杂交边界点法的三维弹性力学问题求解

杂交边界点法是近年来快速发展的一种无网格方法,国内外学者已成功将快速多极算法与边界元方法相结合,使得边界元的应用范围进一步扩大。为此,开展了将快速多极算法与杂交边界点法相结合计算三维弹性力学问题的研究。三维弹性力学的基本解利用球谐函数展开为级数,并通过自适应八叉树结构将求解域分解为分级不相邻的区域。数值算例表明,快速多极杂交边界点法具有很好的计算精度和计算效率,该算法在普通个人电脑上,可以在令人接受的时间内完成40万以上自由度的计算。因此,该算法在大规模问题的计算中具有显著优势,对于复合材料、加筋混凝土等更为复杂材料的力学问题具有实用性。

多层快速多极子算法的改进措施

为精确求解散射问题,采用混合场积分方程(CFIE)、多层快速多极子算法(MLFMA)和共轭梯度算法(CG)的收敛技术。基于传统多层快速多级子算法,详细研究了二维拉格朗日插值节点数对计算精度的影响,并改进了插值方法,在不同的层采用不同的插值节点数;提出了在不同的层采用不同的精度控制来计算多级子模式数;分析了稀疏矩阵的对称性对内存使用的影响以及磁场积分方程对迭代初始值的选择。数值计算结果表明以上改进可较大幅度地提高计算精度和计算效率,同时降低内存使用,可满足复杂目标电磁散射计算要求。

三维局部多层快速多极子算法

为了进一步加速多层快速多极子算法求解电大尺寸目标电磁散射,提出了一种基于局部耦合技术计算矩阵矢量相乘的多层快速多极子方法。通过在迭代过程中设置与迭代误差相关的最初层,每次迭代仅仅需要考虑局部的耦合区域。该方法在保证合理计算精度的同时大大降低了迭代过程中矩阵矢量相乘的计算复杂度,提高了多层快速多极子方法计算效率。数值结果说明了所提方法的有效性。

并行多层快速多极子算法的最细层处理改进

基于消息传递平台(message passing interface,MPI),从多层快速多极子算法(multilevel fast multipole algorithm,MLFMA)实施过程出发,实现了飞行器雷达散射截面(radar cross section,RCS)的并行计算,提出一种新的并行设计方案。改进了基于立方体组的并行处理技术,减少了最细层计算的通信量;考虑到内存的主要组成部分,为提高算法并行效率,采用一种用于积分方程中近组作用矩阵的并行处理方法,对其采用按行平均分配到各计算结点的方法组建相关矩阵元素,使该部分通信量为零,各节点可独立计算并节省内存;同时优化了其他物理量的内存分配。算例说明,所提方法可明显提高计算效率,并具有精度好、负载均衡优良的特点。

一种高性能并行多层快速多极子算法

针对主流并行计算机架构以及电特大目标的特点,提出并实现一种高性能并行多层快速多极子算法.采用由粗到细、多层次渐进展开的表述形式,并配以算例,具体分析算法每个环节的数值性能,充分研究、展示算法的效率和精度.使用本文算法,成功计算了未知数超过3亿1千万,电尺寸达到2000个波长的电特大目标的电磁散射.

基于自适应多层快速多极算法的大规模磁法正演模拟

提出了一种基于非结构化四面体以及带地形模型的自适应多层快速多极大规模磁法快速正演算法.该算法弥补了传统积分方法采用FFT加速计算时不能采用非结构化网格的缺陷;同时采用自适应快速多极算法突破积分求和方法求解大规模磁法问题耗时长的突出问题.首先,采用非结构化的四面体网格剖分技术能够更好的模拟复杂模型以及带地形模型,实现磁法模型的高精度模拟;其次,采用一种自适应多层快速多极(AMFM)算法实现大规模磁法正演求解.通过将计算区域划分为近区和远区,对近区采用解析计算高精度求解,对远区采用自适应多层快速多极算法进行加速计算,假设有M个观测点,N个四面体源单元,可将计算复杂度由传统积分求和法的O(MN)减少到O(Mlog N).本文设计了组合体模型以及安徽怀宁地区的实际地形模型,模型计算结果体现了采用该方法进行大规模复杂模型三维磁法正演模拟的高效性和准确性.

结合多层快速多极和ILUT预处理算法分析复杂目标的电磁特性

分层快速多极算法(MLFMM)和ILUT预处理算法被结合来分析电大尺寸目标的电磁散射和辐射特性。采用矩量法求解电磁场积分方程,最终须要求解一线性方程组。分层快速多极算法被用来加速用迭代法求解线性方程组时的矩阵向量乘积的运算。ILUT预处理算法被用来降低方程组系数矩阵的条件数,加快迭代法的收敛速度。计算实例表明了该方法的通用性和高效性。

三维电磁波体积分方程的快速多极子算法

该文提出用快速多极子方法(FMM)求解三维非均匀介质散射体的电磁散射,将以往边界方程的FMM推广到三维矢量电磁波体积分方程(3DV-FMM),推导了一级和多级快速多极子的三维体积分离散公式。这一方法减少了计算机存储要求,并从量级上降低了共轭梯度迭代求解的矩量法的计算量。在计算中,选用δ函数作基函数,达到相当好的收敛性。本文用3DV-FMM数值计算了三维均匀和非均匀介质立方体,多个介质体的双站散射截面(RCS),以及任一剖面上的等效电流体密度分布。计算结果与矩量法相吻台,但在计算内存和CPU时间上要节省得多,本文的方法也可为三维电磁波逆散射的反演算法研究给出正向模拟的快速计算。

快速多极子算法在电流步进法中的应用

基于电流步进法利用双表面磁场积分方程有效计算三维导体电磁散射的优点,提出了一种结合快速多极子和电流补步进法的改进算法。根据电流步进法前向-后向迭代以及使用新值进行计算的高斯-塞得尔迭代的特点,算法将修改后快速多极子算法引入到电流步进法的计算中,加快了原始算法的计算速度。在迭代的过程中,通过快速多极子方法降低了原有的计算量。给出了算法的具体步骤,通过仿真实验证明了算法的有效性。

基于谱域球谐展开的多层快速多极子算法

介绍了基于谱域球谐函数展开的多层快速多极子算法,通过处理三维金属体的散射问题,验证了算法参数选取的经验公式,并对算法性能做出了理论分析,得出该算法具有内存占用少?迭代速度快的优点,数值结果显示了该方法的高效性。

组合导体目标电磁特性的快速多极算法计算

用快速多极算法分析具有任意线、面、体组合的电大尺寸理想导体目标的电磁散射和辐射特性。统一采用RWG基函数对线、面、体导体上的电流进行展开;使用了新的设置基函数和未知量的方法来处理任意的线-面,面-面连接问题;并使用多层快速多极算法结合ILUT预处理算法加速求解过程。数值结果验证了本文方法的准确性和高效性。

二维电大尺寸导体目标RCS的快速多极算法分析

给出了快速多极算法求解二维电大尺寸导体目标ＲＣＳ的推导过程，并通过 其稀疏矩阵形式详细分析了该算法的计算复杂度。数值实验表明快速多极算法在计算速 度和存储要求方面较传统的矩量法有十分明显的优势。

求解声波散射问题的边界元快速多极算法的一种新型树结构

目的为创建一种新的树结构,进一步提高求解效率。方法针对有界星型散射区域,应用极坐标的思想,提出一种新型的弧形单元树结构,该树结构将二维散射问题的快速多极算法的树结构由传统的四叉树结构转化为二叉树结构,进而大大提高了求解效率。结果通过对数值例子的计算及求解效率的分析,可以看出在应用快速多极算法求解声波散射问题时,应用该二叉树结构相比原始四叉树结构时的求解效率高很多,而且精确度也较高。结论提出的新型树结构是高效且精确的。

关于快速多极算法FMM的几点注解

详细分析快速多极算法FMM,对引力场的势函数进行了详细的多极展开和泰勒局部展开的推导过程,并在此基础上分析和推导了引力势的两种展开式的截断误差,讨论了FMM的误差收敛情况,说明了FMM的误差可由截断次数p进行控制。

基于快速多极子算法的电磁散射计算加速性能研究

计算电磁散射问题时常用的方法是矩量法,但计算电大尺寸目标及密网格问题时,计算量很大,对计算机的存储要求很高。快速多极子算法作为矩量法的改进算法,现已广泛应用于此类问题的求解。本文就是在验证快速多极子算法正确性的基础上,研究快速多极子算法的加速性能。

介质涂敷电大尺寸导体柱电磁散射特性的有限元-快速多极混合算法分析

采用有限元 -快速多极混合算法分析了介质涂层电大尺寸导体柱的电磁散射特性。与有限元 -矩量法相比 ,快速多极算法将计算复杂度从 O(N2 )降低到 O(N1 .5 ) ,大大加快计算速度 ,减少存储量。计算表明该混合算法对电大复杂涂敷目标电磁特性的分析是灵活而有效的。

基于快速多极子算法的飞机翼面RCS的计算

本文基于快速多极子算法对采用吸波结构的翼面进行计算,然后与全金属翼面的结果进行对比,验证吸波结构翼面在一定程度上能减小其RCS,实现更好的隐身性能。

用于分析电磁散射问题的快速多极算法

介绍了用于分析电磁散射问题的快速多极算法(FMA)和多层快速多极算法(MLFMA)的基本思想与基本步骤。通过计算实例表明,快速多极算法在计算速度和存贮要求方面比矩量法有明显优势,适合于在现有计算机条件下求解电大尺寸目标的散射问题。

印刷振子天线的快速多极算法研究

利用离散复镜像法(DCIM)求解Michalski’s C类格林函数的闭式解,以更适合任意形状目标的RWG基函数。从电磁场的位积分方程出发,利用快速多极算法(FMM)加速矩量法(MoM)分析印刷振子天线;在此基础上对天线的馈电巴伦和匹配电路进行了一体化优化设计。实验结果与分析结果吻合的很好,从而证明了文章提出的分析方法的正确性,为印刷振子的设计提供了一个简单有效的方法。

多层快速多极子算法的改进措施

提出了对多层快速多极子算法的多项改进措施,其中包括固定尺度分层分组法和含权转移因子计算法,并介绍了对核心数组存储的一些改进措施,以实现在矩矢乘积中降低内存需求、加快计算速度的目的.数值计算结果表明了方法的有效性.