稀薄气体直接仿真蒙特卡洛方法交互式并行化系统研究与实现

在分析稀薄气体直接仿真蒙特卡洛(Direct Simulation Monte Carlo,DSMC)方法特点的基础上,研究了基于高性能计算平台的DSMC问题交互式并行化技术,提出了DSMC交互式并行化流程和DSMC程序并行化系统体系结构,实现了能对DSMC问题进行处理的交互式并行化软件系统,并应用到两个微通道DSMC方法算例的并行化中,并行化后的两个算例在8个节点的并行集群系统上的计算结果与原串行程序完全吻合,证明了该交互式并行化方法的正确性。

基于序贯蒙特卡洛方法的高风电渗透下电力系统可靠性与成本分析

为研究风电渗透率增加对电力系统运行可靠性的影响,提出了一种通过序贯蒙特卡洛方法进行仿真,结合可靠性指标与发电成本的综合分析方法,基于单区域RTS96系统开展仿真分析。结果表明,在缺乏储能设备等可靠性保障措施的情况下,系统的电量不足期望值和缺电时间期望值随着风电渗透率的提升呈现近似指数型增长。该方法在保证系统可靠性的同时可以找到最大化发电成本效益的风电渗透率,为电力系统规划提供参考。

大型航天器再入解体气动力热特性模拟的直接模拟蒙特卡洛方法研究

为模拟大型航天器离轨再入近连续过渡流区高超声速气动力/热绕流特征,构建了基于直接模拟蒙特卡洛法碰撞限制器技术的混合方法,发展了基于密度梯度的动态自适应混合网格处理技术与变时间步长计算方案。利用当地流动梯度的克努森数作为判断连续流失效的参数,将流场划分为不同区域,在连续流区采用碰撞限制器以及大网格尺度和大时间步长,在流场的大梯度区域——包括激波和壁面边界层区域——采用基于当地密度梯度的动态自适应碰撞网格和取样网格处理技术。为保证整个流场范围每个碰撞网格内的模拟粒子数分布更加均匀,采用变时间步长计算方案,并固定当地时间步长与粒子权重的比值,避免了因分子穿越网格界面产生的复制或消失。通过计算类天宫飞行器低密度风洞试验状态的气动力系数,并与试验数据对比,验证了上述算法的高精度模拟能力与可靠性。同时模拟分析了带太阳电池帆板的类天宫飞行器再入85 km高超声速复杂气动力热,及头部对接台与板舱非规则物形绕流所致激波/边界层干扰、流动分离与强气动力热致太阳电池帆板毁坏发生首次解体机制。

基于蒙特卡洛方法的仿真在计算车辆延误中的应用研究

概率论和仿真软件是研究交通工程的随机现象的重要工具,但是在特定的实际使用环境中,作为纯理论方法和既定规则的方法都有其缺陷和局限性,本文分析了三种计算延误的方法的优缺点和适用范围,以及基于蒙特卡洛仿真方法的优势和使用方法,并且用一个算例对比说明了三种方法的工作流程和结果等的对比情况.

基于直接模拟蒙特卡洛方法的真空羽流不确定量化研究

真实流动环境下的真空羽流必然存在着各种不确定性,那么确定性输入条件的数值模拟必然会存在偏差,因此需进一步研究不确定性对羽流流动特征的影响规律。本文采用直接模拟蒙特卡洛(DSMC)方法,对不确定性输入的羽流流场进行模拟;采用稀疏的概率配置点方法对来流、壁面及模型参数等输入不确定量进行描述,对不确定性的传播和输出目标的平均值、方差及不确定度进行计算。研究表明,流场不确定性沿流线传播至流速最大处之后迅速增强,并在声速线前出现骤减的现象;传播至声速线之后,挡板壁面输入不确定性的影响凸显。其中最为显著的是,压力不确定度在挡板驻点位置达到全场最大值,约为输入不确定量(3.54%)的2.1倍。此外,温度跳跃不确定度受到壁面温度不确定性输入的限制而近似保持为一个恒定值,约为输入不确定度的0.8倍。进而,壁面热流不确定度(5.54%)比壁面正应力不确定度(6.25%)略小,切应力不确定度最小(5.07%)。Sobol’全局敏度分析表明,喉道速度和喉道压力的输入不确定性对气动力/热不确定度的贡献是最大的,且远远超过了壁面温度和模拟分子直径不确定性输入的贡献。

基于蒙特卡洛仿真的营打击点阵参数预测方法

为减少我军炮兵在预射阶段浪费的炮弹数量,实现对营打击目标区域瞄准点阵参数的预测,在套用经验公式进行计算的基础上,使用蒙特卡洛仿真法对营火炮打击在通道情况下造成毁伤进行仿真实验,仿真得出不同瞄准点阵参数下的饱和毁伤占比。同经验公式计算结果进行对比,结果比对误差在可接受范围之内,实例证明,该模型可以辅助营打击瞄准点阵参数的选择。

通信系统仿真中的蒙特卡洛方法应用研究

本文主要介绍了蒙特卡洛仿真方法的概念及原理,并给出了由均匀分布随机变量产生出几种常用分布函数随机变量的方法,在此基础上,对AWGN条件下的QPSK调制系统的误码性能进行了蒙特卡洛仿真,最后对MC仿真次数与仿真精度的关系进行了有益的讨论。

蒙特卡洛方法在仿真中的应用

本文介绍了蒙特卡洛方法,一种利用随机数(或伪随机数)来解决许多类型计算问题的通用算法。首先描述了蒙特卡洛方法的基本原理,并且通过两个典型应用案例,讨论了蒙特卡洛方法的适用范围和使用条件,展示了该方法的优点,体现了该方法在解决高自由度问题方面的优势。

基于Matlab的弹道蒙特卡洛仿真研究

分析了火箭弹在飞行中所受的随机干扰因素,提出了在 Matlab 下构建六自由度仿真模型时这些干扰因素的处理方法,给出了在 Matlab 下应用蒙特卡洛方法仿真随机干扰因素的具体步骤。其中弹道风的影响使得不仅在求解气动力时要考虑弹体与空气的相对运动,而且原来在速度坐标系给出的弹体质心动力学方程也需要作相应的凋整。文中建立了包含随机干扰因素的弹道仿真通用模型,通过对火箭弹射击精度的仿真,验证了弹道偏差形成的一般过程,说明了仿真模型和仿真方法的有效性。

蒙特卡洛仿真的水下激光通信信道特性

针对海洋激光通信信道复杂多变的问题,利用理论分析和蒙特卡洛模拟方法详细研究了水下光通信链路的信道特性。采用波长为532 nm的蓝绿激光,分析了典型海水中的信道脉冲响应,研究了接收光强与海水类型、衰减长度、发散角、波束宽度、接收视角及孔径等重要参数的关系,并通过蒙特卡洛仿真实验进行验证。理论分析与仿真结果表明:清澈海域中,传输距离<40 m时,可认为无码间干扰信道,接收端不需要复杂的信号处理算法;但在海港浑浊海域,时延扩展随着接收视角和发散角的增大而增大,从而降低信道的传输效率。当衰减长度小于等于漫射长度时,接收光强随接收孔径的增大而减小;但当衰减长度大于漫射长度时,接收光强随着接收视角的增大呈现先增后恒的趋势。因此,研究结果将对建立准确的水下无线光通信信道模型具有重要的参考价值。

毁伤概率评估的加权蒙特卡洛方法

由于经典蒙特卡洛方法的仿真效率不高,文中利用概率论和数理统计的基本原理,可以推导得到加权蒙特卡洛方法。加权蒙特卡罗方法不但能有效的缩小了样本方差,还能提高目标事件出现概率,相当于提高了样本的抽样效率,从而提高了仿真效率。与此同时,文中分别利用经典蒙特卡洛和加权蒙特卡洛这两种方法对典型目标进行了仿真计算,仿真计算最终证明了加权蒙特卡洛方法的仿真效率明显优于经典蒙特卡洛方法,能使仿真工作量成数量级的衰减。

基于蒙特卡洛模拟的导弹级间分离干扰仿真

级间分离的稳定性、可靠性关系到主级导弹的稳定飞行,采用蒙特卡洛方法对干扰作用下的导弹级间分离进行模拟仿真。首先分析影响级间分离过程的各种随机干扰因素,在此基础上建立了包含随机干扰因素的分离动力学数学模型,然后利用蒙特卡洛方法和随机干扰参数对分离过程进行仿真。仿真结果表明,各种干扰作用下助推级和主级可安全分离。蒙特卡洛方法可快速对级间分离潜在风险以及失败概率进行预测,同时也能定量评估各项干扰因素对分离的影响程度。

蒙特卡洛法的截击空战仿真

针对具体空战环节,应用蒙特卡洛方法仿真了截击空战的全过程,提出了截击空战仿真的程序逻辑方案;并结合具体实例,得出仿真数据,定量分析了空战毁伤概率,进而分析了截击空战的作战效能。仿真结果比较符合实际空战情况,具有一定的创新性和实际应用价值,其分析问题解决问题的方法和过程对解决类似的问题有一定的借鉴意义。

基于蒙特卡洛法的飞机装备完好率建模仿真

装备完好率是军用飞机战备完好性的重要度量标准,是可靠性维修性保障性RMS(Reliab ility,Maintainab ility and Supportab ility)顶层参数。利用Monte-Carlo抽样、离散事件仿真、计算机仿真等理论建立了基于设备参数和使用规则的仿真模型和算法,并以案例验证了方法的可行性。仿真模型具有通用性,满足不同参数的仿真需求。

通信系统仿真中的蒙特卡洛方法应用研究

蒙特卡罗(MC)仿真方法与一般数值计算方法有着本质的区别。文章主要介绍了MC仿真方法的概念及原理,并给出了由均匀分布随机变量产生出的几种常用分布函数随机变量的方法。在此基础上,对AWGN(加性高斯白噪声)条件下的QPSK(四相相移键控)调制系统的误码性能进行了蒙特卡洛仿真,最后对MC仿真次数与仿真精度的关系进行了讨论。

蒙特卡洛法验证不确定度A类评定方法

针对客观概率的不确定度评定方法可靠性问题,利用蒙特卡洛法适合于计算机模拟的技术优势,验证3种不确定度A类评定方法的准确性。仿真实验结果表明:计算过程更为简单的极差法优于贝塞尔公式法,更具应用优势。由于评价的数据范围更广,合并样本标准差法比极差法和贝塞尔公式法更为可靠合理,但测量成本也更高。

流速测量精度分析的蒙特卡洛法仿真

声学多普勒流速是根据声学多普勒原理,用矢量合成法测量水流的垂直剖面分布,它被用来遥测较大范围内的水流速度。文章分析了流速测量的脉冲相干信号处理方法的原理,根据回波信号产生机理,分别建立了宽、窄带回波信号散射叠加信号模型,并利用蒙特卡洛法对比分析了不同条件下的宽、窄带测速性能。

基于蒙特卡洛方法的武器信息共享过程精度分配

针对协同作战武器信息共享过程中的对精度分配的需求,介绍了一种精度分配的方法。分析了武器信息共享的过程及误差环节,建立模型,采用蒙特卡洛方法进行模拟仿真。通过提出可以接受的共享信息精度误差协方差的最大值,得到各误差环节误差协方差最大值。最后通过一个具体的例子展示了计算的便捷性,对实际工程应用有一定的指导作用。

蒙特卡洛方法在战时车辆装备完好率计算中的应用

使用具有通用性的仿真模型,结合汽车部(分)队车辆维修保障的具体实际,从分析车辆维修三级保障机构设置入手,运用蒙特卡洛概率模拟方法建立车辆完好率模型,进行抽样、离散事件仿真、计算机仿真,最后应用于具体案例验证方法的可行性。

一种新型直接转矩控制方法的仿真研究

针对直接转矩控制 (DTC)的异步电机的起动和低速运行的方法 ,本文提出了间接转矩控制的方法。仿真研究结果表明 ,此法结构简单 ,能够获得较好的控制效果。