螺旋断层放射治疗计划系统中不同计算网格对肺癌立体定向放射治疗的剂量学影响

目的:探讨螺旋断层放射治疗(helical tomotherapy,HT)计划系统中不同计算网格(calculation grid size,CGS)对非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer,NSCLC)立体定向放射治疗(stereotactic body radiation therapy,SBRT)的剂量学影响。方法:选取2019年3月至2022年12月于某院初次接受放射治疗的9例NSCLC患者,采用Fine、Normal和Coarse 3种不同的CGS计划及相同的螺距、调制因子(modulation factor,MF)和优化条件,通过HT系统进行SBRT计划设计,观察比较3种CGS计划下靶区的适形性指数(conformity index,CI)、均匀性指数(homogeneity index,HI)、危及器官(organ at risk,OAR)的剂量学参数、点剂量验证通过率、治疗时间、机器出束量及Sinograms图等指标。使用SPSS 22.0进行统计学分析。结果:3种CGS计划下的靶区HI比较,Fine与Coarse、Normal与Coarse差异有统计学意义(P<0.05),Fine与Normal差异无统计学意义(P>0.05);3种CGS计划下的靶区CI比较,Fine与Coarse差异有统计学意义(P<0.05),Fine与Normal、Normal与Coarse差异无统计学意义(P>0.05)。3种CGS计划OAR的剂量学参数比较,Fine与Coarse心脏D_(max)、D_(mean),食管D_(max)、D_(mean),全肺和患侧肺V5、V_(20)、V_(30)、D_(mean),健侧肺V5、D_(max)及心脏V_(10)、V_(30)差异有统计学意义(P<0.05),Normal与Coarse食管D_(max)差异有统计学意义(P<0.05),其余剂量学参数差异均无统计学意义(P>0.05)。Fine、Normal、Coarse计划的点剂量通过率分别为0.96%、1.50%、1.77%。Fine与Coarse计划在治疗时间和机器出束量方面差异有统计学意义(P<0.05),Fine与Normal、Normal与Coarse差异无统计学意义(P>0.05)。通过Sinograms图对比可知Fine计划正弦图子野色阶较为均匀,Coarse计划存在极深和极浅的色阶区域,Normal计划则介于二者之间。结论:在NSCLC患者的SBRT计划设计中,应尽可能使用小CGS设置以获取更为准确的剂量分布,从而更有利于患者放射治疗计划的顺利执行与不良反应的预防。

耐碱玻纤网格与聚丙烯混凝土复合加固方柱的轴压试验研究及承载力计算

通过16个基于耐碱玻纤网格与聚丙烯混凝土复合加固方柱的轴压性能试验,得到了各试件的极限承载力与破坏形态,测得了各试件混凝土中部纵向压应力-应变曲线、试件压应力-耐碱玻纤网格中部应变曲线,分析了加固层混凝土中聚丙烯纤维含量、耐碱玻纤网格包裹方式等参数对试件轴压性能及破坏机理的影响。通过引入合理的基本假定和强度模型,提出了耐碱玻纤网格与聚丙烯混凝土复合加固方柱的轴压承载力计算方法,并将所提计算方法及相关文献计算方法得到的理论计算值与试验结果进行了比较。结果表明:试件主要破坏形态为纵向压劈破坏,裂缝最先出现在试件角部区域并向两端发展,部分试件出现加固层剥离现象;相较于耐碱玻纤网格间隔包裹试件,全包试件表现出更好的抗压性能及延性;随着加固层混凝土中聚丙烯纤维含量的增加,试件极限承载力呈先提高后降低的趋势;采用所提计算方法得到的理论计算值与试验结果吻合较好,且理论计算值均小于试验值,说明所提公式具有一定安全储备,可供工程设计参考使用。

基于计算流体动力学方法的两栖飞机规则波中运动特性研究

针对水陆两栖飞机加速起飞运动过程受波浪干扰问题,本文基于Star-CCM+平台数值模拟技术,引入SST k-ε湍流模型求解RANS方程,VOF方法捕捉自由液面,DFBI模块以及重叠网格技术模拟水上飞机六自由度运动,建立了一套波浪中水陆两栖飞机加速滑行起飞运动特性研究方案。以波长和波高为变量,探讨了加速滑行过程中上述变量对水上飞机升沉、纵摇运动响应以及机身重心处垂向加速度的影响规律。结果表明:随着波长增加,飞机升沉运动先增加后缓慢变化,飞机重心垂向加速度、纵摇角加速度和纵摇峰值集中在波长为2~3倍机身长度海况范围内;随着波高增大,飞机升沉、纵摇运动及重心垂向加速度最大值随之增大,且长波中的运动变化量较短波中更大;机翼气动升力数值模拟结果与计算值一致,该方案可用于水陆两栖飞机气动力相关计算。

基于重叠网格的航行体水动力特性计算

利用重叠网格技术结合实验方法,研究了航行体跨界质过程中的阻力来源。将试验结果与仿真结果进行对比,得出该过程中的水动力及水动力系数变化趋势以及原因,结果表明:航行体在水下速度由25 m/s下降到9.7 m/s,水动力以及系数在航行体即将出水时刻达到最大值,分别为0.65 kN和0.184。出水过程水动力及力系数主要受水冢现象、浮力变化以及附连水质量变化影响而呈现波动并逐渐趋向于零,粘滞力是航行体完全出水后主要的流体阻力来源。该研究为水航行体减阻设计提供了参考依据。

Eclipse计划系统计算网格大小对脑胶质瘤VMAT计划影响分析

目的比较Eclipse计划系统计算网格大小对脑胶质瘤容积旋转调强治疗(Volume Modulated Arc Therapy,VMAT)计划质量的影响,为临床诊疗提供依据。方法回顾性选取2021年9月至2022年6月我院收治的行VMAT计划的胶质瘤患者33例,在优化参数相同的条件下,对所有患者分别用1.25、2.50、5.00 mm计算网格设计3组VMAT计划(1.25 mm组、2.50mm组、5.00mm组)。比较3组VMAT计划的靶区剂量学参数[临床靶区(Clinical Tumor Volume,CTV)、计划靶区(Planning Target Volume,PTV)]、机器跳数、危及器官受量和计划优化时间。结果5.00 mm组躯干D_(max)、CTV D_(max)均显著高于1.25 mm组和2.50 mm组,1.25 mm组的PTV D_(min)、CTV D_(min)均显著高于2.50 mm组和5.00 mm组。3组危及器官受量和机器跳数比较差异均无统计学意义(P>0.05)。1.25 mm组与2.50 mm组、5.00 mm组的CTV D_(min)、PTV D_(min)靶区剂量相对偏差较大,其他靶区剂量参数相对偏差较小。1.25 mm组与2.50 mm组、5.00 mm组的左侧晶体、左侧视神经、右侧视神经的相对偏差较大。1.25 mm组与2.50 mm组、5.00 mm组的机器跳数相对偏差均较小。1.25 mm组计划优化时间明显短于2.50mm组和5.00mm组。结论脑胶质瘤放射治疗中,Eclipse计划系统选用不同计算网格会引起VMAT PTV及危及器官产生剂量方面的差异。从计划质量与优化时间综合考虑,建议采用2.50 mm的计算网格来进行VMAT计划设计,但需注意小网格会导致体积较小的危及器官受量增高,因此选取小网格优化时,建议适当增大危及器官限量权重来降低危及器官受量。

笛卡尔网格下精确高效的壁面距离计算方法

对于笛卡尔网格方法,壁面距离是采用虚拟单元法精确处理物面边界的重要参数,同时也是网格自适应后制约流动计算效率的关键因素之一。针对现有壁面距离计算方法结果不精确、效率不高的问题,引入三角形参数化方法,将空间点到三角形物面离散网格的最小距离问题转换为约束条件下一维极值问题,仅需通过符号判断和少量加减乘运算,即可确定最小距离,计算精度和效率大幅提高;发展嵌套包围盒概念的KDT(K-dimensional tree)物面网格数据存储结构,优化KDT最近邻搜索算法中距物面较远数据点回溯过程,实现了最小距离对应的三角形的快速定位。运用球、导弹、DPW6等三维几何构型对上述方法考核验证结果表明,计算得到的壁面距离与解析值的误差在百万分之一以内,十亿量级网格规模下的单核计算效率接近已有文献中的并行计算效率。

基于点核积分与体积网格化的三维辐射场快速计算软件开发

基于点核积分与体积网格化相耦合的方法研究开发了三维辐射场快速计算软件。通过构建辐射场模型STL文件,确定体源与屏蔽介质模型,采用六面体网格算法离散复杂体源模型生成点源,进行点核积分计算,考虑体源的自屏蔽效应,得到辐射场剂量数据,通过与蒙特卡罗方法计算结果对比,单体源模型计算误差在10%以下,多体源模型计算误差可以降到20%左右,随着网格化的细分,误差会有所减小。该软件可应用于三维辐射场快速计算与剂量分析。

网格化分布式新安江模型并行计算算法

近年来,网格化分布式新安江模型(GXM)在洪水预报中发挥了重大作用,但在进行洪水过程模拟时,模型数据量与计算量巨大,GXM的计算时间随着模型预热期的增加呈指数增长,严重影响GXM的计算效率。因此,提出一种基于网格流向划分与动态优先级有向无环图(DAG)调度的GXM并行算法。首先,对模型参数、模型构件、模型计算过程进行分析;其次,从空间并行性的角度提出了基于网格流向划分的GXM并行算法以提高模型的计算效率;最后,提出一种基于动态优先级的DAG任务调度算法,通过构建网格计算节点的DAG并动态更新计算节点的优先级以实现GXM计算过程中的任务调度,减少模型计算中数据倾斜现象的产生。在陕西省大理河流域与安徽省屯溪流域对提出的算法进行实验,在预热期为30 d、数据分辨率为1 km的情况下,相较于传统的串行算法,所提算法的最大加速比分别达到了4.03和4.11,有效提升了GXM的计算速度与资源利用率。

汽轮机转子有限元应力计算中网格划分的研究

由于升级改造后的汽轮机机组的蒸汽温度和压力都将明显提高,使得对汽轮机转子的应力计算精度要求也随之提高。在实际应用中,某些关键部位的应力情况对转子整体强度起着决定性作用,但有限元应力计算中,关于这些关键部位的局部网格划分方法的讨论不充分,为了在得到精确的计算分析结果的同时,又不影响计算效率,选择合理的局部区域和网格尺寸很关键。以计算某型号亚临界汽轮机高压转子在稳态额定负荷工况下的应力分布情况为例,应用Ansys Workbench软件按不同的网格划分方式进行有限元计算,得出该型号汽轮机高压转子应力集中的危险部位的应力值结果,进行比较分析。总结出一套适合汽轮机机组升温改造项目的有限元应力计算方法。

节能减排目标下新型电力系统网格计算平台

目前电力系统网格计算平台没有构建数据处理模块,影响网格计算速度,为此提出节能减排目标下新型电力系统网格计算平台构建方法。首先根据网格计算技术以及目前电力计算要求设计出网格计算平台框架,然后详细阐述平台中的实时数据采集服务器、网格计算服务器、计算协调模块以及数据管理服务器,最后根据平台需求设计出网格计算软件体系系统,即虚拟数据库,将软件系统添加到平台中,实现节能减排目标下新型电力系统网格计算平台的构建。实验结果表明,所提方法的CPU数量对计算速度的影响小、网格计算所需时间短以及加速比大,具有较好的性能。

基于动态嵌套网格技术的载荷出舱过程研究

针对内装载荷在空中分离出舱过程中存在的安全性和姿态稳定性问题,文章采用动态嵌套网格结合罚函数的研究方法对载荷在考虑适配器碰撞下的出舱分离过程进行了数值模拟。相较于以往的研究,该方法将分离过程中的气动特性由离散的稳态计算转变为连续的瞬态计算,将适配器碰撞由特征点法估算转变为节点-面法精细计算,实现了非定常流场与多体碰撞的耦合求解,拥有更好的保真性。文章首先通过与美国空军Arnolds工程发展中心风洞实验室的标模试验进行对比,验证了所采用的数值方法的准确性;随后建立了载荷出舱系统仿真模型并分析了标准工况下的出舱特性以及初始速度、初始攻角对载荷在牵引伞作用下出舱过程的影响。结果表明:标准工况下载荷能够安全平稳出舱;初始速度越低,分离过程越平稳,适配器受压缩程度越低,马赫数Ma=0.5时运载器与载荷的最小间距相较于Ma=0.8时增大了1 mm;初始攻角较大对分离时的安全性和稳定性有不利影响,攻角ɑ=15°时适配器摩擦力是ɑ=5°时的2.67倍。该方法适用于采用适配器作为安全保护措施的载荷出舱系统的数值模拟研究,所得结论可为研究载荷出舱系统分离过程提供一定参考。

计算网格在SRS MapCHECK立体定向放疗剂量验证中的影响

对比不同计算网格在SRS MapCHECK立体定向放射治疗剂量验证中γ通过率的差异,分析网格尺寸对验证结果的影响。方法 回顾性分析30例立体定向放射治疗计划的剂量学验证结果,其中包含肺癌计划11例,肝癌计划6例和颅脑肿瘤计划13例。使用SRS MapCHECK半导体阵列与配套StereoPHAN模体进行剂量验证。使用Monaco放疗计划系统进行计划设计,验证计划分别采用1.0mm、2.0mm和3.0mm网格计算,γ评估标准分别采用2%/1mm、2%/2mm、3%/2mm和3%/3mm,在剂量评估阈值为10%的标准下分析计算网格因素对二维剂量学验证结果的影响,并对验证结果进行统计学分析。结果 30例验证计划在剂量评估阈值为10%标准下,1.0mm、2.0mm和3.0mm网格计划对应半导体阵列的平均有效剂量测量点数分别为567、570和573,呈现增长趋势。相比3.0mm计算网格计划,2%/1mm评估标准下,2.0mm和1.0mm网格计划γ平均通过率上升4.06%和7.8%(F=5.97,P<0.05);2%/2mm评估标准下,2.0mm和1.0mm网格计划γ平均通过率上升2.2%和4.32%(F=6.49,P<0.05);3%/2mm评估标准下,2.0mm和1.0mm网格计划γ平均通过率上升1.52%和2.76%(F=8.14,P<0.05);3%/3mm评估标准下,2.0mm和1.0mm网格计划γ平均通过率上升0.97%和1.81%(F=7.59,P<0.05),差异均有统计学意义。结论 计算网格尺寸对立体定向放射治疗剂量学验证结果有显著影响,验证计划计算网格大于1.0mmγ通过率会明显降低,因此在放疗质控验证过程中需要考虑上述因素,当采用γ分析进行立体定向放射治疗剂量学验证时,建议计算网格使用1.0mm。

城市网格化综合管理服务的云边端协同计算框架

为解决传统端云计算框架在城市管理服务的难计算和不及时问题,本文提出一套面向城市网格化综合管理服务的云边端协同计算框架。该框架通过构建城市综合管理服务业务分类模型、设计协同计算框架结构和智能适配过程,系统性结合云边端的处理优势与城市网格化管理模式。在装备端完成数据分级,在边缘侧实现模型处理,在云中心完成数据存储和复杂分析,从而实现城市管理服务快速处理、及时响应的目的。最后以武汉市东湖高新区为研究区域,基于本框架开展城市环境污染监测实验。结果显示,相比传统端云计算框架,本文所提云边端协同计算框架在计算性能和处理效率上均有较大优势,表明在城市网格化综合管理服务上具有良好应用前景。

基于节能减排理念的新型电力系统网格计算平台构建研究

新型电力系统网格计算平台的构建已成为电力行业的研究热点,该平台集成了节能技术、智能分析与优化算法,以实现电力系统的高效运行,降低能源消耗,减少碳排放,为电力系统的可持续性和环保性提供了有力支持。因此,本文通过对电力系统网格计算平台关键要素分析,确保节能减排在电力系统网格计算中得到有效运用,从而构建完善的新型电力系统网格计算平台,为电力领域在发展中达到节能减排目标。

基于动网格的空气炮数值计算研究

空气炮是鸟撞试验的重要设施,为了使鸟弹能以指定的速度撞击试验件,提高试验的成功率,需要研究鸟弹在空气炮中的运行规律。现有的CFD软件能对流场进行数值计算,结合动网格技术,即可对动态问题进行求解。本文基于动网格对空气炮进行了数值计算,研究了鸟弹的运动规律,为空气炮设计和改进提供数据支持。

基于Scilab的分布式并行计算方法的研究

文章利用Scilab构建分布并行计算的支撑环境,为实现分布并行计算提供了新方法。设计了Netbutterfly Grid Computing System(NGCS),讨论了NGCS的体系结构,任务分布、系统通信和容错机制等关键问题。最后给出网格计算环境下基于Scilab的一个分布并行计算实例,实验的结果是令人满意的。

计算机地理网格技术在现代农业生产中的应用

阐述计算机地理网格技术在现代农业中的特点和应用,包括构建计算机地理网格技术数据库、建立不同的研究标准、智能化水平的提升、农业机械化的普及,从而制定科学的农业生产方案。

基于GPU加速的等几何拓扑优化高效多重网格求解方法

针对大规模等几何拓扑优化(ITO)计算量巨大、传统求解方法效率低的问题,提出了一种基于样条h细化的高效多重网格方程求解方法。该方法利用h细化插值得到粗细网格之间的权重信息,然后构造多重网格方法的插值矩阵,获得更准确的粗细网格映射信息,从而提高求解速度。此外,对多重网格求解过程进行分析,构建其高效GPU并行算法。数值算例表明,所提出的求解方法与线性插值的多重网格共轭梯度法、代数多重网格共轭梯度法和预处理共轭梯度法相比分别取得了最高1.47、11.12和17.02的加速比。GPU并行求解相对于CPU串行求解的加速比高达33.86,显著提高了大规模线性方程组的求解效率。

同步采样下的智能分布式馈线自动化配电网网格化规划方法

分布式馈线自动化配电网网格化规划合理性直接影响供电效果,目前提出的规划方法合理性较差。为了解决上述问题,文章在同步采样分析基础上研究了一种新的智能分布式馈线自动化配电网网格化规划方法,采用网格化定位技术建立分布式馈线自动化配电网,将配电网电力需求的预测值作为定位依据,在配电网供电区域内划分出多个用电范围,分析用电要求,通过告警和闭锁研究实现信息配置,采用层级分析法完成网格分类,计算待规划范围的电力负荷技术参数,采用差异性导入方法实现网格化规划。实验结果表明:同步采样下的智能分布式馈线自动化配电网网格化规划方法规划合理性在90%以上,能够很好地满足配电网的规划要求,很少出现断电事故,更适合于实际应用。

双向碳纤维网格在上海堤防维修加固工程中的应用

堤防结构定期维修加固是预防安全隐患,确保堤防设施安全运行的重要手段。结合双向碳纤维网格在上海堤防设施维修加固工程的首次应用实例,介绍了碳纤维网格加固方法,分析了碳纤维网格加固系统在堤防维修加固工程中的适用性和先进性,探究了碳纤维网格受弯加固原理,推导了受弯承载力计算公式并验证了公式的正确性,为类似堤防维修加固工程提供参考和借鉴。