基于DEM的中国地形起伏度适宜计算尺度研究

基于SRTM和ASTER DEM数据,在全国范围内选取13个实验区,在渐变尺度下计算平均起伏度变化曲线的"突变点",据此确定中国地形起伏度的适宜计算尺度;结合山地界定标准计算各实验区山地面积,并采用人工解译的山地范围对计算结果进行检验。研究结果表明:1)地形起伏度适宜计算尺度与所采用的DEM数据有关,DEM分辨率越小,地形起伏度适宜计算尺度越大;2)针对同一分辨率DEM数据,中国境内的地形起伏度适宜计算尺度随地貌特征变化而变化,但总体变化幅度不大;3)针对SRTM和ASTER DEM两种常用数据源,分别选择4.72km2和3.20km2作为地形起伏度适宜计算尺度是合理的,山地界定精度达90%以上。

基于多纤维RVE和聚类分析的低温复合材料贮箱跨尺度计算

采用碳纤维增强复合材料贮箱可显著减轻运载火箭的质量,但贮箱在低温环境中机械-热载荷作用下的分析方法有待研究,尤其是要准确地考量纤维与基体间产生的细观热应力。采用包含多根纤维的代表体元模型,结合基体、纤维失效准则,建立了细观应力场及失效预测模型,并采用k-means聚类方法开展降维计算,提出了一种高效、高精度复合材料贮箱跨尺度分析方法。结果显示:该方法能够根据纤维和基体的热、力学常数准确地预测复合材料单层板的弹性常数和破坏强度;结合某贮箱模型,模拟了机械-热载荷共同作用下复合材料贮箱渗漏失效的发生过程,给出了明确的失效载荷及失效状态。

基于BiFormer与跨尺度相关性计算的高精度复制移动篡改检测网络

针对目前复制移动伪造检测(Copy-Move Forgery Detection, CMFD)网络难以同时有效地检测不同尺度的篡改区域的问题,提出了一种融合了BiFormer与跨尺度相关性计算模块的U型网络BCSU-Net。不同于已有的CMFD网络采用卷积骨干网络提取局部特征,BCSU-Net采用BiFormer捕获像素之间的长距离依赖关系,以更好地提取特征图中的高相关性特征。此外,还提出了跨尺度相关性计算模块,来计算不同尺度的特征之间的相似度,从而帮助模型更准确地定位出Copy-Move伪造图像中的篡改区域。与现有方法相比,BCSU-Net在COVERAGE和CoMoFod数据集上表现出更优的性能。

非均质复合材料力学性能的确定性多尺度计算方法

针对具有多尺度特性的非均质复合材料进行结构强度分析,提出了一种确定性多尺度计算方法——有限细胞法(FCM)。该方法通过矩阵凝聚和插值近似得到粗网格的刚度矩阵,在计算得到粗网格解后,通过回代技术可获得全域细网格解。为验证FCM的计算精度和计算效率,构造了多个数值算例,并与理论和有限元(FEM)结果进行了对比,结果发现:相对于FEM,FCM可显著扩大计算规模,提高计算速度,且易于并行;相对于其他多尺度计算方法,FCM在构造粗网格刚度矩阵过程中无需引入微观边界条件,计算精度高,易于降尺度计算。因此,FCM是分析复合材料结构强度的一种有效的多尺度算法,同时该方法易于推广至多尺度的非线性结构分析、热分析、地下水渗流分析等领域。

共形接触粗糙表面润滑问题的多尺度计算方法

为求解共形接触粗糙表面的润滑性能,提出非周期多尺度润滑问题的确定性计算方法——有限细胞法(Finite cell method,FCM),详细介绍FCM的基本原理和关键实施步骤,通过数个算例,对比验证FCM在求解周期和非周期多尺度润滑问题时的计算速度,求解精度和并行特性。结果表明:以传统FEM作为参照,FCM计算误差不大于0.2%,计算规模可扩大2至3个数量级,并可显著降低计算时间。因此,FCM是求解共形接触粗糙表面润滑问题的一种切实可行的计算方法,同时FCM与控制方程无关的特性也为求解工程中其他领域的多尺度问题提供了参考。

激光聚焦爆炸耦合场的理论建模与跨尺度计算

针对激光聚焦爆炸的电磁-热力耦合效应,在宏观尺度上,把描述激光电磁波散射和传播的Maxwell方程和高温高压气动流场的Euler方程结合起来,利用热力学状态方程(EOS)和电离平衡方程(Saha方程)并通过理论建模和数值仿真,研究和揭示激光聚焦爆炸效应及激光支持吸收波(LSC/LSD)的产生和演化、以及相关的反冲压力和动量耦合等相互作用机制。

复相介质及界面结构温度场跨尺度计算

本文针对复相介质及界面结构的跨层次热问题,提出了计算界面结构导热系数的分子动力学方法,复相介质宏观有效导热系数和温度函数的均匀化与多尺度渐近展开方法以及界面结构局域温度场的量子修正。建立了微观与宏观相关联的跨尺度计算模式,初步实现了从量子力学到连续模型的跨越。

Ti-Al合金相结构与界面特性的电子显微分析及原子尺度计算模拟

对材料的相结构及缺陷的原子排布观察已在几何模型的基础上深入到物理本质,如相结构的稳定性及界面原子弛豫等．本文以比重轻、强度高的ＴｉＡｌ金属间化合物中的Ｔｉ２Ａｌ相及晶界结构为例,说明原子像观察与原子尺度的计算模拟可以提供更全面准确的结构信息．

反求建模中的模型尺度计算方法

根据基于反求工程获得的零件模型信息,研究产品的几何尺度快速计算方法。三维物体尺度计算实质是在空间求取模型最小外接长方体问题,提出三次投影和旋转变换策略,把复杂的三维问题转化为二维平面问题。采用最佳拟合直线方法,计算产品模型投影轮廓多边形的长轴方位,并据此计算旋转变换所需转动角度。最后,针对变换后的零件模型,求取与坐标平面正交的外接长方体,以获得模型的三向尺度。

基于多尺度特征融合的遥感图像变化检测网络

为了解决多数变化检测算法中特征融合方式单一、对多尺度特征信息利用不充分导致的高分辨率遥感图像变化检测效果差的问题,本文提出了一种基于多尺度差异特征密集融合的遥感图像建筑物变化检测模型(MSDFNet).同时,引入了获取预测图像与标签图像之间差异图的算法,以便更加直观地观测到模型对建筑物变化区域的分割效果.在编码阶段,构建孪生骨干网络(VGG16)提取双时相遥感图像的多尺度特征信息,引入分离-混洗残差模块替代原始骨干网络中的二维卷积,减少模型参数量并缓解网络过深导致的浅层网络权重更新幅度过小甚至无法更新的问题;通过多尺度差异计算模块充分挖掘全局与局部的差异信息,获取变化语义信息的同时关注变化的空间细节信息.在解码阶段,引入通道注意力,重新构建不同层次差异特征通道之间的依赖关系,缩小不同层次差异特征之间的语义差距,并由深层网络到浅层网络逐层融合具有不同语义层次和空间位置表征的特征信息,得到更加精细的建筑物变化预测图像.本文算法在GZ-CD数据集和DSIFN数据集上的F1分数分别达到了91.50%和75.91%,IoU分别达到了84.98%和64.16%,对建筑物变化区域的轮廓分割更加完整,整体性能优于其他对比的变化检测算法.

实时目标跟踪中自适应尺度计算

为能够更好地解决复杂视频中目标的大尺度变化问题,提出一个在跟踪检测框架下的尺度计算算法。主要把目标分为4部分,分别计算它们的尺度因子,通过基于颜色属性的核相关滤波找出各部分最大响应位置。为解决定位不准确的问题,采用加权系数移除异常匹配点,将常规分类器所期望的训练输出转换成其它可操作的形式。仿真结果表明,该算法性能胜过其它现有算法,能够达到实时处理的要求。

燃煤脱硝装置大颗粒灰拦截网多尺度计算方法

在SCR脱硝装置烟道中加装拦截网对烟气中毫米以上的大颗粒灰进行拦截,可有效防止脱硝装置中的催化剂堵塞问题。提出一种基于多尺度计算流体力学的设计方法,对拦截网微观流场及压力场进行模拟,获取不同结构拦截网压降公式,并耦合至烟道尺度宏观流场及颗粒轨迹计算中,获得不同烟气流速、安装角度和颗粒尺寸下拦截网压降及拦截效率变化规律。模拟方法及结果可为SCR脱硝装置大颗粒灰拦截技术工程应用提供设计依据。

多尺度晶体材料的原位表征技术与计算模拟研究进展

大尺寸晶体材料是半导体、激光、通讯等领域的基础原料,大尺寸、高品质晶体材料的制备已成为制约相关行业发展的瓶颈。我国面临的“卡脖子”技术中大多与关键基础材料相关。大尺寸晶体材料制备理论与技术是我国新材料产业高质量发展的一个重要方面,也是提升相应高技术产业的基础,突破大尺寸晶体材料的制备理论和技术是获得高品质大尺寸晶体材料的关键。探究并准确理解大尺寸晶体生长机理需要借助原位表征技术和多尺度计算模拟方法。单一的原位表征和模拟技术只能探究特定时间和空间范围内的结晶信息,为了准确反映结晶过程需要综合应用多种方法。本文综述了最新的多尺度晶体生长研究的原位表征方法、多尺度计算模拟技术以及机器学习方法,为发展结晶理论和控制晶体品质提供重要的实验和理论依据,并将为提升大尺寸晶体生长工艺的开发而服务。

基于等效建模的多尺度电磁计算技术研究进展

随着设计复杂度的提高和工作频率的提升,无线部件与系统的多尺度特性日益显著,它们的电磁仿真与优化均受制于多尺度电磁计算。在多尺度电磁计算中,精细结构的存在导致局部网格过密,这造成了系统矩阵病态和计算效率低下的问题。等效建模技术利用小尺度结构等效模型进行多尺度电磁计算,从而避免局部网格过密导致的系统矩阵病态问题。总结了多尺度电磁计算及等效建模的研究背景与现状,介绍了课题组针对多尺度电磁计算涉及的金属细线结构、低剖面天线等典型小尺度结构提出的等效模型,展示了等效建模技术在多尺度电磁计算中的应用及优势,并讨论了其未来发展趋势。

多尺度模拟计算方法在超高温高熵陶瓷材料中的应用进展

超高温高熵陶瓷材料以难熔金属碳化物、硼化物、氮化物等为组元,具有较高的硬度、高温强度以及良好的热稳定性,已成为超高温陶瓷领域研究的热点方向之一。与传统材料相比,超高温高熵陶瓷涉及复杂成分空间、多个尺度维度、极端多场耦合服役环境,采用传统经验试错法开发超高温高熵陶瓷效率过低,故而需要改变材料研究范式,依靠多尺度模拟计算方法提高超高温高熵陶瓷研发与应用效率。本文首先简要介绍了具有代表性的多尺度材料计算方法,进而综述了多尺度材料计算方法在超高温高熵陶瓷研究中的典型应用成果,最后对多尺度材料计算方法在超高温高熵陶瓷研究中的前景进行了展望。

随机复合材料结构非线性热-力耦合模拟的统计高阶多尺度方法

对于具有复杂随机细观构造的复合材料结构的非线性热-力耦合问题的随机多尺度建模和计算仍是一个具有挑战性的问题。本文发展了一个新的统计高阶多尺度方法,克服了随机多尺度问题直接模拟时巨大的计算量,实现了具有随机复合材料结构非线性热-力耦合问题的数值模拟。借助统计多尺度渐近分析和泰勒级数方法,本文严格推导了可以精确分析随机复合材料结构宏-细观尺度非线性热-力耦合响应的统计高阶多尺度计算模型。然后,通过局部误差分析证明了统计高阶多尺度计算模型中高阶校正项在保持计算模型局部能量和动量守恒的重要意义。进一步,建立了可以高效模拟随机复合材料结构非线性热-力耦合行为的具有离线和在线两阶段的时空多尺度算法。最后,通过数值实验验证了统计高阶多尺度方法的计算高效率和高精度。

基于多尺度计算异形节点钢框架结构抗震性能研究

本文利用多尺度计算的方法对使用外环板式不等高节点的钢框架抗震性能进行了研究,使用MARC有限元软件中的多点约束法连接宏观单元与微观单元,同时根据一系列杆件模型算例验证了有限元模型的可靠性。通过对同一个钢框架分别使用多尺度单元和梁单元进行模态分析和动力时程计算,验证了多尺度模型可以准确地模拟结构的地震响应。提出了一种改进型的不等高异形节点,并对5种不同节点参数下的钢框架进行了动力时程分析,结果表明,外环板能够显著改善节点区域的应力状态,新型异形节点可以使节点域的受力更加均匀。

基于SPH-SDPD耦合方法的液滴定向输运多尺度数值研究

利用SPH-SDPD耦合方法对液滴定向输运现象进行多尺度数值计算,研究得出:当基底速度保持不变时,液滴疏水性越好,液滴承受剪切力的能力越差,在惯性力作用下,越容易发生定向输运;液滴在运动基底上的定向输运主要驱动力是惯性力,而恢复平衡的过程主要由表面张力和接触角滞后产生的力共同作用。

基于相关滤波的尺度自适应目标跟踪

针对视频目标跟踪中的尺度问题,提出了一种基于相关滤波的尺度自适应目标跟踪方法。首先利用核相关滤波获得目标的中心位置,然后将目标均分为四个子块,通过计算找出子块中心的最大响应位置,最后根据前后两帧目标子块中心位置的相对变化计算出尺度的伸缩系数,进而计算出目标尺度。在具有尺度变化的公开数据集上对该方法进行测试,并和多种跟踪方法作对比,实验结果表明,该方法将尺度的计算问题转换为对子块中心的定位,其平均跟踪性能优于其他方法,验证了方法的有效性。

Laplace-Fourier域多尺度高效全波形反演方法

针对常规Laplace-Fourier域全波形反演计算量大、耗时长的问题,提出一种多尺度高效Laplace-Fourier域全波形反演方法,并针对Marmousi和Overthrust模型进行数值模拟。Laplace-Fourier域多尺度高效全波形反演方法对于不同频率点选择大小不同的网格,并且根据Laplace衰减常数选择不同的模型计算区域深度,既不影响反演精度,又显著提高反演计算效率,同时由于反演网格数减少,反演稳定性也有所提高。Marmousi和Overthrust模型的反演结果验证了算法的有效性,同时在缺失低频信息时,Laplace-Fourier域多尺度高效全波形反演结果仍较好。