自适应结构网格上扩散方程隐式时间积分算法及其应用

提出一种自适应结构网格(SAMR)上求解扩散方程的隐式时间积分算法.该算法从粗网格到细网格逐层进行时间积分,通过多层迭代同步校正保证粗细界面的流连续和计算区域的扩散平衡.分析算法复杂度,并给出评估算法低复杂度的准则.典型算例表明,相对于一致加密情形,本文算法能够在保持相同计算精度的前提下,大幅度降低网格规模和计算量,且具有低复杂度.将算法应用于辐射流体力学数值模拟中非线性扩散方程组求解,相对于一致加密网格,SAMR计算将计算量下降一个量级以上,计算效率提高33.2倍.

复合隐式时间积分格式的非线性问题仿真研究

梯形时间格式在求解某些非线性问题时会出现失稳现象,无法获得收敛解,为了验证复合隐式时间积分格式在求解此类非线性问题时的优越性,通过比较分析数值耗散的大小确定复合隐式时间积分格式中γ的合理取值。通过Updated La-grangian方法建立非线性运动增量方程,应用9节点四边形单元划分计算域网格。分析比较了相同时间步长,γ取值对研究对象的位移、速度和加速度时程曲线的影响。悬臂梁承受恒定集中力和承受冲击载荷的算例均表明:γ取0.2时复合隐式积分格式引入的数值耗散较小,精度较高。

隐式时间积分方法的拟动力实验

本文介绍了采用隐式时间积分方法实现的拟动力实验。目前拟动力实验中所用的时间积分方法是显式条件稳定的,所以时间步长Δt的选择受到试件刚度和自由度的限制,对于刚度大自由度很多的试件需采用很小的Δt,而Δt太小将造成实验累积误差增大,实验结果失真。隐式时间积分方法是无条件稳定的,Δt的选择不受试件特性的限制,可以比显式算法的稳定极限大很多,从而拓宽了拟动力的应用范围。

一种改进的二阶半隐式时间离散格式及稳定性分析

对二阶半隐式时间的离散格式进行了改进,提出了一种可使用较大时间步长的高稳定性格式,并对其稳定性进行了分析。研究结果表明,在经典逼近格式上增加一个与时间离散格式阶数相一致的项可以明显增强计算的稳定性。

信息检索中支持隐式时间查询的文档排名方法

针对时间信息对检索结果的影响,提出一种支持隐式时间查询的文档排名方法。结合DBpedia这种特殊的语义网以及检索结果中排名较前的文档对排名结果的影响,分析用户查询的时间意图,利用排名模型计算文档时间相关性方面的得分,通过线性结合方法综合考虑时间相关性和内容相关性,对检索结果重新排序。实验结果表明,该算法能够在检索流程中有效地分析查询的时间意图,在排名模型中引入时间因素有利于提升检索结果性能。

基于Newmark隐式时间积分方案的裂纹动态扩展的数值计算方法

扩展有限单元法(XFEM)是基于单位分解的思想,在常规有限元的位移模式中加入能够反映裂纹面不连续性的跳跃函数和裂纹尖端的渐近位移场函数,避免了常规有限单元法计算断裂问题时需要对裂纹尖端重新划分网格的不便以及繁重的计算量,并且裂纹的扩展独立于网格.标准有限元在处理时间积分时,在裂纹不断扩展的过程中整体刚度矩阵的自由度也会不断地增大,从而导致迭代计算无法进行.本文基于扩展有限单元法模拟动态裂纹扩展的方法,提出了新的Newmark隐式时间积分方案.此方法将所有节点都富集Heaviside函数和裂纹尖端的渐近位移场函数,即每个节点都有12个自由度,从而使得总体刚度矩阵式保持一致,避免迭代计算无法进行.同时,提出了一种稀疏矩阵技术来解决矩阵所占内存大和计算时间长的问题.

基于隐式时间查询的文档排名方法

时态信息检索是近年来的研究热点,很多解决方案是在检索模型中考虑时间相关性。提出一种支持隐式时间查询的文档排名方法,使用考虑内容相关性排名结果的前k个文档分析查询的时间意图,然后使用排名模型计算各个文档时间相关性得分。实验结果表明,在排名模型中引入时间因素有利于提升检索性能。

预估-校正的半隐式半拉格朗日时间积分方案及其在CMA-GFS模式中的应用

CMA-GFS采用的是传统的二时间层半隐式半拉格朗日时间积分方案(SISL)。拉格朗日平流速度和非线性项需要采用时间外插进行计算,在急流轴附近等梯度大值区会造成计算不稳定,甚至积分中断现象。文中通过构造预估-校正半隐式半拉格朗日时间积分方案(SISL/P-C),以减少时间外插的影响;半隐式系数由原来的0.72减小到0.55,构造准二阶精度的时间积分方案。理想试验和实际资料试验证明新方案可以改善CMA-GFS的精确度、稳定性和质量守恒。0.25°水平分辨率下积分时间步长可以由300 s增大到450 s,模式总体计算效率提高20%。

二阶精度半隐式半拉格朗日轨迹计算和时间积分方案在GRAPES区域模式中的应用

将两时间层稳定外插方案(Stable Extrapolation Two-Time-Level Scheme,SETTLS)引入GRAPES区域模式,并将其用于上游点和非线性项的时间外插计算。对线性项采用二阶精度的非中央权重时间平均,并取等温参考大气的温度大于实际大气平均温度,以保证半隐式积分方案的稳定性。原GRAPES时间积分方案对线性项做一阶非中央权重时间平均,对参考大气的选择并无限制,而为保证稳定性,须取较大的非中央权重系数,但非中央权重系数会对低波数波动产生较强的衰减作用。理想试验结果表明,相比原GRAPES半隐式半拉格朗日(SISL)时间积分方案,新SISL时间积分方案计算稳定且对波动的衰减作用较弱。

软件定义网络中的多流时间式隐信道设计

软件定义网络(Software-defined Networking,SDN)是实现传统网络体系中的应用层、控制层和数据层解耦的一种新型网络架构。本文研究该网络环境下的隐蔽通信问题,基于OpenFlow控制器与交换机之间的交互特性,提出一种基于响应报文次序组合调制的多流时间式隐信道设计方案,该方案利用控制器与多交换机之间的链路层发现协议(Link Layer Discovery Protocol,LLDP)响应报文到达的次序分布构建组合累计分布函数并调制秘密信息。仿真实验结果表明所提方案具有较好的隐蔽性和鲁棒性。

RTM充模过程数值模拟的隐式有限元算法

建立了基于欧拉方法描述树脂传递模塑 (RTM)工艺充模过程的基本数学方程 ,并采用有限元隐式时间积分方法对基本方程进行了数值求解 .编制了基于隐式有限元算法及传统有限元控制体算法的程序 ,通过具体算例比较了这两种算法的优缺点 .与传统的有限元控制体法相比 ,该文提出的隐式有限元算法能节省计算时间 ,特别适合于单元、节点数目多的情况 .隐式有限元算法是一种纯有限元方法 ,不需要使用控制体积技术 ,采用该算法计算出的流动前沿与时间步长无关 .

一种基于Xgboost的Skype时间式隐信道检测方法

时间式隐信道利用数据包的包间时延来传递秘密信息,受网络时间特性复杂性的影响,网络隐信道的检测率低且虚警率较高。提出一种利用Xgboost模型的Skype时间式隐信道检测方法。在传统提取Skype时间序列的Markov转移特性、信息熵、包间时延的均值与方差、DCT系数、ε-相似度等特征的基础上,增加峰态、偏态和标准偏差的差值3种特征,以准确了解包间时延分布并进行筛选排查,同时采用五折交叉验证法结合无重复抽样技术,使每次迭代时每个样本点只有一次被划入训练集或测试集,最终通过Xgboost算法进行判决和检测。实验结果表明,与BP神经网络方法相比,该方法检测率更高且虚警率更低。

不同马赫数的无粘和粘性流动高阶精度隐式计算方法

应用隐式时间推进法对不同马赫数的无粘和粘性流动进行数值分析 ,给出了基于预处理方法的高阶精度隐式求解方法。方程离散采用改进的高阶精度对流迎风分裂格式。该方法通过求解曲线坐标系可压缩Euler和 Navier-Stokes方程 ,对低速到超音速范围内的无粘和粘性流动的典型问题进行了数值分析。计算结果与文献的数值结果或实验数据对比分析表明 。

三维Euler方程的隐式间断有限元算法

为了求解三维欧拉方程,对隐式时间离散格式间断有限元方法进行了研究。根据间断Galerkin有限元方法思想,构造内迭代SOR-LU-SGS隐式时间离散格式,结合当地时间步长技术、多重网格方法,实现了三维流场的计算。数值计算了ONERAM6机翼、大攻角尖前缘三角翼以及DLR-F4翼身组合体的亚声速绕流问题。结果表明,加入SOR内迭代步的LU-SGS隐式算法具有较大的优势,相较于GMRES算法所占用的内存少且收敛速度相当,是LU-SGS算法的三倍以上。针对三维算例,具有较好的稳定性和较高的收敛速度,能够给出准确的流场信息。与原方法相比,SOR-LU-SGS方法无论是在迭代步数上还是在CPU时间上,效率均有明显提高,适合于三维复杂流场计算。

牵引火炮非线性有限元隐式动力学分析

研究牵引火炮全发射过程非线性结构动力学有限元建模和分析中的关键问题。建立了某牵引火炮含身管与摇架导轨之间大位移滑动接触的非线性结构动力学有限元模型,运用隐式时间积分动力学方法模拟了该炮发射的后坐一复进过程,获得了炮架关键部位应力、应变和位移的瞬态响应,计算结果与实验测试结果基本一致。研究表明:该文的建模原理和数值模拟策略突破了火炮全发射过程总体结构动态应力分析的瓶颈。利用该文方法可以进一步研究火炮发射时的动态刚强度、冲击振动、结构动态稳定性等问题。

基于Newton/Gauss-Seidel迭代的DGM隐式方法

在Newton迭代方法的基础上,对高阶精度间断Galerkin有限元方法 (DGM)的时间隐式格式进行了研究.Newton迭代法的优势在于收敛效率高效,并且定常和非定常问题能够统一处理,对于非定常问题无需引入双时间步策略.为了避免大型矩阵的求逆,采用一步Gauss-Seidel迭代和Matrix-free技术消去残值Jacobi矩阵的上、下三角矩阵,从而只需计算和存储对角(块)矩阵.对角(块)矩阵采用数值方法计算.空间离散采用Taylor基,其优势在于对于任意形状的网格,基函数的形式是一致的,有利于在混合网格上推广.利用该方法,数值模拟了Bump绕流和NACA0012翼型绕流.计算结果表明,与显式的Runge-Kutta时间格式相比,隐式格式所需的迭代步数和CPU时间均在很大程度上得到减少,计算效率能够提高1～2个量级.

基于LU-SGS迭代的DGM隐式方法研究

考虑到LU-SGS迭代法已经在基于非结构网格的有限体积法中得到了成功应用,文章借鉴其思想,将其推广到高精度间断Galerkin有限元隐式格式求解中来,并对其性能进行了研究。为了避免隐式算法中对大型稀疏矩阵求逆,采用LU-SGS迭代法,只需要在每步时间推进中沿网格号从前到后和从后到前2次扫描计算即可,并且还能有效降低内存需求。通过对NACA0012翼型和ONERA M6机翼跨声速无粘流动进行数值模拟,计算结果表明:与TVD-RKDG显式时间格式相比,隐式格式所需的迭代步数和CPU时间均得到了很大程度上的减少,并且精度保持不变。

一种基于块雅可比迭代的高阶FR格式隐式方法

最近,基于非结构网格的高阶通量重构格式(flux reconstruction,FR)因其构造简单且通用性强而受到越来越多人的关注.但将FR格式应用于大规模复杂流动的模拟时仍面临计算开销大、求解时间长等问题.因此,亟需发展与之相适应的高效隐式求解方法和并行计算技术.本文提出了一种基于块Jacobi迭代的高阶FR格式求解定常二维欧拉方程的单GPU隐式时间推进方法.由于直接求解FR格式空间和隐式时间离散后的全局线性方程组效率低下并且内存占用很大.而通过块雅可比迭代的方式,能够改变全局线性方程组左端矩阵的特征,克服影响求解并行性的相邻单元依赖问题,使得只需要存储和计算对角块矩阵.最终将求解全局线性方程组转化为求解一系列局部单元线性方程组,进而又可利用LU分解法在GPU上并行求解这些小型局部线性方程组.通过二维无黏Bump流动和NACA0012无黏绕流两个数值实验表明,该隐式方法计算收敛所用的迭代步数和计算时间均远小于使用多重网格加速的显式Runge-Kutta格式,且在计算效率方面至少有一个量级的提升.

一种用于可形变对象操作的动力学模型隐式求解方法

机器人操作可形变对象在多类场景中具有重要的应用需求。然而,对象复杂的高维动力学模型导致难以准确、快速地计算其形变。本文建立了一种基于交替方向乘子法的对象形变动力学模型快速、准确、隐式优化求解方法。该方法以通用对象几何模型为输入创建有限元模型,并分别构建材料本构势能函数和操作及碰撞交互单元的位置约束能量函数。随后,采用动力学投影方法构建基于交替方向乘子法的两项优化求解问题,最终快速、准确地计算对象在机器人操作下的形变。数值实验表明,所提出的方法能够在保证相对形变计算误差低于5%的条件下,实现高于24帧/秒的物理形态更新。针对实际应用场景,对所提出的方法开展了从形变仿真预测到在线操作执行的量化评估以及全局约束环境下的离线规划和仿真应用验证。

BLU-SGS方法在WCNS高阶精度格式上的数值分析

高阶精度计算方法的收敛效率是目前CFD重要的研究内容之一。应用多块对接结构网格技术,基于雷诺平均的Navier-Stokes方程(RANS)和五阶空间离散精度的显式加权紧致非线性格式(WCNS-E),针对NLR7301两段翼型和Trap Wing梯形翼两个低速算例,重点研究了BLU-SGS迭代方法应用于WCNS-E高阶精度格式上的收敛效率问题。通过与LU-SGS迭代方法收敛效率和计算结果的比较,研究结果表明:BLU-SGS迭代方法的收敛效率明显优于LU-SGS迭代方法;对于收敛的流场,BLU-SGS迭代方法的计算结果与LU-SGS方法的结果基本相同。