异构并行的高阶散射特征线方法及其在临界实验装置模拟中的应用

在临界实验装置的物理计算中,由于较厚水反射层的存在,中子各向异性散射会对计算结果有重要影响。基于P1各向异性散射特征线方法(MOC),开发了能够处理各向异性散射的特征线输运计算程序,并实现了高阶散射特征线输运计算的高性能异构并行。为确认程序对临界实验装置的物理计算精度,本文选取LCT011临界实验基准进行堆芯物理计算,并与蒙特卡罗程序进行对比验证。各向异性源使得计算量与内存消耗均有显著增加,给异构系统带来较大的显存负担,因此本文进而对高阶散射输运求解器进行性能分析。数值结果表明:在高阶散射计算条件下,程序可达到蒙特卡罗程序的同等精度,且具有较高的计算效率。

基于高阶DG方法的非定常流场声辐射特性数值模拟研究

随着航空噪声越来越受到关注,计算声传播的算法成为研究热点。高阶间断伽辽金(Discontinuous Galerkin,DG)方法具有高精度、对网格质量要求低、适合自适应和并行计算等优点,可以以较高的效率对声场进行计算。文章运用高阶DG方法对线性化欧拉方程(Linearized Euler Equations,LEE)进行空间离散,并且基于离散后的线性化欧拉方程对带有背景流场的NACA0012翼型和30P30N多段翼型的声场进行数值计算。采用有限体积法计算得出流场信息后,通过插值将流场数据导入声场网格,并运用高阶DG方法进行声场计算。计算结果与参考文献中FW-H(Ffowcs Williams-Hawkings)算法对比一致性较好,验证了高阶DG算法的可行性。

流体产出特征评价方法预测高阶煤储层产能

郑庄区块开发效果整体较差,主因是开发技术不适应煤储层特征,煤储层综合评价是开发技术政策确立的基础。研究了煤储层地质开发特征,解剖了煤层气产出机理,提出了可驱动性、流动性和储层可改造性是决定单井产量的主要因素。采用层次分析法对储层进行了综合评价,建立了三类储层模型。结果表明:流体产出的驱动能力主要取决于含气饱和度,含气饱和度越高,可驱动性越强;可流动性取决于煤岩孔裂隙发育特征;可改造性取决于煤体结构发育程度和地应力大小。在内生裂隙不发育区,合理缩短压裂段间距,多簇多段大规模改造,实现缝网改造;在外生裂隙不发育区,采用水平井大排量体积改造,构建人工复杂缝网,可实现最大控储。该研究为煤储层评价及实现高效开发提供了一种新方法。

高阶高度非线性强耦合偏微分方程组数值解实现方法——以渗蚀强耦合偏微分方程组为例

为实现高阶高度非线性强耦合偏微分方程组(Partial Differential Equations,PDEs)的数值求解,本文以渗蚀强耦合PDEs为典型案例,剖析了PDEs的高阶高度非线性,结合空间映射,基于弱形式建模与分离式算法,实现了渗蚀强耦合PDEs的数值求解,并验证了求解方法的可行性与可靠性。研究表明:强耦合是导致PDEs非线性特性的充分条件;非弱形式建模难以妥善解决高阶高度非线性强耦合PDEs数值收敛性问题;分离式求解算法对于高阶高度非线性强耦合PDEs的初始条件更具包容性。

培养高阶思维能力的语文教学方法

“知识、领会、运用”属于低阶思维能力,“分析、综合、评价”属于高阶思维能力。在教学中,教师要结合教学目标,组织学生开展合作学习、自主阅读,指导学生进行写作训练,多管齐下,努力培养学生的探究思维能力、问题分析能力、发散思维能力等高阶思维能力。

三维高阶数值流形方法研究

将三维流形单元的位移函数从一阶拓展为二阶,基于最小势能原理建立了有限单元覆盖的高阶流形方法分析格式,详细推导了三维流形单元的刚度矩阵、等效节点荷载列阵以及位移约束矩阵。计算结果表明,提高物理覆盖函数的阶次可有效提高流形方法的计算精度。

三维导电目标电磁散射的高阶多层快速多极子方法

为进一步提高电大尺寸目标散射求解能力 ,采用了基于多层快速多极子方法的高阶方法。与低阶相比 ,该方法所需未知量数目大大减少 ,而计算精度不变 ,因而具有比传统多层快速多极子方法更高的计算效率。

高阶流形方法及其应用

流形方法是一种可进行连续与非连续变形问题分析的灵活而有效的数值计算方法。本文详细地推导了二阶流形方法的具体计算列式，分别开发了一阶流形方法与二阶流形方法的计算程序．通过实例计算表明：提高覆盖函数的阶次可有效地提高流形方法的计算精度。

高阶流形方法模拟裂纹扩展研究

在物理覆盖上采用一阶覆盖函数(即单元上位移函数为二阶)模拟裂纹扩展,并且基于采用的覆盖函数给出了一种裂纹尖端停留在单元内部的算法,从而,可控制每一步裂纹扩展的长度。该方法可弥补物理覆盖上使用常覆盖函数模拟裂纹扩展时无法准确控制扩展长度的不足。

自适应高阶矢量有限元方法在随钻电阻率测井中的应用

利用自适应高阶矢量有限元方法模拟不同模型仪器响应,分析随钻电阻率测井中井眼、源距、接收线圈之间的距离、线圈与地层之间的距离以及发射线圈长度等因素对仪器响应的影响。数值模拟结果表明:增大仪器的源距、减小接收线圈之间的距离或接收线圈贴近井壁位置,都有利于增强仪器在地层分界面处的分层能力,小井眼环境则有助于获得更加真实的仪器响应特征;与传统的自适应h方法相比,新方法具有计算精度高、求解速度快、误差指数速率收敛等优点。

高阶矢量有限元方法实现及关键问题

以二阶三角形矢量元分析均匀无耗波导问题为例,系统而显式地分析了高阶矢量元的实现过程,探讨了实现过程中的一些关键问题。基于基函数分类和单元矩阵分块技术,提出了一种新型的针对高阶矢量元编程的实现方法,可有效地推广到三维情况下任意形式的高阶元。数值实例验证了该方法的可靠性。

高阶矢量有限元方法中的稀疏矩阵技术

系统研究了高阶矢量有限元方法中的稀疏矩阵存储、重排序和快速求解技术。针对有限元(FEM)矩阵稀疏的特点,验证了高阶矢量有限元矩阵具有随机稀疏结构的特点,并采用合适的变带宽存储技术实现了FEM矩阵的高效稀疏存储。针对有限元矩阵非零元素分布不规则的缺点,采用RCM技术对矩阵元素进行重排序,从而压缩了矩阵带宽。研究了基于稀疏矩阵技术的(直接法、迭代法)快速求解和预处理技术。数值结果验证了稀疏技术极好的计算性能。

模拟地震波场的伪谱和高阶有限差分混合方法

伪谱法是一种高效、高精度计算非均匀介质地震波传播的数值方法,但是由于它的微分算子的全局性,使得该方法不适用于分散内存的并行计算.本文将有限差分算子的局部性和伪谱法算子的高效、高精度相结合,发展基于两种方法的伪谱/有限差分混合方法.该方法在一个空间坐标方向上利用交错网格高阶有限差分算子,在另外的空间坐标方向上利用交错网格伪谱法算子,既保留了后者的高效、高精度优势,又便于在PC集群上实现并行计算.对二维模型的计算显示,混合方法能有效处理介质不连续面,在保证伪谱法计算精度的情况下,提供了一种并行计算的可能途径.

高阶统计量方法在地震信号分析中的应用

高阶统计量分析是近20年来国内外信号处理领域的一个前沿课题,广泛应用于所有需要考虑非高斯、非最小相位、有色噪声、非线性或循环平稳性的各类问题中。在地震信号处理方面,应用高阶统计可以消除高斯有色噪声的影响和提取与识别非最小相位子波;基于高阶统计特征的独立分量分析己成为信号处理领域的一个研究热点并应用于地震信号分析中。对高阶统计量的定义和性质以及高阶谱时频分析方法作了介绍,并以此为理论依据,进行了理论模型和实际地震数据的实验。

高阶数值流形方法在结构静力分析中的应用研究

高阶流形法的主要难点在于,由于覆盖函数项数的显著增加,单元矩阵公式繁琐,其程序代码也大幅增加,而且单纯形积分要求被积函数能够表示成多项式,用手工推导和编程很难实现。针对此问题,提出应用Mathematica软件自动推导公式和生成程序代码的简便方法,并应用此项技术开发了高阶流形法的二维和三维静力分析程序,同时给出多个典型算例。研究结果表明:高阶流形法的确能提高位移和应力的计算精度,也具备反映应力集中和应力奇异性的能力,其计算精度受到覆盖函数的阶次和数学网格划分的双重影响。

考虑高阶振型影响的时程分析加权调整选波方法

针对长周期结构抗震时程分析输入地震波选择问题,提出一种在较宽的周期范围内实现反应谱与目标谱一致性匹配的地震波选择及调整方法。在匹配误差指标(SSE)和地震波幅值调整系数(SF)计算中采用了加权形式的最小二乘法,引入由归一化振型参与系数确定的结构前几阶振型的权重系数,以充分考虑高阶振型对结构地震反应的不同贡献。以美国SAC Steel Project提出的20层抗弯钢框架结构为实例,以该计划提出的代表3种超越概率(即50年超越概率50%、10%和2%)的各组地震波平均反应谱作为目标谱,以这3组地震波(每组10个台站双向记录,即20条波)时程分析得到的结构最大层间位移角均值为各超越概率下的目标反应;以简单地震信息初选的小型地震波数据库(共40条波)作为备选波,选用3条、7条和10条3种地震波数量及不同排序原则的6种分组方式,将加权调整选波方法与不考虑权重的等权调整方法所得各分组地震波反应谱,以及结构时程分析结果进行比较。研究表明,加权与等权方法对估计结构反应(如最大层间位移角)均值具有相同的准确性,但在降低结构反应离散性方面,加权方法具有较大优势。此外,若任意选择地震波组进行时程分析时,采用加权方法也可在一定程度上降低结构反应计算结果的离散性。

高阶数值流形方法的初应力公式

高阶数值流形方法和高阶DDA方法可以显著提高结构变形的计算精度,但目前涉及几何非线性问题的研究成果大都计算精度差甚至不收敛,这是由高阶初应力公式的不准确或不正确引起的。本文介绍数值流形方法的大变形计算格式,基于平面三角形数学网格和多项式覆盖函数,提出高阶流形法的两种初应力处理方法,首次导出了高阶初应力的准确公式。该公式在分步计算的初应力累加中考虑了大变形结构的构形变化,并将初应力表示成多项式函数形式以满足单纯形积分的要求。文中给出的悬臂梁大变形数值算例与理论解的对比结果证明了方法的正确性。本文的方法和公式也适用于三维四面体数学网格,稍加修改后将可应用于高阶DDA方法和常规的有限元方法。

高阶四边形单元的流形方法

在原有的三角形单元的流形方法的基础上,提出了高阶四边形单元的流形方法。该法简化了数学和物理网格,减少了小块物理覆盖的生成数量,采用解析解的单纯形积分,提高了应力和应变的计算精度。首先推导了四边形单元的权函数,并给出四边形单元的高阶位移方程的一般表达式。进一步推导了应变和应力以及单元的刚度矩阵等,最后通过具体实例验证了高阶四边形流形单元的计算应力和应变的准确性。

基于高阶叠层矢量基函数的时域电磁场积分方程方法

本文将准正交高阶叠层矢量基函数用于时域电磁场积分方程(TDIE),求解了三维金属目标的时域电磁散射问题.准正交高阶叠层矢量基函数定义在曲面四边形单元上,并且不要求网格为规范网格,给复杂目标的几何建模和电磁建模带来很大方便.在空间上利用伽略金方法、时间上采用点匹配法求解时域电磁场积分方程,并采用隐式时间步进算法,数值计算结果表明了该方法求解时域积分方程的精确性、高效性与稳定性.

非均匀网格上求解对流扩散问题的高阶紧致差分方法

基于非均网格上函数的泰勒级数展开,推导出求解一维对流扩散问题的高阶紧致差分格式.对于离散化得到的代数方程组,采用BiCGStab(2)迭代法求解.数值实验表明,该格式对于扩散占优、对流占优及边界层问题都有很好的适应性,对于数值模拟待求物理量的大梯度变化具有很高的分辨率,计算结果明显优于传统的均匀网格上的差分格式.在具体的数值模拟中,可根据实际物理量的变化规律,选取适当的网格生成变换函数,合理地调整非均匀网格的疏密分布,从而获得比在含相同结点数的均匀网络系统中更为精确的数值结果.