江门中微子实验(JUNO)中心探测器结构在浮力下的整体稳定性研究

介绍了江门中微子实验(JUNO)中心探测器主体不锈钢结构的结构体系,阐述了结构在巨大浮力作用下的整体稳定性问题及失稳模式,并针对结构的特点提出了结构整体稳定性评价标准。通过对一系列模型的稳定性分析和对比发现结构主要的失稳形式是有机玻璃球在浮力作用下的整体旋转上升。与不锈钢网壳刚接的撑杆的数目和位置是影响结构整体稳定性的重要因素。所有撑杆两端均铰接的方案存在提前失稳的风险。有机玻璃球的初始整体旋转、撑杆与有机玻璃球表面不完全垂直等初始缺陷会一定程度上削弱结构的整体稳定性。随着撑杆随机偏转角标准差的增加,结构整体稳定性呈缓慢降低的趋势。根据分析结果,结构考虑初始缺陷的双非线性稳定承载力系数可取3.35,满足设计要求。

应用于JUNO实验的容器技术研究

江门中微子实验(JUNO)是以测定中微子质量顺序、精确测量中微子混合参数为主要目的的一项物理科学前沿研究实验,其实验规模庞大,数据处理流程繁杂,需借助统一高效的离线计算平台对数据进行分析处理。为此,利用Docker容器分层的镜像技术将JUNO实验所需的环境依赖库打包在镜像文件中,为其制定针对不同操作系统作业的容器镜像,并将不同JUNO容器作业提交至作业调度器上运行,以实现资源共享。对物理机、容器、虚拟机3种平台的CPU性能、I/O性能及JUNO作业的实际运行效果进行对比测试,结果表明,Docker容器能够胜任JUNO离线数据处理,相比虚拟机具有更小的性能损耗。

江门中微子探测器有机玻璃球与网架连接节点结构设计与实验研究

针对大型有机玻璃球与外围网架的连接节点进行结构设计,利用Abaqus对连接节点进行承载性能分析,模拟了结构所涉及的多重非线性问题,对比了不同理想边界条件下的计算结果。根据初步的节点结构制作等比例模型并进行承载实验,按照实验结果对结构做出改进,并对改进的节点结构进行承载性能分析。改进结构的模型承载实验结果符合预期,与有限元计算结果吻合良好。

基于MPI的分布式数据处理系统

为简化江门中微子实验的离线数据处理流程,减少资源消耗,提出一种在分布式计算环境中进行数据处理的通用软件系统。基于信息传递接口实现节点间的通信与数据交换,使用Master/Worker架构对计算作业生命周期进行管理,包括计算作业拆分、计算资源分配以及计算任务执行与监控。测试结果表明,该系统具有良好的可扩展性,其产生的数据与人工逐步执行作业脚本运行模拟软件产生的数据一致。

GPU在缪子快速模拟中的应用

江门中微子实验(JUNO)拥有当前世界上能量精度最高、规模最大的液体闪烁体探测器。缪子是JUNO的主要本底,每个缪子事例在大型探测器中产生百万量级的光子,但复杂的光子模拟计算量巨大,传统串行计算方式耗时较长。为此,提出一种基于GPU的分布式缪子快速模拟方法。利用多GPU卡并行加速闪烁光在液闪探测器中的传输过程,采用信息传递接口通信向多节点分发模拟任务和收集结果。测试结果表明,GPU方法具有良好的加速比,和CPU方法相比,加速比最高可达约250倍。

江门中微子实验中心探测器主体不锈钢结构设计研究

江门中微子实验（JUNO）中心探测器主体不锈钢结构工程属于国家重大科技基础设施建设项目。首先根据工程的设计要求,以降低有机玻璃的应力水平为主要目标,在前期研讨成果基础上进一步确定主体结构体系为单层不锈钢网壳＋590个不锈钢撑杆＋有机玻璃球＋底部支承结构。针对本工程的重点和难点,逐一对结构的稳定性、结构关键构件的内力分布、地下地震动参数分布规律、流固耦合效应、关键节点的应力状态、施工过程对结构的影响等方面展开深入的研究,完成一系列的有限元分析及力学试验研究工作。有限元分析及力学试验结果表明,通过对不锈钢撑杆的内力分布和幅值的优化设计,有机玻璃的应力水平得到了有效控制,运行工况下最大主拉应力不大于4MPa;考虑非线性及初始缺陷的结构整体稳定性系数为3.45。主体不锈钢结构具有良好的承载力和稳定性,满足设计要求。