基于南昌大学高性能计算集群的磁场重联粒子模拟研究

以南昌大学自主建设的高性能计算集群为研究平台,首先采用Linpack程序对集群系统性能进行测试,分别给出了不同矩阵规模N,矩阵分块大小NB,处理器网格中水平方向的处理器数P,垂直方向处理器数Q 4种条件下的并行计算性能。利用自主开发的全粒子模拟程序进行了二维磁场重联模拟研究,计算结果表明,在磁场重联过程中,满足Kelvin-Helmholtz不稳定条件下的电子涡旋可以激发亚离子尺度磁岛,同时给出了离子尺度的磁岛发生合并的过程,证明了电子尺度动力学过程在磁场重联中的重要作用。

南极大视场望远镜光学系统研究进展

南极特殊环境可为天文台址提供绝佳的天文观测条件且具有极高的空间碎片过境频率等特性,因此,南极大视场望远镜在天文观测、空间碎片管理和深空探测等领域具有重要研究意义。本文基于南极天文观测科学目标的需求,综合考虑南极天文台址视宁度数据要求,针对满足南极使用的大视场望远镜光学系统关键科学问题,首先总结与分析了南极天文台址的特征。其次,我国先后在南极地区部署的几批大视场光学望远镜,囊括了几类典型的大视场光学系统,本文详细探讨了南极大视场望远镜目前采用的多类典型大视场光学系统的设计理论,并对南极地区现有和规划中的大视场望远镜项目进行了全面的阐述,介绍了这些系统的关键技术特点。最后,深入探讨了南极大视场望远镜在天文探测科学研究领域所取得的重要进展,重点介绍该领域的前沿动态与一些关键性的突破。

参差脉冲技术在电离层探测雷达中的应用研究

由于脉间相位编码脉冲串的脉冲间隔是均匀的,在单站雷达体制下不可避免地存在探测盲区。这些盲区均匀地分布在探测距离门上,将影响探测效果。文中提出了一种组间参差重复周期脉间二相编码脉冲串,它解决了均匀脉间相位编码脉冲串的盲区问题,同时具有均匀脉间相位编码脉冲串的所有优点。并且该波形在高频段具有较好的射频干扰抑制效果,特别适用于电离层探测雷达等设备。

Si对Inconel 718合金中γ相影响的第一性原理研究

随着航空航天、能源化工等领域的快速发展,人们对高温合金的性能提出了更高的期望.Inconel 718(简称IN 718)是目前用量最大的镍基高温合金,目前国内外关于Si对IN 718合金组织与性能影响的研究,尤其是在微观尺度上的研究,还存在大量空白.本文从第一性原理计算出发研究了Si掺杂对IN 718合金中γ相的影响,计算了Si掺杂前后γ相的晶格常数、总能量、缺陷形成能、形成热、结合能、态密度和差分电荷密度,并进行了布居分析.同时利用等离子熔覆的方法制备了IN 718涂层以及Si质量分数为2%的IN 718涂层,并对其进行显微组织及相结构的分析.计算结果表明,Si的掺杂改变了体系内原子的交互作用,影响了原子之间的价电子数量、电荷密度分布及原子之间键合的强度,从而扩大了γ相的晶胞体积,同时降低了γ相的稳定性.实验结果表明,Si掺杂会使得IN 718合金涂层组织发生由柱状晶向等轴晶的转变,并降低IN 718合金中γ相的体积分数,同时,Si掺杂会加剧合金组织内Nb和Cr元素的偏析.

面向水下可见光通信的新型硫化锑探测器研究

可见光通信(VLC)由于其传输速度快和保密性强等诸多优势已成为了一种行之有效的水下通信技术。光在水下传播时容易发生散射现象,导致光传播的能量随传输距离的增大而减少,因此改善接收端响应度是实现水下VLC的关键和核心。为此,文章首先针对探测器前端设计了一种新型的全息波导聚光系统,可有效提升水下探测器的信噪比;然后,构建了具有弱光探测能力的低成本硫化锑薄膜探测器。在上述基础上搭建VLC系统,实验结果显示,其接收端探测器的暗电流仅为10^(-7)A/cm^(2),3 dB带宽为220 kHz,响应度达0.2 A/W,且在蓝绿光波段的外量子效率超过70%。因此,新型硫化锑薄膜探测器结合全息波导聚光系统可以实现针对可见光的弱光探测,是一种十分有效的水下可见光接收系统。

基于惠斯通电桥的弯曲应变测量灵敏度研究

惠斯通电桥广泛应用于现代测量技术以及自动控制领域,本文从理论上分析了惠斯通电桥电压灵敏度与组成电路中各元件参数的关系,讨论了影响电桥电压灵敏度的几个关键因素,得出获得最大电压灵敏度的参数条件。分析结果表明:惠斯通电桥的电压灵敏度主要由桥路相邻两侧电阻的比值决定,等臂电桥具有最大灵敏度。同时,考虑到桥路输出电压与组成电路中的电阻相对变化率具有非线性,使用电阻应变片并采用半桥差动方式来搭建实验测试装置,以消除桥路电压非线性带来的影响。最后,利用自主搭建的半桥差动电桥对不同弯曲应变状态下的测量电压灵敏度进行了实验测试。实验结果表明,通过半桥差动连接方式,弯曲应变状态下桥路电压随应变程度呈线性关系。

方位大失准角的捷联惯导非线性快速对准研究

捷联惯性导航系统初始对准中,当方位失准角为大角度时,常规的基于一阶线性化的小角度惯导误差方程不能准确描述系统的误差传播特性,捷联惯导的初始对准可归结为非线性状态估计问题。针对方位大失准角情况,本文提出基于UKF的方位大失准角非线性快速对准方案,该方案增加陀螺信息作为新的观测量,可提高方位失准角的对准速度。仿真结果表明,本文所提出的方案能够适用于方位大失准角情况下的捷联惯性导航系统快速对准。

基于MIMU的滑雪运动测量系统仿真研究

本文为分析和提高滑雪运动员数字辅助训练系统性能,提出了一种模拟滑雪运动员位姿的仿真系统。该运动位姿仿真系统,定量分析滑雪运动员在各个阶段的运动状况,得到既定情况下数字辅助训练系统的误差。该仿真系统能体现出滑雪运动数字辅助训练系统的特性,并有助于提高数字辅助训练系统的性能。

等离子弧粉末堆焊熔覆材料的研究现状与进展

自工业化应用以来,等离子弧粉末堆焊技术便受到机械工程领域工作者的广泛关注,并在机械零部件修复与再制造、零部件表面强化等方面取得了令人鼓舞的效果。随着现代科学技术的发展,等离子弧粉末堆焊设备被不断优化与改进,其自动化和数控系统水平不断提高,工业应用也更加便捷和高效,但当前等离子熔覆材料还是以自熔性合金粉末为主,高性能的新型熔覆材料研究报道相对较少。如何挖掘等离子弧粉末堆焊新型设备的技术优点,开发出满足当前对高强度、高真空、高温、耐磨、耐蚀等特殊性能需要的熔覆材料,是堆焊熔覆材料工作者所面临的重大挑战。近10年来,国内外的研究重点主要集中在自熔性合金粉末及其增强粉末的复合化设计,尽管已取得一些成果,但并未拓宽新的熔覆材料研究领域。最近几年,部分研究者开始将金属陶瓷基、纳米颗粒、自润滑、高熵合金等新型粉末作为熔覆材料,应用于等离子弧粉末堆焊的表面强化或修复中,但复合粉末选择原则、成分优化以及制备工艺等还有待进一步研究。除此之外,等离子粉末堆焊熔覆材料的研究尚缺乏一套系统的科学基础理论。目前,国内外等离子熔覆材料体系主要有:(1)合金化自熔性复合材料,利用一些功能性元素的固溶强化、析出强化、弥散强化和细晶强化等作用,改善熔覆层的组织和性能;(2)增强化自熔性复合材料,利用金属陶瓷基颗粒增强效应,提高熔覆层的性能;(3)稀土掺杂自熔性复合材料,发挥稀土特有的化学活性,净化熔覆层组织;(4)金属基自润滑复合材料,以金属或合金作为基相,固体润滑剂作为分散相,形成金属基自润滑堆焊熔覆材料;(5)高熵合金复合材料,将五种或五种以上的金属粉末混合组成复合粉末,形成高熵合金堆焊熔覆材料体系。除此之外,还有铜基、钛基、铝基、锆基和纳米等堆焊熔覆材料,借助这些材料的某些特性,使堆焊层实现耐磨、耐腐蚀、减摩、抗高温、抗热氧化和生物相容性等功能。本文介绍了等离子弧堆焊熔覆粉末材料设计应遵循的一般原则和成分优化的基本方法,归纳了堆焊熔覆层材料现有体系及其研究现状,分析了等离子弧堆焊熔覆材料存在的问题并展望了其发展趋势。

等离子熔覆CoCrFeMnNi高熵合金涂层参数优化及组织与性能研究

采用等离子熔覆技术在Q235钢基体上制备CoCrFeMnNi高熵合金涂层,通过正交试验法优化等离子熔覆工艺参数。利用XRD、SEM、EDS、EBSD以及显微硬度计对优化后熔覆层的组织和性能进行分析。结果表明,工艺参数对熔覆层稀释率的影响程度由大到小依次为行走速度、弧电流和送粉气流量,对熔覆层显微硬度的影响程度依次为弧电流、行走速度和送粉气流量。综合极差、方差和熔覆层宏观形貌分析,选出最优工艺参数组合为:弧电流70 A,行走速度7 mm/s,送粉气流量8 L/s。在此工艺参数下,熔覆层表面无明显的宏观裂纹,但存在一些孔隙、微孔以及少量的偏聚物。熔覆层物相以类Ni的FCC相为主,各主元素在熔覆层表面分布均匀。熔覆层晶粒尺寸以小于10μm为主,占92.7%。小角度晶界取向差在5°以内呈集中分布,而大角度晶界取向差在15~55°之间呈随机分布。熔覆层的稀释率约为17.86%,熔覆层表面显微硬度分布较均匀,而截面显微硬度受组织结构的影响呈梯度变化。

基于偏振光辅助定向的车辆自主式导航方法研究

针对车载惯性导航系统运动学辅助算法中,航向角误差发散,无法长时间得到高精度、高可靠性导航参数的问题,提出一种基于大气偏振光分布规律高精度定向的运动学辅助惯导精度提高算法。通过车载偏振光传感器系统测量解算获得的航向角信息和车辆动态数学模型提供的虚拟位置与速度观测量,与惯性导航系统的输出一起,利用多源信息融合技术进行导航参数的滤波估计,结果能实时反馈校正惯性导航系统和车辆动态数学模型。通过计算机仿真与分析表明,该改进的惯性导航系统辅助方法能够有效抑制航向角误差发散,定位精度较纯惯导及传统惯导运动学辅助方法显著增强,且对最终实现陆地作战车辆精确可靠的自主导航定位具有一定的工程应用价值。

室内外行人导航系统研究

采用微机电系统(MEMS)惯性传感器、MEMS磁传感器及小型全球定位系统(GPS)接收机为室内外行人导航数据源,基于Cortex-M4为内核,搭建了室内外行人导航系统硬件平台。重点研究了多传感器导航系统的结构、多源信息融合方法、多条件零速检测方法及零速修正等理论方法。并通过试验,采集实测数据进行分析、验证行人导航系统设计的性能。结果表明,在GPS信号良好情况下,定位误差在2.5m以内;无GPS信号期间,路线长度为110m时,定位误差在总路经的5%内。

伴随2000年9月30日sawtooth事件地磁变化和电流楔特征研究

为了解极光电集流在sawtooth事件期间的响应情形,本文利用北半球高纬地磁台站的磁场数据,建立了以球元基本电流系反演法求得大尺度电离层水平等效电流系分布的方法,以此研究了2000年9月30日同步轨道LANL卫星观测到的sawtooth事件期间极光电集流的变化.本文将sawtooth注入事件后极区电离层夜侧西向电集流增长的特征,与中低纬地基磁场北向分量正弯扰的特征做比较分析.两者的观测结果都表明在本sawtooth注入事件期间有电流楔的形成,且电流楔约有11 h磁地方时(MLT)的宽度.此外,中低纬磁弯扰达到最大扰动值的时间一般比高纬电集流达到最大扰动值的时间长,说明影响中低纬磁弯扰变化的电流源较丰富.

白谱法在电离层扰动研究中的应用

将电离层扰动从其背景中分离出来一直是电离层扰动研究的核心与难点。文章综述白谱法在电离层扰动研究方面取得的进展,主要有:1)白谱法比常规电离层扰动提取方法能更好地描述磁暴期间电离层的扰动,利用白谱法构建的电离层天气单站指数Js、全球指数Jp和区域指数Jr与Dst指数之间存在极好的关联性,可以直接利用Dst来对Jp进行预报。2)白谱法同样适合研究强磁暴期间的电离层异常弱响应。对比研究发现,电离层在强磁暴条件下的弱响应不依赖于采用的扰动提取方法本身,并且该现象的出现与纬度、地方时及磁暴前期条件强烈相关。3)白谱法是研究地磁平静期由其他扰动源引起电离层扰动的有力工具。基于白谱法构建的Js分布图能够很好地反映台风过程中电离层扰动的空间特征。

基于Intel MIC协处理器的PIC粒子模拟并行化加速及与CPU/GPU对比研究

基于Intel Many-Integerated-Core(MIC)协处理器平台实现了二维particle-in-cell(PIC)粒子模拟,并根据MIC的特性进行了指令集层面上的向量化优化。为体现MIC平台下的并行加速效果,采用英伟达的GPU计算卡和英特尔Ivy-Bridge架构CPU处理器进行针对性模拟,对3者的计算性能进行比较,当PIC模拟网格较小时,GPU架构具有更好的适用性和计算加速;随着模拟网格逐渐增大,MIC平台的计算加速比逐渐超过GPU平台。研究表明,针对PIC模拟应用,MIC平台具有良好的计算性能、较好的可扩展性和可编程性,利用MIC异构众核对大数据量并行计算程序优化将极大地促进高性能计算的应用和发展。

太赫兹光谱技术用于饲料含水量的测定

饲料工业在我国现代农业发展中占据重要地位。含水量是饲料的关键指标之一,建立一套准确、快捷的饲料含水量检测方法对饲料加工与品质监控具有十分重要的意义。水分子在太赫兹波段具有较强的介电弛豫与共振吸收的现象,并且太赫兹波在介质中还具有良好的穿透能力,这使得太赫兹光谱成为一种非常有效而灵敏地探测介质内水分子的技术手段。本实验利用太赫兹时域光谱技术测定了某一饲料样品在不同含水量条件下的太赫兹时域信号,通过数据处理获得了样品在太赫兹波段内的吸光系数和折射率数值。结果显示,饲料样品的吸光系数和折射率二者均与其含水量存在着良好的线性关系。这表明太赫兹光谱技术在饲料加工与品质监控方面具有一定的应用潜力。

非对称磁场重联电子扩散区附近的能量通量分析

磁场重联是等离子体中非常重要的能量转换过程,研究该过程中的能量转化形式及其分配十分重要。目前有很多关于对称重联中的能量通量的研究,而磁层顶的非对称重联的研究却很少,特别是多事件的统计研究。因此挑选了MMS卫星观测到的10个经过电子扩散区的磁层顶重联事件对其进行分析,结果表明在不同的事件中能量通量的分配情况不一样,但在大多数事件中,离子焓通量占主导地位,其次是坡印廷通量,离子热通量略小于坡印廷通量,离子动能通量、电子焓通量和电子热通量占比在10%以下。通过对事件进行归一化处理,得到了L方向和M方向的不同能量通量随L方向的磁场和离子速度的关系图,并分析了每种能量通量的分布特征。

开放型环境化学综合实验的设计与教学实践——以基于分配作用的吸附实验为例

以基于分配作用的吸附实验为例,介绍了南昌大学开放型环境化学综合实验的设计与教学实践。针对环境化学实验教学中的吸附实验,以创新型人才培养为目标,在对分配作用理论分析和预实验结果分析基础上,构建了预留设计入口和发散性出口的开放型吸附综合实验框架;创新了实验教学流程,在实验准备、实施和总结阶段完善了学生创新能力培养环节,形成了基于分配作用的环境化学开放型综合吸附实验。环境化学开放型综合实验教学的开展,有效激发了学生的创新意识、培养了学生的创新思维能力。

太赫兹平面环偶极子超材料传感器及地沟油检测

利用镜像对称的方形双开口环结构设计制备了一款太赫兹环偶极子超材料传感器,该传感器在1.436 THz处产生Q值为16.8的透射谐振谷。谐振频率处结构表面电流分析表明,该结构能在抑制电偶极子和磁偶极子的同时迅速增强环偶极子。作为生物传感器,该器件在分析物厚度饱和时灵敏度高达348.8 GHz/RIU,可以高灵敏感测表面介电环境的微小变化。实验结果验证了其对标准食用油和劣质地沟油的良好分辨性,表明该器件在食品安全监测等方面有着潜在的应用前景。

NbIrTe_(4)电子结构和非线性光学性质的第一性原理研究

通过第一性原理详细研究了第Ⅱ类外尔半金属NbIrTe_(4)的电子结构,计算了其拓扑表面态光谱。结果表明,NbIrTe_(4)的表面费米弧的连接性强烈依赖于材料终止表面的类型。对NbIrTe_(4)体光伏效应的研究结果表明,NbIrTe_(4)的位移电流响应在太赫兹范围出现较大的峰值,证明了其表面光电效应可被用于高效太赫兹光电探测器设计。