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基于QR码的广义LDPC码的优化设计与性能分析

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基于QR码的广义LDPC码的优化设计与性能分析

作者：牛小东重庆邮电大学

学位级别：硕士

低密度奇偶校验（Low Density Parity Check,LDPC）码是线性分组码中具有稀疏校验矩阵的一类码,已经被证实是继Turbo码后又一类接近香农限的纠错编码。准循环低密度奇偶校验（Quasi Cyclic Low Density Parity Check,QC-LDPC）码是一种... 详细信息

低密度奇偶校验（Low Density Parity Check,LDPC）码是线性分组码中具有稀疏校验矩阵的一类码,已经被证实是继Turbo码后又一类接近香农限的纠错编码。准循环低密度奇偶校验（Quasi Cyclic Low Density Parity Check,QC-LDPC）码是一种结构化的LDPC码,准循环的特性使得其编码译码更为灵活,所以实际系统中通常采用QC-LDPC码。但是,QC-LDPC码仍有许多方向有待进一步研究,如:由于陷阱集结构而造成错误平层较高的问题。本文从降低QC-LDPC码错误平层入手,开展如下研究:1.基于平方剩余（Quadratic Residue,QR）码构造的QC-LDPC码（QR-QC-LDPC）围长大于等于6,并且性能可以达到利用逐条添加边（Progressive Edge Growth,PEG）算法构造的随机LDPC码的性能。研究发现,QR-QC-LDPC码的6环数量巨大,所以,本文根据6环信息和陷阱集信息设计掩模算法,对QR-QC-LDPC码进行掩模优化,通过减少6环和陷阱集数量提升码字性能。仿真结果表明,利用设计的掩模算法对QR-QC-LDPC码进行优化后,码字的性能有超过1 d B的增益。2.为了进一步提高码字性能,本文还构造以QR码为分量码、以优化后的QR-QC-LDPC码为全局码的广义低密度奇偶校验（Generalized Low Density Parity Check,GLDPC）码。通过把全局码和分量码的因子图融合为一个整体从而得到GLDPC码的因子图,在编码过程中把其当作一个线性分组码进行编码而得到GLDPC码。其中分量码的信息位全部来自全局码的变量节点,为此,本文设计了一种优势陷阱集挑选算法以及基于优势陷阱集挑选变量节点的算法。仿真结果表明,这种GLDPC码的构造方法码率损失较小。3.针对构造的GLDPC码,设计了一种两阶段译码算法。这种译码算法,利用QR码最小汉明距离大、错误平层低的特点,把QR码中正确信息传递给与之相连的变量节点,进而把正确信息传递给全部变量节点和校验节点,达到纠正错误的效果。仿真结果表明,与优化后的QR-QC-LDPC码相比,以该码为全局码的GLDPC码获得了接近0.3 d B的增益,其码率损失约为0.05。

关键词： QC-LDPC码 QR码陷阱集掩模 GLDPC码

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三圆形颗粒在通道中沉降运动的数值研究

力学学报 2014年第5期46卷 673-684页

作者：胡平张兴伟牛小东孟辉汕头大学工学院广东汕头515063

主要应用浸没边界的格子玻尔兹曼方法 (immersed boundary-lattice Boltzmann method,IB–LBM)对处于不同倾斜角度通道内的三个刚体圆形颗粒在重力作用下下落的动力学特性进行了计算研究.首先分析通道倾斜角度的影响,结果显示当通道倾... 详细信息

主要应用浸没边界的格子玻尔兹曼方法 (immersed boundary-lattice Boltzmann method,IB–LBM)对处于不同倾斜角度通道内的三个刚体圆形颗粒在重力作用下下落的动力学特性进行了计算研究.首先分析通道倾斜角度的影响,结果显示当通道倾斜角处于59?～90?的范围时会发生后一个颗粒超越前一个颗粒的现象.其次,研究了Re对颗粒沉降特性的影响,结果表明Re越大,颗粒间发生聚集的时间越早.研究还发现当3个颗粒的直径大小不均匀时,颗粒由大到小纵向依次排列,或者出现中间小球直径较相邻两个小球直径大的排列情况,均能促使颗粒加快聚集.本文的研究结果可为环境工程及地质学中的颗粒沉降问题提供有价值的参考.

关键词：浸没边界玻尔兹曼方法倾斜通道刚体圆形颗粒颗粒沉降

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基于Fe-Co合金的非接触扭矩传感器研究

基于Fe-Co合金的非接触扭矩传感器研究

作者：牛小东河北工业大学

学位级别：硕士

扭矩作为机械工程中的重要参数,关系到机械设备的安全性能、寿命以及使用性能等,因此对扭矩的准确在线监测至关重要。扭矩测量技术在各类机械产品的研发设计、安全监测与控制、质量检测和测试分析等方面都起到了关键性作用,因此各种扭... 详细信息

扭矩作为机械工程中的重要参数,关系到机械设备的安全性能、寿命以及使用性能等,因此对扭矩的准确在线监测至关重要。扭矩测量技术在各类机械产品的研发设计、安全监测与控制、质量检测和测试分析等方面都起到了关键性作用,因此各种扭矩测量技术得到了广泛的关注和研究。磁弹性扭矩传感器因输出功率高、抗干扰能力强、工作稳定、使用寿命长,被广泛用于现代工业中。Fe-Co合金磁致伸缩大、初始磁导率高、机械强度高,可适用于各种力传感器。本文提出了一种将Fe-Co合金作为测试轴的非接触扭矩测量系统,并验证了其可行性,对Fe-Co合金的实际应用和非接触扭矩测量方法的进一步研究都具有重要意义。本文的主要工作内容如下:首先,对逆磁致伸缩材料的本质和逆磁致伸缩的产生机制做了详细的讨论,介绍了Fe-Co合金中Co的比例对磁致伸缩的影响,测试并比较了退火后FeGaAl、(FeGa)B和FeCo三种材料的磁致伸缩性能,证明了FeCo作为敏感材料测试扭矩的优势。接着又制备了FeCo的棒材,测试并分析了FeCo的磁致伸缩系数、磁滞曲线和应力应变曲线,全面了解了FeCo的磁性能和机械性能,为FeCo在扭矩传感装置中的应用优势提供了数据支持。其次,阐述了磁致伸缩和逆磁致伸缩效应,分析了基于磁弹效应测量扭矩的基本原理,并根据磁弹性理论,结合电磁学和材料力学理论,建立了感应电压变化量与扭矩之间的数学模型,设计了基于FeCo的非接触扭矩测量装置的整体方案,为后续的扭矩测量系统的搭建和扭矩试验提供了理论基础。最后,搭建了实验平台,对扭矩传感系统做了大量的静态扭矩实验,测试分析了励磁电流幅值和频率与输出电压的关系,确定了本系统的最优励磁电流;测试分析了扭矩与输出电压的关系,验证了数学模型的正确性。通过实验以及数据处理,对传感系统的线性度、灵敏性、迟滞性和重复性做了全面分析,传感装置符合预期要求。最后测试了偏置电流对输出电压的影响。本项工作为基于磁弹效应的非接触扭矩传感器的研究提供了实验指导。本项工作测试了Fe-Co的性能,并将其用在了扭矩传感装置中,取得了良好的实验效果。此外,本研究展示了Fe-Co合金在力传感器中的应用前景,也为后续扭矩传感技术的进一步研究提供了良好的基础。

关键词：扭矩测量 Fe-Co合金逆磁致伸缩非接触传感器误差分析

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正则化相场格子玻尔兹曼两相流模型

力学学报 2024年第8期56卷 2259-2270页

作者：李游李贵李桥忠代安定牛小东湖南城市学院理学院湖南益阳413000 湖南城市学院土木工程学院湖南益阳413000 江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏镇江212100 汕头大学机械电子工程系广东汕头515063

目前,基于相场理论的格子玻尔兹曼(lattice Boltzmann,LB)模型已经被广泛应用于气-液两相流流动问题中.为了提高已有相场LB模型的数值稳定性,提出了一种新型的正则化相场格子玻尔兹曼模型(regularized lattice Boltzmann model,RLBM)用... 详细信息

目前,基于相场理论的格子玻尔兹曼(lattice Boltzmann,LB)模型已经被广泛应用于气-液两相流流动问题中.为了提高已有相场LB模型的数值稳定性,提出了一种新型的正则化相场格子玻尔兹曼模型(regularized lattice Boltzmann model,RLBM)用于模拟大密度比和大黏度比的气液两相流动.该模型由界面追踪和流场求解两个核心模块构成,其中界面变化采用守恒型Allen-Cahn (A-C)相场方程控制,流场演化则通过不可压NavierStokes (N-S)方程控制.首先,构建了两个正则化格子玻尔兹曼方程(lattice Boltzmann equation,LBE)分别获取流场信息和相场信息.与标准的单松弛模型不同的是,提出的模型在演化方程的碰撞项中引入了非平衡态的预前碰撞函数,且该预前碰撞项仅与宏观量有关.通过Chapman-Enskog (C-E)多尺度展开分析,证实了所提出的模型能够准确地恢复到宏观流场控制方程和相场控制方程.进一步地,为了验证本模型的有效性,模拟了4个两相流典型算例,包括静态液滴、Rayleigh-Taylor(R-T)不稳定性问题、气泡上升和单个液滴撞击液膜.数值结果证实了提出的模型能够准确地模拟大密度比、大黏度比、大雷诺数下的气液两相流流动问题.更重要的是,相较于传统的相场单松弛模型在小的迁移率(θ_(M)<2.0×10^(-2))下就会诱发数值方法不收敛的问题,提出的模型在模拟迁移率较小(θ_(M)=1.0×10^(-6))的复杂两相流动时表现出更好的稳定性,能够更准确地刻画界面流动,捕捉界面形态.

关键词：正则化相场模型气-液两相流 Allen-Cahn方程格子玻尔兹曼方法

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两个非磁性颗粒在磁流体中的沉降现象研究

物理学报 2017年第16期66卷 173-182页

作者：陈木凤李翔牛小东李游 Adnan 山口博司汕头大学工学院汕头515063 同志社大学能源转换与研究中心

在磁场作用下,在磁流体里添加非磁性颗粒(non-magnetic particles,NPs),可以使得NPs形成不同的结构,操控NPs的运动从而影响磁流体的特性,这种应用逐渐受到了研究者的关注.为了更好地操控磁流体里NPs的运动,本文采用一种多物理模型研究... 详细信息

在磁场作用下,在磁流体里添加非磁性颗粒(non-magnetic particles,NPs),可以使得NPs形成不同的结构,操控NPs的运动从而影响磁流体的特性,这种应用逐渐受到了研究者的关注.为了更好地操控磁流体里NPs的运动,本文采用一种多物理模型研究在外加磁场作用下,磁流体中两个NPs沉降的运动过程.其中,用格子玻尔兹曼方法模拟磁流体的运动,外加磁场对磁流体的影响用一种自修正方法求解泊松方程,这个自修正方法可以使欧姆定律满足守恒定律.NPs之间的偶极干扰力采用偶极力模型,同时采用一种相对过渡平滑的共轭边界条件处理NPs与磁流体交界面的流固干扰以避免磁场密度过渡的突变.本文主要探究两个NPs在磁流体中的沉降,揭示磁场作用下NPs的相互干扰原理;同时,对控制NPs运动时的参数进行调节,得到NPs不同的运动轨迹,达到操控颗粒运动的目的.本研究可对NPs在磁流体中的应用提供定量的分析结果,对NPs在工业上的应用提供有力的理论支撑.

关键词：磁流体非磁性颗粒自修正方法共轭边界条件

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椭圆横断截面新型双轴柔性铰链设计及分析

中国机械工程 2024年第8期35卷 1348-1357页

作者：魏华贤赵永杰杨楠王奉涛牛小东广东工业大学省部共建精密电子制造技术与装备国家重点实验室广州510006 汕头大学智能制造技术教育部重点实验室汕头515063

现有同位正交复合缺口双轴柔铰存在矩形横断截面锐边结构,增大了应力集中效应,且无法通过优化纵向缺口轮廓来消除。为此,提出一类椭圆横断截面新型双轴柔铰。首先以圆弧缺口为对象,构建该类柔铰的参数化结构模型;然后基于卡氏第二定理... 详细信息

现有同位正交复合缺口双轴柔铰存在矩形横断截面锐边结构,增大了应力集中效应,且无法通过优化纵向缺口轮廓来消除。为此,提出一类椭圆横断截面新型双轴柔铰。首先以圆弧缺口为对象,构建该类柔铰的参数化结构模型;然后基于卡氏第二定理建立其柔度及最大应力理论模型,通过有限元分析验证模型的有效性,基于此,实现了柔度及应力集中特性分析;最后通过实验测试验证了柔铰的柔度性能。结果表明,椭圆横断截面型双轴柔铰具备两向各异柔度,可从本质上避免锋利锐边结构,降低应力集中效应,与具有相同缺口结构的矩形横断截面型双轴柔铰相比,工作能力可提高47.9%,该类柔铰结构拓展了现有缺口型柔铰的基本类型。

关键词：柔性铰链柔性机构椭圆横断截面双轴柔性铰链

浸没边界–简化热格子Boltzmann方法研究及其应用

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力学学报 2019年第2期51卷 392-404页

作者：李桥忠陈木凤李游牛小东 Adnan Khan 汕头大学工学院机械电子工程系广东汕头515063 龙岩学院物理与机电工程学院福建龙岩36401

针对流固耦合传热问题,本文提出了一种基于浸没边界–简化热格子玻尔兹曼方法 (immersed boundary method–simplified thermal lattice Boltzmann method,IB-STLBM)的耦合模型.不同于传统的格子玻尔兹曼方法使用分布函数演化流场和温度... 详细信息

针对流固耦合传热问题,本文提出了一种基于浸没边界–简化热格子玻尔兹曼方法 (immersed boundary method–simplified thermal lattice Boltzmann method,IB-STLBM)的耦合模型.不同于传统的格子玻尔兹曼方法使用分布函数演化流场和温度场,简化热格子玻尔兹曼方法 (simplified thermal lattice Boltzmann method,STLBM)的演化过程不需要依赖分布函数,只涉及平衡态分布函数和非平衡态分布函数,能够直接演化宏观量,极大减小了计算过程中所占用的虚拟内存,简化了边界条件的实现方式,同时具有较高的稳定性.传统的浸没边界法对流场的计算采用欧拉网格,对固体边界采用拉格朗日网格,认为固体边界是对流场产生某种体积力.在应用浸没边界法时,汲取介观的思想,把固体的介入看作是对流场的干扰,打破了固体附近流体介观微团颗粒原始的平衡状态,这种干扰可以看作是在耦合边界上产生的一个非平衡项,可用非平衡态分布函数来表示.基于此,在模型中浸没边界法与简化热格子玻尔兹曼方法更紧密联系在一起,更大程度发挥二者的优点,整个计算过程更加简单直观,符合物理特性.通过对热圆柱绕流和内含热颗粒的封闭方腔自然对流问题的模拟以及对其结果的分析,验证了该算法在求解流固耦合传热问题的有效性和可行性.

关键词：简化热格子Boltzmann方法浸没边界法流固耦合传热自然对流

基于QR码的广义LDPC码的设计与译码算法的研究

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重庆邮电大学学报（自然科学版） 2021年第6期33卷 930-938页

作者：牛小东黄翔黎勇重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400065 重庆大学计算机学院重庆400044

广义低密度奇偶校验(generalized low-density parity-check,GLDPC)码可以降低原始低密度奇偶校验(low-density parity-check,LDPC)码的错误平层,但传统GLDPC码的构造方法会造成码率损失较大。鉴于此,采用平方剩余(quadratic residue,QR)码作为分量码,提出一种新颖的GLDPC码构造方法,并设计相应的译码算法。统计给定码字的陷阱集,并利用陷阱集挑选变量节点作为QR码的信息位;把QR码变量节点的校验位补全在原始LDPC码后,从而构造一种GLDPC码,设计出一种适合GLDPC码的两阶段译码算法。仿真结果表明,这种GLDPC码构造方法码率损失比较小,在BER为1×10^(-9)时,GLDPC码与原始LDPC码相比,得到了约0.3 dB的增益。

关键词：陷阱集平方剩余码低密度奇偶校验码广义低密度奇偶校验码

广义守恒相场简化多相流格子Boltzmann方法

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空气动力学学报 2022年第3期40卷 75-86,I0002页

作者：章诗婷肖鸿威周锦翔牛小东汕头大学工学院汕头515063 汕头大学智能制造技术教育部重点实验室汕头515063

针对不可压缩、非混溶的复杂多相流问题,提出一种广义守恒相场简化多相流格子Boltzmann方法。此方法运用早前发展的简化多相流格子Boltzmann方法(simplified multiphase lattice Boltzmann method,SMLBM),通过采用带有拉格朗日算子的广... 详细信息

针对不可压缩、非混溶的复杂多相流问题,提出一种广义守恒相场简化多相流格子Boltzmann方法。此方法运用早前发展的简化多相流格子Boltzmann方法(simplified multiphase lattice Boltzmann method,SMLBM),通过采用带有拉格朗日算子的广义守恒相场方程来控制界面的演化并确保每个相的体积和总质量守恒。此外,在单松弛格子Boltzmann方法框架内,SMLBM是通过预测-校正策略来模拟流体系统和跟踪界面演化,其计算过程中仅需要考虑平衡态分布函数的演化,并且平衡态分布函数可直接从宏观量计算得到,因而具有良好的稳定性、高计算效率和边界条件易于实施的优点。本方法继承了SMLBM的优势,能够解决由不同流体组分之间的大密度比和大黏度比引起的界面处大压力梯度问题。为了验证本方法的稳定性和准确性,模拟了包括拉普拉斯定律、液滴透镜、三相泊肃叶流以及复合液滴铺展在内的四个多相流算例。结果表明,本方法能有效地模拟密度比达1 200和黏度比达500的复杂界面算例。

关键词：广义守恒相场模型格子Boltzmann方法大密度比大黏度比多相流