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一种面向舰船结构毁伤的大变形流固耦合数值计算方法

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计算力学学报 2023年

作者：王杰王景焘黄超伍洋刘娜张磐北京应用物理与计算数学研究所中物院高性能数值模拟软件中心

水下爆炸导致舰船结构毁伤是一个复杂的非线性大变形流固耦合过程，高精度的流固耦合计算是获得高置信模拟结果的关键。本文基于浸没边界思想，提出一种面向大变形壳理论的流固耦合数值方法，可精确刻画流固耦合界面并高效求解流固界面... 详细信息

水下爆炸导致舰船结构毁伤是一个复杂的非线性大变形流固耦合过程，高精度的流固耦合计算是获得高置信模拟结果的关键。本文基于浸没边界思想，提出一种面向大变形壳理论的流固耦合数值方法，可精确刻画流固耦合界面并高效求解流固界面约束方程。基于该方法，本文提出了完整的适用于水下爆炸舰船结构毁伤的大变形流固耦合数值计算方案，并基于大规模并行编程框架，研发形成适用于舰船结构毁伤的流固耦合大规模并行计算软件。通过与泰勒平板理论解、水下爆炸结构冲击响应实验数据等进行对比表明，本文方法可有效模拟大变形流固耦合工程问题，具备较高数值求解精度。在此基础上，完成了水下爆炸整船结构毁伤过程大规模数值模拟。该方法可有效应用于舰船毁伤等级评估，应用前景广阔。

关键词：大变形流固耦合浸没边界法舰船结构毁伤并行编程框架

基于作业记账日志的并行作业特征分析工具JobCAT

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国防科技大学学报 2022年第5期44卷 63-70页

作者：田鸿运刘旭武林平罗红兵莫则尧北京应用物理与计算数学研究所北京100094 中物院高性能数值模拟软件中心北京100088

并行作业特征分析是负载分析的重要基础。作业记账日志是开展作业特征分析的重要数据源。由于作业记账日志中没有记录应用名称,现有工具无法按应用名称开展作业特征分析。提出基于关键字模糊匹配的作业记账日志标记方法,设计通用的作业... 详细信息

并行作业特征分析是负载分析的重要基础。作业记账日志是开展作业特征分析的重要数据源。由于作业记账日志中没有记录应用名称,现有工具无法按应用名称开展作业特征分析。提出基于关键字模糊匹配的作业记账日志标记方法,设计通用的作业数据模型和柔性可扩展软件架构,集成实现并行作业特征分析工具JobCAT。通过某超级计算机系统百万量级作业记账日志数据测试验证,JobCAT的作业记账日志标记率大于95%。JobCAT支持7个插件、29项统计报表,可一键生成应用的作业特征分析报告,对负载分析研究具有实用价值。

关键词：负载分析作业记账日志作业特征分析工具超级计算机

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点探测器敏感性关联抽样计算方法

原子能科学技术 2023年

作者：李瑞付元光邓力许海波中物院高性能数值模拟软件中心北京应用物理与计算数学研究所

为避免点探测器敏感性计算中随机统计涨落的影响,研究了在蒙特卡罗关联抽样算法框架下,点探测器敏感性的计算方法。在算法中考虑了输运过程偏倚以及存在次级粒子的情况,给出了输运扰动权乘子与计数扰动权乘子的更新方案。针对点探测器... 详细信息

为避免点探测器敏感性计算中随机统计涨落的影响,研究了在蒙特卡罗关联抽样算法框架下,点探测器敏感性的计算方法。在算法中考虑了输运过程偏倚以及存在次级粒子的情况,给出了输运扰动权乘子与计数扰动权乘子的更新方案。针对点探测器敏感性中次级粒子的模拟特点,引入了单因素扰动系统,并基于粒子扩展属性实现了对单因素扰动系统微扰的模拟,从而避免了对次级粒子历史进行回溯。利用脉冲球形实验装置,测试了散射截面扰动下点探测器的敏感性计算功能,并与微分算符方法的计算结果进行了比较,以验证其计算精度。利用NUREG/CR-6115屏蔽基准题测试了权重技巧下算法的适用性。测试表明,算法与微分算符方法计算精度相当,并适用于屏蔽问题点探测器敏感性模拟。

关键词：点探测器敏感性关联抽样蒙特卡罗

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指定流量分配系数的多回流出口边界算法研究

航空学报 2022年

作者：许开龙刘再刚姜胜利王星张磐中物院高性能数值模拟软件中心北京应用物理与计算数学研究所

燃烧室出口处物理量的边界条件处理方法需满足工程设计对出口流量的要求，同时要保证出口回流时的数值稳定性，是工程级燃烧室模拟中重点关注的问题之一。本文基于流量分配系数发展了一种出口边界处理算法，支持不可压缩流动模拟中指定... 详细信息

燃烧室出口处物理量的边界条件处理方法需满足工程设计对出口流量的要求，同时要保证出口回流时的数值稳定性，是工程级燃烧室模拟中重点关注的问题之一。本文基于流量分配系数发展了一种出口边界处理算法，支持不可压缩流动模拟中指定多个出口流量分配系数、出口存在回流时的稳定模拟。研究表明，在四面体/六面体网格算例中，该方法可实现出口流量分配系数在0.0–1.0范围内的稳定模拟，与设定值的最大相对偏差小于0.001%。在保持出口流量分配系数不变时，改变计算域出口位置使得流动处于未充分发展、回流或旋流状态，计算结果不受明显影响。将该方法应用于TECFLAM旋流燃烧器冷态流场模拟中，计算域缩减至三分之一后模拟仍能稳定收敛，预测值和实验数据保持较高的一致性。相比于使用常规出口边界的方法，该方法支持仿真人员根据需要设置出口流量分配系数和计算域大小，可显著减小数值计算开销。

关键词：出口边界自由出口边界流量分配系数回流燃烧室模拟

MSV-Net:面向科学模拟面体混合数据的超分重建方法

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计算机科学与探索 2023年第6期17卷 1321-1328页

作者：曹斯铭王晓华王弘堃曹轶中物院高性能数值模拟软件中心北京100088 北京应用物理与计算数学研究所北京100088

高保真度的可视分析通常依赖大规模科学模拟产生的耦合几何模型的高分辨率网格数据,这对数据存储和流畅交互均提出了巨大挑战。提出了MSV-Net,一个面向大规模科学模拟面体混合数据的超分辨率重建方法。该网络为端到端的深度神经网络,通... 详细信息

高保真度的可视分析通常依赖大规模科学模拟产生的耦合几何模型的高分辨率网格数据,这对数据存储和流畅交互均提出了巨大挑战。提出了MSV-Net,一个面向大规模科学模拟面体混合数据的超分辨率重建方法。该网络为端到端的深度神经网络,通过多层非线性变换实现从低分辨数据到高分辨数据的混合绘制映射的联合学习;该网络舍弃了全连接层,不仅可以减少网络参数,而且能够提升网络的灵活性与可复用性。此外,构建了面向大规模电磁模拟应用的面体混合数据集MSV-Dataset,用于模型训练和验证。该数据集由采用不透明几何模型绘制耦合半透明体绘制的混合绘制的图像构成。与多种传统方法和深度学习方法进行了对比,定量分析结果显示,MOS绝对评价指标达到了4.1,重建准确率仅次于真实图像;基于混合数据绘制1500×1500分辨率的图像,采用直接绘制需要66.28 s,而采用MSV-Net则仅需要4.14 s,交互性能提升了约15倍。

关键词：科学数据可视化混合绘制大规模模拟超分辨率重建深度学习

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宽角扫描卫星通信相控阵天线

微波学报 2014年第S2期30卷 93-96页

作者：陈晓洁周海京中物院高性能数值模拟软件中心北京100088

针对卫星通信对终端相控阵天线的要求,设计了低剖面、圆极化、宽波束、收发共用的相控阵天线单元,并分析了19个天线单元组成的阵列在收发频段的实际增益、轴比和工作效率。仿真结果表明,在1.98GHz-2.01GHz的发射频段和2.17GHz-2.2GHz的... 详细信息

针对卫星通信对终端相控阵天线的要求,设计了低剖面、圆极化、宽波束、收发共用的相控阵天线单元,并分析了19个天线单元组成的阵列在收发频段的实际增益、轴比和工作效率。仿真结果表明,在1.98GHz-2.01GHz的发射频段和2.17GHz-2.2GHz的接收频段,天线单元的轴比小于3d B,阵中3d B波束宽度接近120°;天阵列扫描到60°时,其实际增益与不扫描时相比下降了3d B左右,效率高于85%,在0-60°的扫面范围内,天线阵列的轴比小于6d B。

关键词：卫星通信宽角扫描相控阵天线宽波束圆极化

一种面向舰船结构毁伤的大变形流固耦合数值计算方法

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计算力学学报 2024年第2期41卷 335-343页

作者：王杰王景焘黄超伍洋刘娜张磐中物院高性能数值模拟软件中心北京100088 北京应用物理与计算数学研究所北京100088

水下爆炸导致舰船结构毁伤是一个复杂的非线性大变形流固耦合过程,高精度的流固耦合计算是获得高置信模拟结果的关键。基于浸没边界思想,本文提出一种面向大变形壳理论的流固耦合数值方法,可精确刻画流固耦合界面并高效求解流固界面约... 详细信息

水下爆炸导致舰船结构毁伤是一个复杂的非线性大变形流固耦合过程,高精度的流固耦合计算是获得高置信模拟结果的关键。基于浸没边界思想,本文提出一种面向大变形壳理论的流固耦合数值方法,可精确刻画流固耦合界面并高效求解流固界面约束方程。基于该方法,本文提出了完整的适用于水下爆炸舰船结构毁伤的大变形流固耦合数值计算方案,并基于大规模并行编程框架,研发形成适用于舰船结构毁伤的流固耦合大规模并行计算软件。与泰勒平板理论解和水下爆炸结构冲击响应实验数据等进行对比表明,本文方法可有效模拟大变形流固耦合工程问题,具备较高数值求解精度。在此基础上,完成了水下爆炸整船结构毁伤过程大规模数值模拟。该方法可有效应用于舰船毁伤等级评估,应用前景广阔。

关键词：大变形流固耦合浸没边界法舰船结构毁伤并行编程框架

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特征γ射线谱分析的蒙特卡罗模拟技术

物理学报 2020年第11期69卷 71-77页

作者：邓力李瑞王鑫付元光北京应用物理与计算数学研究所北京100094 中物院高性能数值模拟软件中心北京100088

蒙特卡罗方法(MC)是模拟核探测问题的理想方法,用中子照射客体,中子诱发产生非弹γ和俘获γ,通过特征γ射线能谱和时间谱分析,确定客体核素组成和重量百分比.本文基于非弹γ和俘获γ时间门测量技术,给出了脉冲源发射下探测器响应计数公... 详细信息

蒙特卡罗方法(MC)是模拟核探测问题的理想方法,用中子照射客体,中子诱发产生非弹γ和俘获γ,通过特征γ射线能谱和时间谱分析,确定客体核素组成和重量百分比.本文基于非弹γ和俘获γ时间门测量技术,给出了脉冲源发射下探测器响应计数公式.在中子与核作用产生次级光子方面,采用期望值估计(expect value estimator,EVE)产光.为了避免大量小权光子模拟带来的计算存储量增加,设计了EVE产光与直接估计(direct estimator,DE)产光耦合.仅增加少量计算时间,便实现了特征γ射线解谱.数值模拟在自主MC软件JMCT上开展,计算结果初步验证了方法的正确有效性.

关键词：蒙特卡罗方法核探测非弹γ射线俘获γ射线期望值估计

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面向精度可控的大规模结构化数据集约减方法

计算机辅助设计与图形学学报 2021年第12期33卷 1795-1802页

作者：艾志玮冷珏琳夏芳王华维曹轶北京应用物理与计算数学研究所北京100094 中物院高性能数值模拟软件中心北京100088

科学与工程模拟产生的数据规模可达TB甚至PB量级,数据约减已成为降低I/O时间开销和存储成本的重要手段.为实现高精度的科学可视化和数据分析,面向大规模结构化数据集,提出一个精度可控的数据约减方法.该方法首先以可视分析数据的插值误... 详细信息

科学与工程模拟产生的数据规模可达TB甚至PB量级,数据约减已成为降低I/O时间开销和存储成本的重要手段.为实现高精度的科学可视化和数据分析,面向大规模结构化数据集,提出一个精度可控的数据约减方法.该方法首先以可视分析数据的插值误差为约束条件,根据物理场量的空间分布特征构造多层嵌套的自适应背景网格;然后,将原始数据插值映射到轻量化的背景网格,减少冗余数据的存储;最后,将约减后的数据集并行输出至高效存储的可视化文件.数据约减算法基于并行编程框架JASMIN实现,能够无缝对接基于JASMIN框架研发的数值模拟程序.经测试,并行算法可扩展至上万CPU核.数据约减方法已成功应用于无人机辐照电磁模拟,在不超过10%的相对误差范围内,将千亿结构网格数据集的规模降低了99.8%.基于约减数据绘制的图像与原始数据图像之间的峰值信噪比为47.08 dB,具有较高的相似度,满足可视分析的分辨率要求.

关键词：数据约减结构化数据集精度可控自适应细化多分辨率技术