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层裂损伤早期微孔洞分布特征的变化规律

物理学报 2025年第1期74卷 78-84页

作者：张凤国王言金王裴王欣欣北京应用物理与计算数学研究所北京100094

构建耦合材料微介观结构信息的物理模型是损伤力学的发展趋势,同时也能不断促进数值计算方法、实验技术以及理论研究的发展.因缺乏微介观尺度孔洞分布特征的演化信息,目前的层裂损伤模型不仅在极端加载条件下的应用受到制约,同时也无法... 详细信息

构建耦合材料微介观结构信息的物理模型是损伤力学的发展趋势,同时也能不断促进数值计算方法、实验技术以及理论研究的发展.因缺乏微介观尺度孔洞分布特征的演化信息,目前的层裂损伤模型不仅在极端加载条件下的应用受到制约,同时也无法有效提供一些工程中十分关注的材料损伤与最后材料破碎颗粒度之间的关联信息,因而迫切需要发展反映损伤材料内部微介观孔洞分布特征变化规律的层裂损伤模型.通过对孔洞成核过程中各种影响因素的分析,结合孔洞早期增长的特点,同时考虑到解析求解方便,本文给出了基于余弦函数形式的孔洞成核概率分布函数,采用新的孔洞成核概率函数的解析计算结果不仅与分子动力学计算的孔洞数随时间变化结果相符,而且与损伤发展早期的金属钽层裂实验结果也符合得很好,也就是说,采用新的孔洞成核概率函数可以在一定程度上反映层裂损伤早期微孔洞分布特征的变化规律.

关键词：层裂损伤孔洞成核孔洞分布特征冲击加载

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基于简易冲击分解模型的爆轰驱动硅橡胶数值模拟及实验解读

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爆炸与冲击 2025年第1期45卷 123-132页

作者：刘军殷建伟张凤国北京应用物理与计算数学研究所北京100094

为了反映爆轰驱动下硅橡胶发生冲击分解反应的物理过程,提出了一种简易的硅橡胶冲击分解模型。基于该模型,对爆轰驱动含硅橡胶夹层钢板实验进行了模拟,并分析解读了钢板的自由面速度。结果表明,实验中硅橡胶发生了冲击分解反应,导致钢... 详细信息

为了反映爆轰驱动下硅橡胶发生冲击分解反应的物理过程,提出了一种简易的硅橡胶冲击分解模型。基于该模型,对爆轰驱动含硅橡胶夹层钢板实验进行了模拟,并分析解读了钢板的自由面速度。结果表明,实验中硅橡胶发生了冲击分解反应,导致钢板的自由面速度曲线出现了首次起跳中间速度平台及首次起跳速度峰值降低的现象。受硅橡胶冲击分解影响,首次入射波压力将在临界冲击分解压力附近弛豫一段时间,再继续升高至最高压力。该压力波作用于钢板的自由面后,出现了自由面速度在中间速度平台停留一段时间,之后继续升高至速度峰值的现象。硅橡胶冲击分解后的气相物质可压缩性较高,首次加载波内较多的能量被用于压缩气体做功,导致首次波传播至自由面时能量衰减,峰值压力降低,首次起跳速度峰值降低。

关键词：硅橡胶爆轰驱动冲击分解分解压力

宽谱红外/太赫兹量子棘轮探测器研究进展(内封面文章·特邀)

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红外与激光工程 2025年第1期54卷 12-25页

作者：楚卫东白鹏杨宁王屹韩尚杰王迎新赵自然北京应用物理与计算数学研究所北京100088 计算物理全国重点实验室北京100088 北京师范大学物理与天文学院北京100875 北京邮电大学理学院北京102206 清华大学工程物理系北京100084

近年来,红外/太赫兹探测技术取得了卓越的进步,聚焦于当前主流的红外及太赫兹探测器就其优点和缺点进行相应评述。为满足现在科技水平所需的高速探测光子型红外/太赫兹探测器取得了广泛地关注和研究,但其工作温度低、响应光谱范围窄等... 详细信息

近年来,红外/太赫兹探测技术取得了卓越的进步,聚焦于当前主流的红外及太赫兹探测器就其优点和缺点进行相应评述。为满足现在科技水平所需的高速探测光子型红外/太赫兹探测器取得了广泛地关注和研究,但其工作温度低、响应光谱范围窄等缺点限制了其应用的场景。就工作原理、工作模式、研究进展、能带工程等方面介绍GaAs基经典红外/太赫兹光子型探测器并进行评述。在此基础上,详细介绍文中提出的量子棘轮红外探测器(QRIP)的研究进展,从QRIP器件的工作原理、器件结构等方面阐述了其优势及可行性。通过研究QRIP不同的杂质类型、掺杂浓度、生长工艺、能带结构等条件以研究其工作机理及量子特性,列出了不同结构QRIP器件实验结果并进行了分析。棘轮结构在无外加电场下能够对红外能量进行探测,同时在特定的偏压下能够实现光谱可调的性质以实现宽谱的探测。进一步地,将QRIP集成LED制备出量子棘轮上转换器件,其能够实现4~200 THz的超宽谱探测,同时量子棘轮上转换探测器在25 K时响应率可以达到0.4 A/W。该研究表明了量子棘轮探测器能够有效提升器件的工作温度、响应光谱范围,为高工作温度红外/太赫兹光子型探测器实现提供了新思路。

关键词：红外/太赫兹探测器宽谱探测器高温太赫兹探测量子棘轮

空间GaAs太阳能电池辐照损伤效应模拟研究

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强激光与粒子束 2025年

作者：魏嘉欣郝建红赵强范杰清张芳薛碧曦董志伟华北电力大学电气与电子工程学院北京应用物理与计算数学研究所

航天器在轨服役期间长期处于复杂恶劣的空间辐射环境，以GaAs为代表的III-V族化合物太阳能电池因具备高光电转换效率和抗辐照能力而被广泛应用于航天领域。采用有限元法，基于计算机辅助设计技术（TCAD）对GaAs太阳能电池的空间辐照损... 详细信息

航天器在轨服役期间长期处于复杂恶劣的空间辐射环境，以GaAs为代表的III-V族化合物太阳能电池因具备高光电转换效率和抗辐照能力而被广泛应用于航天领域。采用有限元法，基于计算机辅助设计技术（TCAD）对GaAs太阳能电池的空间辐照损伤效应进行了研究。以AM0光谱辐照下的GaAs太阳能电池电学参数为依据，建立了单结太阳能电池结构模型和辐照损伤模型，获得了在不同电子辐照条件下电池的伏安特性曲线，结合已有实验结果验证了本文模拟结果，分析了空间环境辐照下GaAs太阳能电池电学性能退化规律。结果表明，辐照损伤缺陷使得少数载流子扩散长度减小，降低了光生载流子的收集效率，在一定电子能量下，太阳能电池电学性能的退化幅度随辐照注量水平的提高而增大。

关键词： GaAs太阳能电池器件模拟辐照损伤电学性能

求解含静态裂缝线弹性问题的一类基于物理信息神经网络算法

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计算物理 2025年

作者：柴博涛陈星玎余云龙北京工商大学数学与统计学院数据科学系北京应用物理与计算数学研究所

针对二维含静态裂缝线弹性问题构造了一类新的基于物理信息神经网络算法。为了处理裂缝处位移场的强间断性，基于区域分解思想，将计算区域分成若干个子区域，并采用多个相互独立的神经网络分别求解各个子区域中的位移场和应力场。为了... 详细信息

针对二维含静态裂缝线弹性问题构造了一类新的基于物理信息神经网络算法。为了处理裂缝处位移场的强间断性，基于区域分解思想，将计算区域分成若干个子区域，并采用多个相互独立的神经网络分别求解各个子区域中的位移场和应力场。为了处理裂尖处应力场的强奇异性，引入裂尖渐近场函数对神经网络的输出量进行修正，以期显著提高计算精度。最后，相关数值实验验证了算法的有效性。

关键词：物理信息神经网络静态裂缝多神经网络区域分解裂尖渐近场函数

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不规则区域上并行求解Poisson方程

计算物理 2010年第3期27卷 369-374页

作者：陈军北京应用物理与计算数学研究所计算物理实验室高性能计算中心北京100088

提出一种并行求解不规则区域上的Poisson方程方法,将不规则区域转化为带约束的三维结构网格表示,在该区域采用红黑排序并行求解Poisson方程.数值实验表明,方法可较好地解决不规则区域上的Poisson并行求解问题.同时评估了不规则区域对并... 详细信息

提出一种并行求解不规则区域上的Poisson方程方法,将不规则区域转化为带约束的三维结构网格表示,在该区域采用红黑排序并行求解Poisson方程.数值实验表明,方法可较好地解决不规则区域上的Poisson并行求解问题.同时评估了不规则区域对并行性能带来的影响.

关键词：并行计算不规则区域 Poisson方程复杂几何

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多物理数值模拟中一种有效的并行耦合方法

计算机学报 2007年第9期30卷 1559-1566页

作者：陈军莫则尧北京应用物理与计算数学研究所高性能计算中心与计算物理实验室北京100088

在实现多物理并行数值耦合模拟中,需要处理多个物理过程之间网格、并行区域分解的差异.针对该问题,该文基于三维流体力学与激光传播耦合的并行数值模拟,提出了一种实用的并行耦合方法:引入辅助状态将本地插值与通信相分离;构建并行耦合... 详细信息

在实现多物理并行数值耦合模拟中,需要处理多个物理过程之间网格、并行区域分解的差异.针对该问题,该文基于三维流体力学与激光传播耦合的并行数值模拟,提出了一种实用的并行耦合方法:引入辅助状态将本地插值与通信相分离;构建并行耦合图并定义主导属性,以确定过程间传输的最小数据集合;提供并行数据重分配算法来完成通信.并行数值结果表明:该方法是有效的,在64台处理机上使整体程序获得50.07的加速比.

关键词：并行计算多物理模拟并行数据重分配有向图

基于“块-单元”数据结构的分子动力学并行计算

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计算物理 2004年第5期21卷 377-385页

作者：曹小林莫则尧张景琳陈其峰北京应用物理与计算数学研究所高性能计算中心计算物理实验室北京100088

　开发了一种基于"块-单元"数据结构的可扩展并行算法,以实现大规模、非均匀分子动力学模拟.它采用空间填充曲线将三维区域分解转换为一维负载平衡问题,然后用基于实测的多层均权法求解,以保持处理机间负载均衡.在一个MPP并行机的500个... 详细信息

　开发了一种基于"块-单元"数据结构的可扩展并行算法,以实现大规模、非均匀分子动力学模拟.它采用空间填充曲线将三维区域分解转换为一维负载平衡问题,然后用基于实测的多层均权法求解,以保持处理机间负载均衡.在一个MPP并行机的500个CPU上,模拟包含2 1×108个粒子的三维金属微喷射模型,该算法获得了420倍的加速比.

关键词：数据结构可扩展并行计算 CPU 负载均衡加速比并行算法一维分子动力学模拟求解

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激光成丝不稳定性并行数值模拟研究

高技术通讯 2007年第2期17卷 148-152页

作者：陈军莫则尧李斌郑春阳北京应用物理与计算数学研究所高性能计算中心＆计算物理实验室北京100088

实现了三维非线性流体力学与激光传播耦合的并行数值模拟程序，用来研究高强度激光在稀疏等离子体中的激光成丝不稳定性。并行数值实验结果表明，该程序在64台处理机上取得了较好的并行加速比，且能定性模拟激光成丝现象。

关键词：激光等离子体相互作用成丝不稳定性流体力学并行计算