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Laves-Co_(2)(HfTa)合金的相稳定性及热物性

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物理学报 2024年第12期73卷 277-287页

作者：丁宁倪晓东田付阳北京科技大学应用物理研究所北京100083

基于第一性原理计算方法,在考虑磁效应的基础上,对不同温度下合金Co_(2)(HfTa)中的稳定结构、电子性质和热力学性质展开了研究.通过第一性原理计算形成能、弹性性质及声子色散关系,结果表明合金Co_(2)(Hf_(x)Ta_(1-x))在x≤0.75时基态是... 详细信息

基于第一性原理计算方法,在考虑磁效应的基础上,对不同温度下合金Co_(2)(HfTa)中的稳定结构、电子性质和热力学性质展开了研究.通过第一性原理计算形成能、弹性性质及声子色散关系,结果表明合金Co_(2)(Hf_(x)Ta_(1-x))在x≤0.75时基态是C36,当x>0.75时基态是C14.这一发现提示了合金成分对其基态结构的影响,并为合金的稳定性提供了重要线索.值得注意的是,考虑了振动熵和电子熵的贡献后,Co_(2)Hf相对稳定的结构变为C36,Co_(2)Ta变为C14,这表明温度会对合金结构稳定性的影响.Co_(2)(Hf_(x)Ta_(1-x))合金在弹性方面呈现出本征脆性.热力学分析表明其在高温下热容趋于稳定,德拜温度近似为常数,振动熵随温度递增且与压强负相关.电子态密度分析揭示了Co_(2)(HfTa)合金三个结构的相稳定性.

关键词： Co_(2)(HfTa) Laves相稳定性热物性质第一性原理计算

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发挥国家自然科学基金源头支撑作用的实践探索--以中物院软件中心为例

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办公室业务 2024年第6期 147-149页

作者：赵媛朱景焕于翠影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

从重大应用需求中凝练科学问题,有效发挥国家自然科学基金(以下简称“科学基金”)源头支撑作用,服务国家创新驱动发展,是新时期科学基金的发展思路之一。文章介绍了中物院高性能数值模拟软件中心(以下简称“软件中心”)落实这一发展思... 详细信息

从重大应用需求中凝练科学问题,有效发挥国家自然科学基金(以下简称“科学基金”)源头支撑作用,服务国家创新驱动发展,是新时期科学基金的发展思路之一。文章介绍了中物院高性能数值模拟软件中心(以下简称“软件中心”)落实这一发展思路的实践经验。该中心作为科学基金项目依托单位面向国家重大需求,充分发挥需求牵引的独特优势,积极探索科学基金管理机制,坚持以问题为导向,深入提炼科学问题,加强应用基础研究,培养了科技创新人才,发挥了科学基金在满足国家重大应用需求的源头支撑作用。

关键词：重大应用问题导向科学基金管理机制源头支撑

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聚变能源研究态势及展望

中国工程科学 2024年第4期26卷 190-197页

作者：彭先觉高翔李建刚刘永邓建军李正宏周良骥师学明天府创新能源研究院成都610213 北京应用物理与计算数学研究所北京100088 中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所合肥230031 核工业西南物理研究院成都610213 中国工程物理研究院流体物理研究所四川绵阳621900 中国工程物理研究院核物理与化学研究所四川绵阳621900

聚变能源开发有望重塑未来能源发展格局,正处于突破工程能量“得失相当”的关键阶段,机遇与挑战并存。本文总结了聚变能源研究的主要进展,凝练了能量平衡尚未实现、氚自持尚未得到验证、实现高可利用率难度极高、耐辐照材料开发进展缓... 详细信息

聚变能源开发有望重塑未来能源发展格局,正处于突破工程能量“得失相当”的关键阶段,机遇与挑战并存。本文总结了聚变能源研究的主要进展,凝练了能量平衡尚未实现、氚自持尚未得到验证、实现高可利用率难度极高、耐辐照材料开发进展缓慢、使用经济性普遍较差等发展挑战。在梳理国际热核聚变实验堆(ITER)计划的共性基础技术突破、成员国配套研究的基础上,归纳了我国磁约束聚变研究的整体规划、自主项目部署、技术路线跟踪等方面的进展。进一步,围绕我国自主提出的Z箍缩聚变裂变混合堆(Z-FFR)概念,阐述了基本原理、应用优势、系列进展,提出了面向2040年实现商业化供能目标的发展规划,涵盖关键技术攻关、工程演示、商业发电推广等阶段的任务目标。为了全面推进我国聚变能源开发进程,建议在磁约束聚变方面深入参与ITER计划和相关国际合作,攻克商用聚变堆关键物理与工程技术,开展中国聚变工程实验堆(CFETR)主机关键部件研发并适时建设和运营CFETR;在Z-FFR方面,加快“电磁驱动大科学装置”建设,开展聚变能源关键技术攻关,推进Z-FFR工程演示和商业应用。

关键词：聚变能源磁约束聚变中国聚变工程实验堆 Z箍缩聚变裂变混合堆商业化供能

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局部标架的共旋Timoshenko梁单元多体动力学数值特性分析

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力学学报 2024年

作者：刘海生张润森张腾刘铖北京理工大学宇航学院力学系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中国久远高新技术装备有限公司

多柔体系统的动力学过程不仅包含结构大范围刚体运动带来的几何非线性，也存在大变形导致的几何非线性。近年来，基于李群局部标架的建模方法(local frame of Lie group, LFLG)被验证可与各类建模方法结合，能够消除刚体运动带来的几何... 详细信息

多柔体系统的动力学过程不仅包含结构大范围刚体运动带来的几何非线性，也存在大变形导致的几何非线性。近年来，基于李群局部标架的建模方法(local frame of Lie group, LFLG)被验证可与各类建模方法结合，能够消除刚体运动带来的几何非线性。同时，大变形导致的几何非线性也将随着空间离散加密逐渐减弱。由此，LFLG可消除多柔体系统中部件的几何非线性，刚体与柔性体惯性力、内力及其Jacobian矩阵均满足刚体运动的不变性，可有效减少单元Jacobian矩阵更新次数。但，由于多体系统还广泛存在约束及载荷的非线性，LFLG方法在实际应用中是否能够提升系统整体的Jacobian矩阵复用效率尚未进行深入探讨。并且，多柔体系统通常采用变阶变步长时间积分策略求解动力学方程，算法阶数以及时间步长变化也将导致多体系统Jacobian变化，加剧了系统Jacobian复用难度。为客观分析LFLG方法的在实际仿真中的数值特性，本文首先以共旋坐标建模方法为例，给出了基于李群局部标架的三维Timoshenko梁单元建模方法。较于几何精确建模、绝对节点坐标等方法，该方法能够最大复用小变形有限元方法的单元算法，可降低单元开发难度；其次，搭建了LFLG方法的变阶变步长BDF(Backward Difference Formula)与变步长广义α积分器的计算流程，并针对小变形与大变形两种工况，分析单元弹性力及阻尼力几何非线性特性，对比Jacobian复用效率；最后，通过与全局标架算法对比，分析局部标架方法与全局标架建模方法的数值特性。

关键词：李群局部标架方法共旋方法几何非线性向后差分时间积分方法广义α时间积分方法

基于遗传算法的宽带渐变电阻膜超材料吸波器设计

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物理学报 2024年第7期73卷 152-162页

作者：王超李绣峰张生俊王如志北京工业大学材料科学与工程学院新能源材料与技术研究所新型功能材料教育部重点实验室北京100124 北京航天长征飞行器研究所试验物理与计算数学国家重点实验室北京100076

近年来,基于超材料的电磁吸波器件由于其宽带、易制备等优势而备受各国研究者的广泛关注.本文为实现宽带电磁低可探测,提出一种渐变电阻膜-介质复合结构的超材料吸波器.基于传输线理论和阻抗匹配原理,对强吸波条件进行了分析.在单元结... 详细信息

近年来,基于超材料的电磁吸波器件由于其宽带、易制备等优势而备受各国研究者的广泛关注.本文为实现宽带电磁低可探测,提出一种渐变电阻膜-介质复合结构的超材料吸波器.基于传输线理论和阻抗匹配原理,对强吸波条件进行了分析.在单元结构设计方面,采用遗传算法在多变量域内全局搜索最优解,快速地确定出能够兼顾低频与宽带吸波性能的超材料单元结构与电阻参数,并对器件吸波性能与吸波机理进行了深入的探讨.仿真结果表明,在垂直入射下,所设计的超材料吸波器对1.62—19.16 GHz(相对带宽168.8%)之间的入射波吸收率均大于90%,有效地向L和K波段拓展了吸收带宽.虽然在部分频段测试和仿真结果之间存在一定偏差,但两种类型的曲线随频率的变化趋势基本一致,这充分证明了所设计的超材料吸波器在低频宽带吸波领域具有潜在应用价值.

关键词：超材料吸波体渐变电阻膜遗传算法

基于时间演化响应面模型的JWL状态方程参数标定方法

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山东大学学报（理学版） 2024年第4期59卷 117-126页

作者：梁霄王朔王瑞利陈江涛山东科技大学数学与系统科学学院山东青岛266590 北京应用物理与计算数学研究所北京100094 中国空气动力研究与发展中心四川绵阳621000

综合试验数据和建模与模拟结果,标定爆轰产物JWL(Jones-Wilkins-Lee)状态方程中的唯象参数,对理解爆轰膨胀驱动过程和评价做功能力至关重要。时间演化代理模型能构建重要参数与系统响应量(system response quantity,SRQ)之间较为简洁的... 详细信息

综合试验数据和建模与模拟结果,标定爆轰产物JWL(Jones-Wilkins-Lee)状态方程中的唯象参数,对理解爆轰膨胀驱动过程和评价做功能力至关重要。时间演化代理模型能构建重要参数与系统响应量(system response quantity,SRQ)之间较为简洁的函数关系,为描述爆轰动力行为和参数标定提供一种快速高精度算法。本文首先利用拉丁超立方抽样(Latin hypercube sampling,LHS)技术对爆轰产物JWL状态方程中的不确定参数进行抽样,选取有效数据并分成两组:第一组进行高分辨率仿真,使用具有自主知识产权爆轰数值软件CFD2D计算得到径向壁位置和径向壁速度,输出结果用于构建不确定JWL参数和SRQ之间的时间演化响应面模型;第二组用于评估时间演化代理模型的精确度。其次,定义代理模型与试验数据之间的残差,进而搜索最小残差获得最优参数。结果表明:将最优参数代入高分辨率模型后导出的SRQ的输出结果和试验数据吻合较好,从而完成了参数标定和模型确认。结果为武器型号设计和装备性能评估提供依据。

关键词：参数标定拉丁超立方抽样时间演化响应面模型法圆筒试验 JWL状态方程

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基于机器学习原子势函数的原子动力学蒙特卡洛程序TensorKMC的优化

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计算机科学 2024年第9期51卷 23-30页

作者：刘人僪陈欣商红慧张云泉大连海洋大学信息工程学院辽宁大连116023 中国科学院计算技术研究所计算机体系结构国家重点实验室北京100190 北京应用物理与计算数学研究所北京100088

核反应堆压力容器是核电站中最重要的部件之一,在使用过程中通常会受到辐照损伤,这极大影响了其使用寿命,给核电站的安全带来隐患。原子动力学蒙特卡洛方法(AKMC)是研究材料辐照损伤的有效理论方法,可以与计算机数值模拟进行结合来研究... 详细信息

核反应堆压力容器是核电站中最重要的部件之一,在使用过程中通常会受到辐照损伤,这极大影响了其使用寿命,给核电站的安全带来隐患。原子动力学蒙特卡洛方法(AKMC)是研究材料辐照损伤的有效理论方法,可以与计算机数值模拟进行结合来研究压力容器的微结构演变。辐照损伤的材料存在缺陷,原子间相互作用建模时需要考虑非球对称相互作用,但TensorKMC在计算时并没有考虑到原子的角向作用。文中针对该问题,提出了一种包含角向相互作用、可以与TensorKMC的三重编码完美结合的指纹建模方法,并可利用多重度对角向指纹的计算过程进行化简。文中在TensorKMC程序中实现了该方法,测试结果显示角向指纹对势函数的精度有显著影响,最大角动量越高,势函数越精准,程序的模拟耗时也会显著增加。同时,也针对TensorKMC的原子势函数的激活函数开展了测试,结果表明梯度光滑的Softplus和SquarePlus相比初版TensorKMC所用的ReLU在拟合高维势能面时有明显的优势,在最大角动量较低时ReLU有性能优势,但随着最大角动量的增大,不同激活函数对总体模拟时间几乎无特别影响。因此,在实际研究中推荐使用梯度光滑的激活函数。

关键词：动力学蒙特卡洛原子指纹神经网络势

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分段线性的不可分流弧集多面体研究

运筹学学报(中英文) 2024年

作者：黄诗语陈亮寇彩霞北京邮电大学理学院中国科学院数学与系统科学研究院计算数学与科学工程计算研究所

分段线性函数在运输、通信和生产规划等领域都有着重要的应用。本文聚焦于目标函数是分段线性函数的不可分多商品流问题。通过引入额外的0-1变量,该问题可建模为混合整数线性规划问题。我们以分段线性不可分流弧集多面体作为子结构提出... 详细信息

分段线性函数在运输、通信和生产规划等领域都有着重要的应用。本文聚焦于目标函数是分段线性函数的不可分多商品流问题。通过引入额外的0-1变量,该问题可建模为混合整数线性规划问题。我们以分段线性不可分流弧集多面体作为子结构提出两类有效不等式,并进一步给出了这些不等式定义多面体刻面的充要条件。数值实验通过对不可分多商品流问题产生割平面,说明了这些有效不等式作为割平面对求解不可分多商品流问题的有效性。

关键词：割平面混合整数规划网络设计分段线性优化

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岩石界面的动态剪切扩散行为

爆炸与冲击 2024年第8期44卷 44-59页

作者：陈美多张祥林袁良柱赵巨岩王鹏飞马昊徐松林中国科学技术大学中国科学院材料力学行为和设计重点实验室安徽合肥230027 北京航天长征飞行器研究所北京100076 试验物理与计算数学国家重点实验室北京100076

动载荷下剪切失稳控制的扩散行为是岩石局部大变形发展和宏观力学性能劣化的诱因。基于广义变分原理建立剪切载荷作用下界面动态失稳的力学模型,得到了关于界面失稳的判别式和扩散方程。基于判别方程得到了剪切力和动力效应对失稳界面... 详细信息

动载荷下剪切失稳控制的扩散行为是岩石局部大变形发展和宏观力学性能劣化的诱因。基于广义变分原理建立剪切载荷作用下界面动态失稳的力学模型,得到了关于界面失稳的判别式和扩散方程。基于判别方程得到了剪切力和动力效应对失稳界面角度的影响,结果表明:随着外部剪切作用力的增大,剪切变形带角度有一定程度的增大;随着局部动力系数的增大,即局部惯性作用力的增大,剪切带角度明显减小。结合本征位移求解扩散方程,初步得到其位移解析表达式,位移随加载时间的增加逐渐增大。为了验证理论模型的可靠性,并进一步研究界面失稳的变形行为和对波传播的影响,建立了数值分析模型。分析结果表明:界面失稳为局部剪切破坏滑移的先导条件;界面厚度和剪切力越大,局部位移越大;界面剪切扩散行为极大降低了透射波的幅值,同时也改变了透射波的频率。研究结果可为岩石局部化变形、岩石动态强度等研究提供理论参考。

关键词：岩石界面有限变形剪切局部化惯性效应动态失稳