激光推进数值模拟预处理并行算法研究*

激光推进数值模拟预处理程序为数值模拟主程序提供网格信息和设置边界条件,实现并行计算可以缩短大规模网格生成时间,从而提升高分辨率数值模拟的效率。分析并利用公用数据的特点改进原有串行算法,进而实现并行计算。算法测试结果表明,该并行算法有效地缩短了网格生成时间。     

基于VC++.Net开发Geant4数值模拟程序

Geant4是用于精确模拟粒子在介质中输运过程的数值计算软件工具包.相对于MCNP、EGS等商业软件来说,它的主要优点是源代码完全开放,用户可以根据实际需要更改、扩充Geant4程序.然而Geant4是基于Linux/Unix操作系统,对于Windows用户而言,无法直接编译和运行Geant4应用程序.主要介绍Windows用户如何基于VC .Net开发Geant4程序.首先介绍了Geant4在Windows系统的安装步骤;然后给出了在VC .Net中创建Geant4的工程文件的详细过程,其中包括Geant4静态链接库和动态连接库的生成,以及VC .Net环境变量的配置等;最后简要讨论了实现Geant4数值模拟的主要流程,并描述了Geant4程序的基本框架.     

激光作用下金属平板热应力的数值模拟

本文首先对ANASYS有限元软件进行了简单介绍,在此基础上,重点介绍了运用该软件对激光作用下金属平板温度场及热应力场进行数值模拟的过程,并给出了模拟结果.文章最后对运用有限元软件对金属平板热应力进行数值模拟的意义和用途进行了说明.     

二维宏观拟颗粒并行模拟程序通信性能优化策略

随着粒子模拟并行计算在相关领域应用的不断深入和并行节点计算能力的不断增强,粒子模拟并行程序中通信耗时对整体性能的影响越来越显著,甚至成为主要性能瓶颈.本文在分析影响并行程序通信性能多种因素的基础上,从进程划分方式选择、通信协议优化的角度,对1个典型粒子模拟并行程序——二维宏观拟颗粒并行模拟程序在千兆以太网环境下的通信性能的优化策略进行了测试研究,通过改进并行进程划分方式,采用用户级通信协议等方法,使测试程序通信性能获得明显提高,进而提出了粒子模拟并行程序通信性能优化的思路和建议.     

矩阵在并行计算中的通信优化研究

为了提高并行应用系统的效率,研究了针对大型稀疏矩阵的压缩通信问题。通过对矩阵压缩通信过程中矩阵稀疏度、网络带宽、处理器计算能力之间的关系进行定量分析,推导出稀疏度下界计算公式。通过对不同稀疏度情况下算法所取得的效率进行分析,总结出压缩通信中稀疏度与通信效率之间的函数关系。结果表明本算法在稀疏矩阵通信方面效率有明显的提高。     

激光优化光纤

随着企业光纤网络的传输速度不断提升至千兆（1G）甚至万兆（10G）位／秒或更高的水平，一个相对较新的术语即“激光优化光纤”开始进入业内人士的术语表。     

不同工况下仿生叶轮水上推进性能数值分析

研究采用蛇怪蜥甥踏水机理设计的轮-叶复合式仿生推进装置,针对实现推进性能最大化的仿生叶轮装置设计的难点,从减少叶片能量损失的角度设计了一种压水防溅型仿生叶轮结构,如何有效获取新型叶轮结构的水上推进性能,应用计算流体力学数值方法,通过构建不可压缩非稳态的N-S主控制方程,采用欧拉网格有限体积法的离散化处理方式,综合应用VOF模型和动网格技术,实现对新型仿生叶轮水上推进性能的数值模拟,着重讨论了不同转速ω和负载P下的仿生叶轮水平速度v1和水平位移s1的变化规律,研究仿生叶轮运动中压力场、速度场和气液相的分布特点,获得了转速ω和负载P对仿生叶轮水上推进性能的影响规律.仿真分析结果表明转速ω和负载P均存在一合理区间范围,使得新型仿生叶轮推进性能最优,仿真结果可为实现仿生叶轮模型水上推进性能最优提供了理论基础.     

大规模稀疏矩阵在并行应用中的通信优化研究*

为了提高并行应用系统的效率,研究了针对大型稀疏矩阵的压缩通信问题.通过对矩阵压缩通信过程中矩阵稀疏度、网络带宽、处理器计算能力之间的关系进行定量分析,推导出稀疏度下界计算公式.通过对不同稀疏度情况下算法所取得的效率进行分析,总结出压缩通信中稀疏度与通信效率之间的函数关系.结合油藏数值模拟的应用实例,设计实现了稀疏矩阵的压缩通信算法.结果表明本算法在稀疏矩阵通信方面效率有明显的提高.     

激光聚变数值模拟中的大规模数据可视分析

数值模拟是激光聚变物理研究的重要手段.在千万亿次计算机上,实际模拟输出的数据具有规模大、数据结构复杂等特征;其网格单元数达到数十亿,单时间步数据量达数十GB,并涵盖多块变形结构网格、多层自适应网格等复杂网格类型.针对这些特征,围绕激光聚变物理分析需求,着眼于可视分析过程的各个方面,系统地研究了复杂数据分解、可扩展的并行可视分析流程、数值模拟与可视分析高效耦合模式、高表现力的可视化方法等4项关键技术;并通过4个大规模实际模拟结果的可视分析来验证研究成果的有效性.     

ANSYS在激光电弧复合焊接数值模拟中的应用

以高强钢为研究对象,利用有限元分析理论,结合数值计算的方法,通过试验,验证了模拟结果。     

一种结合数值优化的PID控制器的设计与仿真

文中基于PID控制器的现状,提出将数值优化方法应用于PID控制器的设计之中,设计了一种经过数值优化改进的简单而有效的PID控制器。然后通过MATLAB仿真技术在一阶延迟过程模型的基础上对该控制器进行仿真研究,并将结果与应用变速积分PID控制方法的仿真结果做出比较,结果表明这种经过数值优化改进的PID控制器是有效的。     

激光探测系统仿真技术研究

激光探测技术能被广泛用于自行高炮武器系统的目标探测与识别系统中。测距功能是激光探测系统中最主要的内容,但是由于目标结构复杂,仿真建模难度很大。为了解决激光测距仿真问题,以某高炮系统激光测距机为对象,提出了一种目标等效圆模型的激光探测系统方法。以目标当前时刻航路参数和跟踪误差为依据,对目标反射能量、激光发射能量、大气之间的关系建立测距与回波的仿真模型,并进行仿真。仿真结果表明,所建模型能够定性、定量反映激光测距在实际环境中的性能指标。可为防空火控系统的激光测距提供了有效手段。     

基于飞/推一体化模型的TOC研究

为了研究大型民航机在失去部分或全部液压系统时,能否仅依靠推力变化来控制飞机姿态,使其安全降落,将发动机部件级模型和波音747-100运动模型结合,介绍了民航机飞/推一体化性能模型建模方法,并在此基础上研究了仅靠推力变化控制飞机姿态的效果。论证了TOC控制的可行性,测试了TOC在飞/推一体化模型上的控制效果。结果证明,TOC能在飞机控制面失效时作为主要控制手段较为有效地控制飞机姿态,满足飞机在紧急情况下的控制要求。     

Deductive Synthesis of Numerical Simulation Programs from Networks of Algebraic and Ordinary Differential Equations

Scientists and engineers face recurring problems of constructing, testing and modifying numerical simulation programs. The process of coding and revising such simulators is extremely time-consuming, because they are almost always written in conventional programming languages. Scientists and engineers can therefore benefit from software that facilitates construction of programs for simulating physical systems. Our research adapts the methodology of deductive program synthesis to the problem of constructing numerical simulation codes. We have focused on simulators that can be represented as second order functional programs composed of numerical integration and root extraction routines. We have developed a system that uses first order Horn logic to synthesize numerical simulators built from these components. Our approach is based on two ideas: first, we axiomatize only the relationship between integration and differentiation. We neither attempt nor require a complete axiomatization of mathematical analysis. Second, our system uses a representation in which functions are reified as objects. Function objects are encoded as lambda expressions. Our knowledge base includes an axiomatization of term equality in the lambda calculus. It also includes axioms defining the semantics of numerical integration and root extraction routines. We use depth bounded SLD resolution to construct proofs and synthesize programs. Our system has successfully constructed numerical simulators for computational design of jet engine nozzles and sailing yachts, among others. Our results demonstrate that deductive synthesis techniques can be used to construct numerical simulation programs for realistic applications.     

基于虚拟环境的制造系统仿真优化平台

根据国外先进仿真优化理念,提出了一种面向制造系统的仿真优化平台,构建了基于模型与算法分离的仿真优化系统框架以及仿真优化与虚拟建模环境子系统,并设计了一种新的基于遗传算法的混合优化算法用于驱动仿真优化引擎．在以上研究成果的基础上,开发了面向制造系统的仿真优化平台——Simopt．最后,通过实例验证了该系统的有效性．     

深锥筒形件挤压工艺的数值模拟优化

用MSC Superform软件对温挤压成形工艺进行模拟,分析并优化不同挤压模型的金属流动情况及应变大小,对比不同工艺条件下的挤压力大小. 模拟结果表明,综合考虑金属流动情况和模具强度及使用寿命,选用一步挤压并且成孔较好,对实际生产指导意义较强.     

一种非标准共轭梯度法的收敛性及数值模拟

本文对无约束优化问题提出了一种新的非标准共轭梯度算法,该算法的搜索方向类似于曲线搜索算法的方向。证明了新算法的全局收敛性,并通过数值模拟验证了该算法是有效的和快速的。     

面向数值模拟数据的HDF5性能优化

大规模数值模拟数据对可视化分析提出了挑战,I/O是影响可视化交互性能的重要因素.HDF5是科学计算领域广泛采用的存储格式,介绍了HDF5的抽象数据模型、数据读写流程,并使用典型数值模拟数据测试了HDF5的读性能.测试发现HDF5的数据集定位开销较大.根据数值模拟数据的数据块以整数有规律编号的特点,通过在HDF5中增加数据块视图对象来提高读性能.测试表明,该方法可显著加速数据的读取性能.     

演化仿真优化的并行实现及其应用

由于仿真对象的复杂性，一些仿真模型很难用有效的解析函数来表达，同时演化算法不要求优化目标具有连续，可导等特点，因此，演化算法用于仿真优化具有很大的优越性，针对仿真优化这一领域提出了演化仿真优化的概念及其形式化语言描述，并给出了演化仿真优化的算法实现框架，演化仿真优化的模型评估需要大量的计算时间，根据仿真优化的特点，提出主／从模式，粗粒度孤岛仿真优化模型及它在PVM，DCOM下的实现，并给出了两个控制器优化设计的实验，仿真试验的结果表明：对于演化仿真优化来说主／从模式的并行度要高于粗粒度孤岛模型，并得出以下结论，对于演化仿真优化来说仿真模型越复杂，主／从模式的性能越好。     

多媒体仿真编程中的资源优化问题研究

结合“高炮仿真训练仪^[1]”编程过程分析,介绍多媒体仿真编程中,对内存和硬盘资源进行优化操作的几种方法。