有机材料的分子模拟模型(Ⅰ):单分子链的构建

为了解决有机物分子模拟中的模型问题,提出一种有机材料单分子链模型的构建方法.该方法可以分成两部分:"随机行走"法和"定向行走"法.采用"随机行走"法构建具有开环结构的有机单分子链模型;采用"定向行走"法构建具有闭环结构的有机单分子或官能团模型;且采用"随机行走"法和"定向行走"法结合来构建具有这两种结构的有机单分子链模型;采用分子模拟方法来得到合理的分子构型.通过典型实例证明了该方法简单方便并且是行之有效的.     

联苯酯侧基聚酰亚胺结构和性能关系的分子模拟

联苯酯侧基聚酰亚胺是一种新型可溶性聚酰亚胺,在前期通过实验对其宏观性能研究的基础上,采用计算机模拟技术对该PI进行了结构研究,并与不含联苯侧基的PI进行了对照,通过建立合理单链分子结构模型及三维周期性边界条件下的本体结构模型,计算了相关二胺单体N原子的净电荷、聚合物PI的溶解度参数,元胞中的自由体积及分子链中C-N单键旋转位垒的协同效应,从分子水平的角度合理地解释了由于侧基的引入导致了二胺单体的活性下降,从而降低了其相应聚合物的特性粘数;破坏了聚合物本体中分子链的规整堆砌,增大了聚合物的溶解性并降低了聚合物的密度;减小了主链上单键协同运动的能垒,从而降低了聚合物的玻璃化转变温度一系列宏观性质上的差异.同时,为从分子水平上设计具有既定宏观性能的侧链聚酰亚胺分子结构,提供了方法和指导.     

可降解生物陶瓷体内演变过程的模拟

元胞自动机是复杂系统的重要研究方法，基于元胞自动机理论建立了可降解生物陶瓷植入体内后的吸收和骨化模型，其研究目的是通过仿真建模探讨可降解生物陶瓷的降解和新骨形成的机理。通过编程动态实现了仿真过程，获得了材料降解和新骨生长的动力学曲线，仿真结果与动物实验结果基本一致。     

基于不规则元胞的主轴温度－结构场耦合热拓扑优化设计方法

为了适应复杂的几何形状,避免传统的规则矩形元胞不能均匀地覆盖设计区域的问题,实现主轴结构耦合场热拓扑优化设计,提出基于不规则元胞的混合元胞自动机法（HCAM）耦合场主轴热拓扑优化设计方法. 该方法以数值传热学的相关理论为基础,用三角形元胞来替代传统的矩形元胞,并引入局部网格细化的思想,在应力集中或应变急剧变化的区域实现局部元胞细化,使得整个结构的元胞尺寸自适应变化. 通过案例对比分析验证了该方法的可行性,该方法可以有效地适应复杂结构形状、减少元胞单元和有限元网格的数量以及降低元胞单元与有限元网格之间映射的难度. 利用不规则元胞的HCAM对主轴结构进行不同工况下的温度－结构场耦合热拓扑优化设计研究,最终获得的热拓扑优化构形结果不仅减少了主轴结构材料,而且改善了其热态特性.     

改进型CTM模型突发事件下的拥堵传播规律

通过引入元胞长度和元胞交通流密度2个参数,克服了原元胞传输模型(CTM)需要所有元胞统一长度的局限性.同时,结合传统的基本图方法和三相交通流理论,构建了考虑迟滞现象的MCTM模型,并研究了突发事件下快速路通行能力下降导致交通拥堵的形成及消散过程.仿真结果表明:模型能恰当反映城市快速路突发事件下的交通拥堵演化特点.     

扩散过程的元胞自动机模拟

以元胞自动机为研究方法,通过编写Matlab程序,以演化示意图的形式,模拟了圆域内的扩散过程,给出了累积演化率曲线.同时,用微积分的方法,解析了该扩散过程,并结合实例与元胞自动机方法对比.研究证明,元胞自动机可以生动形象地模拟扩散过程,且与微积分得到的结论一致.     

元胞自动机模拟及其在金属材料设计中的应用

元胞自动机模拟方法由于其结构简单,易于并行运算而在工程领域有着广泛的应用。本文介绍了元胞自动机的产生和发展,以及其划分,基本原理,模型建立的步骤。综述了元胞自动机方法在材料设计中的应用,包括再结晶方面和相变方面。     

基于CA非均质性邻接关系的城市扩张模拟

针对传统元胞自动机(CA)均质性邻接关系的假设条件,提出非均质性CA模型(HA-CA),通过引入基准地价等要素将邻域元胞的空间异质性融入模型.研究采用Python脚本语言分别构建了传统CA与HA-CA模拟算法,实例研究显示:基准地价的引入使得模拟精度等到提升,且HA-CA模拟的城市用地扩张更趋近于中心城区周边分布,布局更加符合城市的发展方向,而仅考虑数量而不考虑城镇建设用地质量差异的传统CA模型,在面临多等级城市扩张模拟时会面临"失效"的可能.此外,不同建设用地类型转换机制上的差异是CA模拟结果与实际情形存在出入的重要原因,基于基准地价的HA-CA更适用于模拟住宅和商业用地扩张.     

一种用于微观组织模拟的三维元胞自动机模型

元胞自动机是复杂体系的一种理想化模型,特别适合于处理那些难以用数学定量描述的复杂动态体系问题,如材料微观组织的演变模拟．它非常适合于计算机模拟实施．利用C 计算机语言,运用OpenGL网形函数库建立了一种三维元胞自动机模型．该模型具备了经典元胞自动机的基本特征,因此可以根据需要进行扩展．由于运用了0penGL的实时3D技术使得模拟结果更加逼真,并可以从多角度进行观察．文中运用该模型进行了简化的枝晶生长模拟,并与二维的模拟结果进行比较,验证了该模拟的正确性．     

元胞自动机与计算机模拟

元胞自动机是时间和空间都离散、物理参量只取有限数值集的物理系统的理想化模型,在该系统中每个元胞都具有其内在状态,并由有限数量的信息位组成。近年来,元胞自动机模型应用于各个领域,特别在计算机模拟中取得了较大进展。本文将从介绍元胞自动机理论入手,探讨元胞自动机技术应用于计算机模拟。     

PVDF单轴拉伸的第一性原理和分子动力学模拟

为得到聚偏二氟乙烯(PVDF)的大变形拉伸特性,应用第一性原理方法模拟了β相PVDF分子链的在单轴拉伸下的能量及构型变化,得到了β相分子链拉伸过程中发生断裂时的临界键长、临界断裂能量、临界拉力以及分子链弹性系数的变化规律．接着用一种新颖的方法构造了无定形PVDF的立方元胞模型并用于单轴拉伸的分子动力学模拟．模拟中分别考虑链不被拉断和链允许被拉断两种情况．第1种情况下,拉伸应变率分别为10¹⁰, 10⁹和10⁸ s-1,得到了应力应变关系和构型变化;第2种情况下,拉伸应变率分别为10⁹ s-1, 5×10⁸ s-1和准静态,得到了应力应变关系和断裂前后的构型．同时分析了一些关键的形变信息和影响模拟结果的一些关键因素．模拟结果表明,不仅对于理解PVDF的拉伸变形机制具有较重要意义,而且对于其他无定形材料的拉伸模拟具有参考价值．     

一种非完全初等元胞自动机模拟

提出了一种非完全初等元胞自动机模型，即奇偶元胞自动机，并根据该模型进行了大量的计算机模拟实验，其结果显示，该模型的内涵比一般的初等元胞自动机丰富。     

二维正则伊辛模型的元胞自动机模拟

提出一种研究伊辛(Ising)模型的元胞自动机演变规则:在二维正方格阵的每个格点上放置一个Ising自旋磁子,设定该系统中磁子的状态和演化规则.这样,就可以直观地显示伊辛模型的自发磁化演化过程,并且观察到二维正则伊辛模型的临界相变,得到了系统磁化率相图.文章描述的方法丰富了元胞自动机模型研究伊辛模型的演化规则,得到了较好的结果,并为三维伊辛模型的仿真计算打下基础.     

二维无规行走链和自回避行走链的计算机模拟

编写了四位置模型的键长涨落算法 ,表征了二维无规行走模型链 (RW链 )和自回避行走模型链 (SAW链 )的均方末端距和均方半径与聚合度之间的标度关系 ,计算结果与deGennes对此所做的标度分析基本相符。     

基于遗传元胞机的多态性作业车间布局建模

针对多态性作业车间布局问题,根据车间物流关系和二维空间约束条件,构建车间元胞机框架模型,并且引入遗传算法优化模型当中的自组织演化规则,最终建立多态性作业车间布局遗传元胞机模型.采用系统布置设计方法求取布局方案的初始解,在保证初始解有效性的基础上提高算法的寻优速度和精度,以物料搬运费用最小、车间面积利用率和设备平均利用率最大为模型多目标函数.通过实例验证了遗传元胞机模型求解多态性作业车间布局的可行性与实用性.     

轨迹分析与元胞自动机在土地利用动态模拟中的应用

元胞自动机模型是一种时间、空间、状态都离散,空间上相互作用及时间上因果关系皆局部的网络动力学模型.在该类模型研究中,经常将其与其他类型模型相结合使用,以提高模拟有效性.轨迹分析是一种可用来分析时序动态变化的新方法.本文在总结、分析元胞自动机与轨迹分析模型各自特点的基础上,探讨了两者在土地利用动态变化研究中联合应用的可能性,为以后建立基于轨迹分析与元胞自动机的土地利用动态模型奠定理论基础.通过对天津滨海新区土地利用变化进行初步模拟,证实了该理论的可行性.     

古建筑木质结构物理性质变化预测

采用神经网络的CA模型对古建筑物理性质变化进行预测.应用X光探测采集的古建筑木质构件的灰度图,使古建筑木质构件的灰度图中的每个像素点与神经网络的CA模型中的每个元胞一一对应,运用CA模型中"灰度"的概念通过神经网络的训练学习计算出每个元胞的灰度值的变化,从而得出古建筑木质构件随时间推移而受损的情况.通过实例得到了经过预测后木质材料随时间推移而受损情况的图片.     

元胞自动机与计算机模拟

元胞自动机是时间和空间都离散、物理参量只取有限数值集的物理系统的理想化模型，在该系统中每个元胞都具有其内在状态，并由有限数量的信息位组成：近年来，元胞自动机模型应用于各个领域，特别在计算机模拟中取得了较大进展。本文将从介绍元胞自动机理论入手，探讨元胞自动机技术应用于计算机模拟。     

基于单胞数字化模型的三维编织复合材料本构关系数值模拟

在渐近均匀化理论基础上，确立了基于单胞数字化模型的复合材料宏观等效弹性性能的三维数值分析方法（DCB—FEA）．该方法采用三维光栅化技术将三维单胞模型转化为三维光栅图形（数字化模型），并将光栅图形直接转化为三维有限元求解网格，产生的离散单元具有相同的几何尺寸和规则的形状，单元刚度矩阵的数量将减少为单胞材料的个数．此外，单胞数字化模型仅需记录每个离散单元的材料种类，其他参数如单元节点编号、节点坐标等均可在求解过程中自动生成，周期性边界条件也可以自动施加．随着分辨率的提高，单胞数字化模型将产生更多数量的单元，特别是对于三维单胞模型，集成整体刚度矩阵时需要大量的计算机内存．采用基于Element-by-element策略的预处理共轭梯度法（EBE—PCG），有限元方程的求解在单元级上进行，避免了整体刚度矩阵的集成．通过对三维编织复合材料的线弹性本构关系的数值模拟，表明该方法可得到较为准确的复合材料等效模量。     

颗粒材料冲击破碎的二维数值模拟

通过移动元胞自动机法(MCA)对颗粒材料冲击破碎的二维数值模拟得到了不同时刻材料破碎的网格图和温度场,并与国外的相关数值模拟及光弹实验结果进行了比较,较好地反映出颗粒材料在冲击载荷作用下的破碎过程,解释了滑石块体、玻璃球在落锤冲击破碎实验中得到的部分实验现象.