带矢量ABC底面的共形完全匹配层

共形完全匹配层是一种有耗各向异性媒质组成的凸且光滑的壳体,其底面一般是PEC面或PMC面,但是PEC面或PMC面会对原散射场产生反射;为了减少底面反射,将CPML原有的PEC（或PMC）底面改为矢量ABC吸收边界,并给出了带矢量ABC底面的CPML泛函公式。通过数值算例证明,这种带矢量ABC底面的CPML边界不仅减少了底面反射,而且吸收效果好,计算精度高。     

基于正交轨迹的共形PML数值仿真方法

从材料的观点看,完全匹配层是各向异性的介质.场在完全匹配层遵从麦克斯韦方程.通过设计磁导率和介电常数张量参数来实现任意形状的共形完全匹配层.为匹配层动态稳定,可应用二维正交轨迹网格和FDTD方法实现了数值共形完全匹配层仿真,数值仿真结果表明基于正交轨迹网格的共形完全匹配层为一个共形FDTD或FEM方法提供了一个有效地吸收边界条件.     

一种基于模板匹配的手形认证算法

身份认证是保证信息与网络安全的一种重要手段,手形认证是身份认证的重要方法之一。传统手形识别方法大致分成特征矢量匹配和点模式匹配两种:前者通过计算手形的长度和宽度等特征矢量来对不同手形进行匹配认证,该方法计算量小,但是误识率偏高;后者通过将手形轮廓图象表示为一系列特征点集,然后对两个手形的特征点集进行匹配认证,误识率较小,但计算量和拒识率相对较大。以上原因导致了两种算法都不能被广泛应用。该文提出了一种基于模板的点匹配算法,可以较好地解决点模式匹配计算量过大的问题,同时也能够提高认证识别率。在认证过程中还采用了方向角及膨胀收缩修正等方法,使得模板的匹配速度和拒识率得到有效的改善,从而大大增强了认证过程的鲁棒性。     

一种适用于任意复杂结构的曲六面体网格生成算法

曲六面体网格自动生成是时域谱元法发展的瓶颈问题。本文采用基于体基函数的协变投影算法,将一个10节点曲四面体单元分解为四个20节点曲六面体单元,从而形成一种适用于任意复杂结构的曲六面体网格生成算法。使用该算法能够将曲四面体单元均匀分割,且确保新形成的曲六面体单元的翘曲最小。典型算例表明,使用该算法建立的曲六面体离散模型,完全满足时域谱元法的计算精度要求。     

基于OpenCL的GPU加速三维时域有限差分电磁场仿真算法研究

提出了一种基于开放运算语言（OpenCL）的GPU加速三维时域有限差分（FDTD）电磁场仿真计算的方法．该方法利用图形处理单元（GPU）的并行处理特性并结合OpenCL接口标准实现了时域卷积完全匹配层（CPML）吸收边界条件的三维FDTD的高性能加速计算．首先设置FDTD仿真参数并动态申请内存空间,然后初始化OpenCL的计算参数,对三维电磁模型基于OpenCL进行FDTD加速仿真．本方法显著提升了FDTD电磁场仿真速度,与利用CPU计算相比速度提升可达5-8倍,且具有CPML吸收边界条件,可以模拟电磁波在自由空间的传播;基于OpenCL编译的语言程序可以运行在CPU或GPU硬件上,并可充分发挥多核CPU的并行计算能力,使得FDTD电磁场仿真具有更广泛的实际应用．     

基于结构化网格自动划分的汽车发动机强度分析

使用三维设计软件CATIA设计了汽车发动机的复杂结构,然后在网格划分软件HARPOON中将设计的发动机零件自动划分为以结构化六面体网格为主的有限元网格,最后在大型非线性有限元软件ABAQUS中,分析了发动机在静力和动力作用下的应力分布.计算结果表明,采用结构化六面体网格,单元数量少,计算速度快,结果可靠;而采用四面体网格,单元数量大,对于同样配置的计算机,无法进行四面体网格的模型的计算.网格尺寸增加后,单元数量减少,计算机可以计算四面体网格模型,但计算结果与六面体网格偏差比较大.     

基于片分割的六面体网格生成方法

为了发展一种保证边界质量、考虑全局信息、具有较高计算效率的六面体网格生成技术,提出了基于片分割的六面体网格生成方法.首先在标架场的指引下由实体表面的环扩展出一层六面体单元,然后用该六面体单元层将原实体分割为2个更小规模的子实体,最后采用同样的方式递归处理子实体直至子实体为空.该方法采用分而治之的策略,适宜于并行化.数值实验结果表明,文中方法生成的网格与当前领先的网格生成方法生成的网格质量相当.     

基于多向小十字块模板的块匹配运动估计算法

在研究和分析图像压缩中块匹配运动估计算法的基础上,提出了一种采用多向小十字模板进行快速块匹配运动估计算法MP-SDSP,算法根据序列图像中运动矢量场中心偏置分布特性,利用一条以上的路径寻找最优运动矢量,避免了在快速搜索中陷入错误路径。试验结果证明,在搜索精度基本相同的情况下,MP-SDSP算法能有效减少搜索点数,提高搜索速度,并适应小运动块和大运动块的搜索。     

基于模糊数据模型的智能查询优化算法

为实现对数据库信息查询时使用自然语言与计算机交流,提出了一种智能查询优化算法-IIOP算法;首创提出将模糊查询与相似查询结合的思想,其中模糊匹配查询更符合人脑思维特性,更合理有效;为提高查询效率,在进行查询时首先对原始数据序列提取能反映数据变化趋势的特征极值点,然后仅对特征极值点进行相似查询,极大减少了数据存储量,提高了查询计算速度。该算法经实验验证切实有效可行,相对其它算法能明显提高查询速度和准确率。     

基于新方向性菱形-弧形搜索的运动估计算法

提出一种采用弧形、小十字和大菱形模板进行快速块匹配运动估计的算法NODAS,利用序列图像中运动矢量场中心偏置分布特性,将小十字模板扩展为方向性菱形模板处理中心区域的搜索,使用大菱形-弧形模板处理大运动矢量的搜索。试验结果证明,在搜索精度基本相同的情况下,NODAS算法能有效减少搜索点数,提高搜索速度,较好地应用于小运动矢量和大运动矢量的搜索中。     

一种求解地震波方程的高效并行谱元格式

地震波数值模拟在地震学和地震勘探中扮演着非常重要角色.在已有工作的基础上,提出1种高效并行的地震波PML方程谱元格式.PML被引入地震波方程以吸收外向波进而模拟无界区域.进一步,为了适应复杂地形同时允许时间显式推进,谱元方法被用来离散地震波PML方程.由此得到地震波PML方程谱元格式.在此基础上,阐述了单元刚度矩阵分解性质,并说明了利用单元刚度矩阵分解可以大幅减少刚度矩阵存储量同时显著加速刚度矩阵与向量乘积,进而显著减少格式的计算量和存储量.此外,算法复杂性分析表明格式无论在计算量上还是在存储量上都优于几种已知的1阶地震波PML方程谱元格式.结合并行技术,给出了高效并行的地震波PML方程谱元格式.数值实验验证了格式的正确性、良好的强弱并行可扩展性以及对复杂地形的适应性.     

High performance sparse static solver in finite element analyses with loop-unrolling

Symmetric positive definite equation solvers play a very important role in promoting the efficiency of the finite element analyses (FEA). The focus of this paper is to describe a new storage scheme—cell-sparse storage scheme—and the corresponding algorithm of the direct symmetric positive definite equation solver in FEA. Loop-unrolling (or simply unrolling) techniques are incorporated into sparse solvers to enhance the vector speed. Sparse storage schemes, out-of-core strategy, and numerical factorization are discussed. The performance in terms of elapsed time and memory requirement of different solvers are demonstrated by finding static displacement vectors for practical engineering problems. Numerical tests indicate that the cell-sparse storage scheme and the two-level unrolling can improve the performance of symmetric positive definite equation solvers significantly.     

Higher-order Finite Elements for Hybrid Meshes Using New Nodal Pyramidal Elements

We provide a comprehensive study of arbitrarily high-order finite elements defined on pyramids. We propose a new family of high-order nodal pyramidal finite element which can be used in hybrid meshes which include hexahedra, tetrahedra, wedges and pyramids. Finite elements matrices can be evaluated through approximate integration, and we show that the order of convergence of the method is conserved. Numerical results demonstrate the efficiency of hybrid meshes compared to pure tetrahedral meshes or hexahedral meshes obtained by splitting tetrahedra into hexahedra.     

FDTD方法吸收边界条件的研究及应用

用时域有限差分法(FDTD)求解电磁散射问题中,吸收边界条件的设置起着关键性作用.通过时间和空间上的递推算法对时域有限差分法中的两种吸收边界条件:Mur吸收边界条件和完全匹配层(PML)的吸收效果进行了比较和分析.同时,引入参数对PML的差分方程进行了优化,避免了将电磁场分裂为两个分量进行计算,进而降低了计算内存开销.实验结果证明PML具有更优越的吸收性能.最后,在FDTD算法中应用PML吸收层对一圆柱形导体的雷达散射截面积(RCS)进行数值仿真,验证了FDTD算法在计算雷达散射截面积(RCS)上的有效性.     

Construction of higher‐order curl‐conforming finite elements and its assembly

Different choices are available when constructing vector finite element bases in real coordinates. In this communication, two different designs of higher‐order curl‐conforming basis functions are introduced and explained, showing the particularities of its assembly. Tetrahedra and hexahedra are used as element shapes to assess the effect of triangular and quadrilateral faces on the two considered constructions of basis functions. A comparison of their robustness in terms of the condition number of the finite element matrices for a number of distortions is included.     

On the existence and convergence of the solution of PML equations

In this article we study the mesh termination method in computational scattering theory known as the method of Perfectly Matched Layer (PML). This method is based on the idea of surrounding the scatterer and its immediate vicinity with a fictitious absorbing non-reflecting layer to damp the echoes coming from the mesh termination surface. The method can be formulated equivalently as a complex stretching of the exterior domain. The article is devoted to the existence and convergence questions of the solutions of the resulting equations. We show that with a special choice of the fictitious absorbing coefficient, the PML equations are solvable for all wave numbers, and as the PML layer is made thicker, the PML solution converge exponentially towards the actual scattering solution. The proofs are based on boundary integral methods and a new type of near-field version of the radiation condition, called here the double surface radiation condition. Partly supported by the Finnish Academy, project 37692.     

Multipoint flux mixed finite element methods for slightly compressible flow in porous media

In this paper, we consider multipoint flux mixed finite element discretizations for slightly compressible Darcy flow in porous media. The methods are formulated on general meshes composed of triangles, quadrilaterals, tetrahedra or hexahedra. An inexact Newton method that allows for local velocity elimination is proposed for the solution of the nonlinear fully discrete scheme. We derive optimal error estimates for both the scalar and vector unknowns in the semidiscrete formulation. Numerical examples illustrate the convergence behavior of the methods, and their performance on test problems including permeability coefficients with increasing heterogeneity.     

广义霍夫变换的改进

提出基于广义霍夫变换（Generalized Hough Transformation,GHT）的改进算法．与传统方法比较,新方法将参考点设在形状边界上,可以减少内存的需要,并且用于寻找峰值的速度也大大提高．理论上,改进后的算法对内存的需要是一个基于形状描述复杂度的函数,越是精确和高级的形状和特征描述,意味着节省的内存空间越大．最后,将改进的GHT应用于物体形状识别,取得一些实验性效果．     

一种广义霍夫变换的改进

本文提出了基于广义霍夫变换(GHT)的一种改进。通过将参考点设在形状边界上,新方法与传统方法比较,霍夫变换可以减少内存的需要。与此同时,用于寻找峰值的速度也大大提高了。从理论上说,改进后的算法对内存的需要是一个基于形状描述复杂度的函数。越是精确和高级的形状和特征描述,意味着更大的内存空间减少。最后,将改进的GHT用于物体形状识别,取得一些实验性效果。     

一种新的材料微结构电磁场效应数值模拟方法

为了定量揭示材料微结构与入射电磁波引起的材料内电磁场效应之间的内在关联性,借助可以表征能量流动方向和大小的Poynting矢量,通过程序设计结合有限元数值模拟的方法实现了材料微结构电磁场效应的计算。建立了材料微结构电磁场效应数值分析有限元模型。在数值计算中,将Poynting矢量正交分解为三个不同方向分量,计算了材料微结构的吸收、透射和波源方向反射效应;根据Poynting矢量在反射方向的分量,计算了任意反射方向的反射效应。研究方法对任意微结构均具有适用性。