板中Lamb波传播过程仿真分析

为了给料位测量的实验研究提供理论上的依据，该文以实验室装置为对象，在合理的简化假设条件下，采用波动理论结合相应的边界条件，建立了板中Lamb的色散方程。通过对方程的求解得到了板在一定厚度范围内变化所对应的色散曲线。通过分析钢板中相速度变化曲线，得出如下几个规律：Lamb波在板中传播时，存在多个模式；当板厚确定时，频率越高，存在的模式将越多；当频率一定时，板的厚度增加，各个模式之间将越密集。     

三棱镜色散仿真模型的设计

利用软件技术对三棱镜色散进行仿真模型的设计,详细介绍了该仿真模型的数学模型的建立方法,按照模块化程序设计的理念,建立了程序的系统结构,并开发了仿真模型的核心程序,该模型能很好地仿真模拟三棱镜的色散现象。     

生物柴油分子系统凝固过程的分子动力学模拟

具有良好的低温流动性是生物柴油的重要特性之一,而这一性质与系统的凝点相关联.本文以硬脂酸甲酯、油酸甲酯等7种常见生物柴油组成分子为研究对象,通过建模构建了7种单组份生物柴油分子的模拟液态模型.利用分子动力学方法对7种液态模型系统的凝固过程进行了研究.采用PCFF力场,在一定的模拟条件下,对系统进行逐次降温分子动力学模拟.根据分子动力学轨迹,计算了不同温度下系统的热容、碳原子自扩散系数以及分子链的头尾距.模拟计算得到的液态热容合理.利用“热容法”和“扩散系数法”对不同系统的凝点进行判断,发现凝点区间基本一致,且与实际凝点基本相吻合.而采用2种区间交集的方法得到的凝点区间则与实际凝点十分相近.以油酸甲酯为例,模拟观察到,随着温度降低,分子链总体呈伸展趋势,符合热力学基本原理.在油酸甲酯的凝点前后,链长及链的微观结构存在明显差异.模拟结果表明,本实验方法对研究生物柴油分子系统确实有效.     

光纤通信系统的计算机仿真

为了高效地完成日趋复杂通信系统的仿真研究,在对光纤通信系统分析的基础上,利用optisystem仿真软件,建立了高速大容量光纤系统的仿真模型,得到了高速光纤通信系统特性、激光器的调制频率、偏置电流的关系,以及光纤的损耗和色散的仿真结果。亦可利用此仿真软件非常灵活地设计满足需要的仿真系统。     

在MPICH集群分布系统下复杂分子动力学的并行计算

在以MPICH技术构建的局域网集群系统下,利用分子动力学并行计算软件Protomol和三维分子模拟软件VMD构建大规模并行计算平台,完成若干复杂分子动力学典型实例的仿真运算。计算结果表明：采用并行计算能持续有效地利用现有计算机资源,同时大幅度提高计算效率,在现有并行集群系统下可以获得3倍以上的加速比,为实现复杂分子动力学的深入研究提供了可行方案。     

流域系统森林作用水文动态过程的仿真分析

该文对森林状态所引起的流域系统水文动态过程特征的变化作了计算机仿真分析。流域系统的森林状态随时间变化,包含森林的自然生长、采伐、造林等。而自然地质环境,如地形地貌等流域特征相对保持稳定。所以不同时期的流域水文动态过程特性变化主要由森林状态的变化所引起。选择长江流域湖南省境内三个集水面积在500-950KM^2的流域系统,收集连续30年的水文气象数据,以连续和5年数据作为一组,分成多个对比样本系列,辨别不同时期的水文动态过程模型。应用的模型有ARX和模糊神经网络。对模型作脉冲输入的响应仿真,得到不同时期的水文动态过程特性。比较各个时期的流域水文动态过程特性和相应时期的森林状态,得出了森林作用于水文动态过程的一些结论。     

新型THz微结构传输光纤的仿真设计

近几年,太赫兹( THz)波及其相关技术的研究逐渐成为热点,因此寻找一种低损耗、近零平坦色散的THz波导成为研究的目标。文中运用全矢量有限元法,并利用COMSOL软件设计了一种新型THz波光子晶体光纤,其包层的孔间距恒定、各层孔直径变化;对所设计的新型THz光子晶体光纤的损耗、色散特性进行数值计算与优化。计算结果表明,这种THz光子晶体光纤工作在130~140μm(2.1~2.3 THz)之间时,损耗值低于0.06 dB/km,色散值在0.2 ps/( nm·km)到0.27 ps/(nm·km)之间,色散斜率为0.6 ps/(nm·km2),可以实现长距离、高性能THz波传输。     

氯霉素分子印迹聚合物预组装过程的分子动力学研究

以氯霉素(CAP)为模板分子,甲基丙烯酸(MAA)、丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)为功能单体,采用分子动力学方法研究了不同预组装体系中CAP与功能单体的相互作用,考察了溶剂(氯仿、甲醇、乙腈)对预组装体系的影响,并采用试验方法验证模拟结果,最后研究了预组装体系中CAP与功能单体相互作用距离。结果表明:模拟结果与实验结果一致,在甲醇溶剂中,CAP与功能单体相互作用强弱顺序为MAA>AA>AM>MMA;乙腈溶剂中顺序为AM>MAA>AA>MMA。CAP与功能单体相互作用基团的距离在1.8~5.0,两者间可能存在较强的非共价结合作用。     

过程自动化仿真系统

介绍了作者研制成功并投入实际应用的一套易扩展、易移植、开放性的过程自动化仿真系统,该仿真系统包含了从过程自动化模型对象的生成到运行的各个环节,为灵活、方便、有效地进行生产过程自动化的操作培训和仿真研究提供了一套先进实用的工具。文章就该仿真系统的体系结构、性能特征、设计原理和经济效益等方面进行了分析。     

三维视景仿真系统中仿真过程管理的研究

三维视景仿真系统的仿真过程管理一直是计算机图形学领域的热点之一。三维视景仿真系统的研究主要集中在虚拟环境的真实性方面,仿真过程管理的研究还没有被很好地解决。文中按照功能将三维虚拟视景仿真系统分为七个模块：数据输入、键盘输入、配置文件、消息映射、场景控制、仿真环境显示、数据记录;又从用户角度划分出三个模块：输入模块、处理模块和输出模块。同时,文中提出了配置文件和三维模型XML描述两种关键方法,分别用来存储仿真环境相关数据和简化模型调用方式,提高了虚拟仿真系统的通用性。此方法在三维视景仿真系统的开发过程中成功地进行了应用。     

液态金属凝固过程分子动力学模拟的并行算法研究

本文对原来只适用于在微机上对由５００～１０００个液态金属原子组成的小系统的凝固过程进行分子动力学模拟研究的串行计算程序作了深入分析,并进一步将其改造成为可以在并行处理系统上对由５００００～１０００００个以上原子组成的大系统的凝固过程进行分子动力学模拟研究的并行计算程序,这样,将使模拟研究的系统可容纳的原
原子数扩大１００倍以上,因而其模拟研究的结果将更接近于真实情况。     

双辊薄带连铸凝固过程的数值模拟与分析

建立双辊薄带连铸凝固数学模型,并利用有限元软件对薄带连铸凝固过程进行数值模拟. 通过比较和分析不同网格划分方法对计算结果的影响,为进一步研究薄带连铸凝固过程奠定基础.     

非晶材料晶化过程温度-电特性测试系统的设计

提出了非晶材料晶化过程温度控制和电阻率测试的总体设计方案,介绍了测试系统的控制算法及硬件和软件设计。在电阻率测试中采用四探针方法,克服了接触电阻和引线电阻的影响;在温度控制中采用了组合自校正算法,满足了调节和跟踪两个方面的要求。试验表明,本测试系统完全满足了非晶材料晶化过程电特性研究的需要。     

纳米切削分子动力学仿真可视化研究

为了更好的理解纳米切削的机理，陔文使用C＋＋和OpenGL技术构建了纳米切削分子动力学仿真可视化系统MDView。MDView根据仿真模型特点采用面向对象技术动态建立与仿真结果对应的原子集合类，应用显示列表和显示细节技术优化可视化性能。实现的三维数据显示、剖视显示和交百操作功能可用于仿真结果观察和程序调试。最后利用MDView对金刚石刀具切削单晶铝材料的纳米切削分子动力学仿真进行了可视化。可视化结果对于调试纳米切削分子动力学计算程序和观察切削变形起到了良好的作用。     

分子动力学模拟中负载平衡方法的应用

文章针对三维分子动力学并行数值模拟中出现的负载不平衡现象,在静态负载平衡基础上,提出了一种简单有效的动态负载平衡算法。通过对三维分子动力学的并行数值模拟试验,此算法可以使得负载基本达到动态平衡,并进一步提高了并行效率。     

纳米水流控制器的分子动力学模拟

纳米水流控制器可用于调整生物膜两侧的渗透压,同时在生物大分子以及纳米颗粒的输送方面也有着重要的应用价值。本文中所提出的纳米控制器由石墨烯和两节不同直径的单壁碳纳米管(SWCNT)形成的组合结构,并将由不同管径组合成的碳纳米管作为生物大分子以及纳米颗粒的通道。通过改变非均匀电场的场强实现对纳米尺度下受限空间水流的控制,利用水流的水分子偶极方向的变化驱动碳纳米管内的输送颗粒。本文通过构造垂直于碳纳米管轴径方向的非均匀电场作用于纳米水流控制器,并利用分子动力学模拟的方法对不同斜率梯度电场下的纳米水流控制器进行研究分析。     

基于FPGA的分子动力学模拟交互控制系统

在分子动力学模拟系统中,实现分子间短程力的计算需要频繁地传输与大量的粒子数据访问。为了减轻CPU的计算负载,可以使用FPGA加速计算。但是,在基于FPGA的分子动力学模拟系统中,短程力计算模块面临巨大的数据传输压力以及访存冲突问题。针对这些问题,基于FPGA上有限的硬件资源,提出一种交互控制系统。该系统由取数控制模块与粒子数据解析模块组成。整个系统通过合理的数据编排以及2个模块的协同工作,实现粒子数据从片上存储到短程力计算模块的快速可靠的传输。通过硬件仿真和板级实验验证了该系统在处理粒子数据过程中的有效性和可靠性。     

水溶液中颗粒输送器的分子动力学模拟

由于许多实际纳米颗粒的电荷和极性十分微弱甚至可以忽略不计,这阻碍了电场产生直接驱动纳米颗粒。基于在梯度电场诱导下的纳米颗粒可自发从电场强度高的位置迅速移动到电场强度低的位置这一原理,本课题使用不同斜率的垂直梯度电场驱动控制水溶液中纳米颗粒,实现纳米颗粒定向运动。根据分子动力学模拟结果得出当梯度电场斜率合适并且颗粒的大小与输送颗粒管道直径相匹配时,纳米颗粒可以达到较好的输送效果。该结果对于水溶液中分子马达、分子水泵、分子筛以及分子开关的设计有着重要的参考价值。     

使用GPU加速分子动力学模拟中的非绑定力计算

在分子动力学模拟(MD)中,对非绑定力的计算需要花费大量的时间。本文提出了基于CUDA和Brook+的两种双精度算法,分别在NVIDIA和AMD两款主流GPU上实现了非绑定力的计算,借助GPU的计算能力加速了整个MD程序。算法对MD进行了任务分割,采用区域分解的方法将非绑定力的计算映射到GPU的计算核心上,同时针对两款GPU的各自特点提出了线程块内共享存储、最小化数据集两种优化方法。性能测试结果表明,与Intel Xeon 2.6GHzCPU的单核相比,43.2万粒子的高速粒子碰撞模拟,在配置NVIDIA Tesla C1060的系统上性能提高了6.5倍,在配置AMD HD4870的系统上性能提高了4.8倍。