仿真助力"双碳"目标高质量实现

应对全球气候变暖,世界各国将"碳达峰""碳中和"作为国家战略,"双碳"目标已经成为全球可持续发展的主要趋势.对于这一重大问题,如何高质量地实现?计算机化的仿真方法就能够承担此项任务.本文就中国的庄严承诺、仿真技术在"双碳"目标的应用与碳达峰、碳中和的主要模拟方法等问题进行初步地探索.     

动态仿真模型的参数曲面族包络体表示

为建立系统仿真中运动单元的动态模型,首先根据仿真单元起始位置和终止位置的部分表面以及运动轨迹推导了包络面族的方程,然后根据包络面形成时与任意两个运动曲面的公切求取曲面族包络的瞬时接触线,为仿真干涉校验算法中计算各运动单元部件扫描体交集提供了理论依据。     

基于光导电渗流的碳纳米颗粒自动化装配仿真

研究碳纳米自动化装配优化问题.50nm碳纳米颗粒的自动化装配,在工业领域中有广泛的应用价值.光电子镊器件的光导电渗流操作方法,可用于纳米尺度自动化装配中.为此,首次通过建立光导电渗流等效电路模型,得到有效装配的交流电源的频率范围.可通过有限元仿真软件Comsol Multiphysics 3.5a,进行了光导电渗流自动化装配50nm碳纳米颗粒的仿真.仿真结果证明,选择合适的频率,可以利用光导电渗流方法实现50nm碳纳米颗粒的自动化富集、装配.从而从理论上解决了光导电渗流可应用于纳米尺度自动化装配系统中,并将为实现碳纳米颗粒的三维器件和纳米传感器提供理论依据.     

云计算在计算机仿真领域的应用与实现

随着云计算技术和计算机仿真技术的不断发展,将云计算技术融合至计算机仿真技术,可以显著提高传统仿真计算中心的使用效率。文章主要介绍云计算技术在计算机仿真领域的应用方向与实现方式,首先介绍云计算和计算机仿真的概念及发展历史,然后介绍仿真云技术的基本概念和应用方向,最后介绍仿真云计算平台的构建与实现方法。     

SIMULINK仿真模型稳定性的研究

该文以同步电机为例,介绍了根据系统微分方程,应用MATLAB SIMULIK软件包构造两种SIMULINK仿真模型的方法。根据派克坐标变换,将同步电机在abc坐标下的数学模型变换为dq坐标下同步电机数学模型;利用后向欧拉法将dq轴下同步电机数学模型中微分方程进行变换,形成另一种同步电机数学模型。运用SIMULINK软件构建这两种同步电机仿真模型,然后,再应用这两种仿真模型搭建两个简单的电力系统来做仿真试验,并讨论两种仿真模型仿真方法的稳定性。仿真结果显示,该模型与仿真方法是正确的,进而扩展了SIMULINK仿真模型的实用范围。     

多项式族稳定性判定问题的多项式算法

利用除零原则,多项式族稳定性的判定问题(系数仿射依赖于参数的情形)可以化为单参数秩2简单二次规划问题.本文用二次规划的理论、Kuhn-Tucker条件,提出了此问题的一个多项式时间算法.可以看到许多重要的结果,如棱边定理和强Kharitonov定理仅是此算法的一个特例.作为简单应用,介绍了区间多项式族Schur问题的一个具体算例.     

管理导向的软件产品族变化性建模方法研究

控制和管理软件产品族变化性对提高软件复用性、满足用户多变需求具有重要意义.提出一种管理导向的软件产品族变化性建模(Management-oriented variability modeling,MOVM)方法,该方法以变化性管理为指导,贯穿于整个软件产品族变化性生命周期以及反馈演化过程,对各阶段设计相应的策略以支持变...     

基于卫星云图的三维立体云仿真

真实立体云仿真是计算机图形学中非常实用的研究.为了实时和逼真研究立体云图仿真,提出了一种基于卫星云图的三维立体云仿真方法.首先利用Micaps3.0处理卫星云图,提取二维云图像,然后从二维云图像中提取云的三维信息,并对其进行空间填充,最后通过充分利用GPU硬件加速改进性能,利用改进Billboard算法实现三维立体云仿真.与以往三维云实现方法相比,改进方法实现简单而且十分高效.实验表明,在气象地理信息系统应用中,方法可以获得更加实时、真实三维立体云效果.     

多线性摄动多项式族的值域及其鲁棒稳定性

讨论多线性相关参数摄动多项式族值域的几何特征，形成了构造该值域的作图方法，从而解决了这类多项式族鲁棒稳定性的分析问题。     

运动系统稳定性的计算机仿真研究

运动稳定性对机构工作性能有重大影响。对于复杂的多参数系统，难以通过理论分析来预测系统的运动趋势，尤其对于存在弹簧，阻尼器等非线性零部件的机械系统。该文采用有限元分析对运动过程进行实时仿真（real time simulation,RTS)研究，模拟运动系统的实际运动过程，从而分析研究运动稳定性与结构参数的关系。该文介绍了这种方法的基本原理和建模方法，并分析了一组弹簧连接物体的运动稳定性。分析结果表明，该方法能够有效地在设计阶段对结构的动力学性能进行预测与评价。     

基于三棱柱体元结构的GIS地层仿真模型

在Delaunay离散点三角剖分算法,自适应三角格网划分算法和散乱数据曲面插值算法的基础上,提出一种新GIS地层仿真模型,描述该模型的对象存储结构,着重于如何获得足够的数据去仿真整个模型,以及对它进行切割并求其截面.     

基于GPU的碳纳米管分子动力学并行仿真

基于计算机的分子动力学仿真具有理论分析方法和实验方法无法比拟的优点,但分子动力学仿真算法计算量非常大,特别是在对碳纳米管的大规模粒子数进行仿真处理时,普通的基于CPU的串行算法执行效率低且耗时多。为此,提出基于统一计算设备架构的碳纳米管分子动力学的图形处理单元( GPU)并行算法,设计并实现仿真算法中适合GPU并行运算的分裂算法,将具有竞争资源的运算以非竞争方式运行。实验结果表明,与CPU串行仿真算法相比,分裂算法的运算速度较快,且在只有16个GPU流处理器显卡上可获得十多倍的加速比。     

城市低碳群体建筑外部边缘空间规划仿真研究

针对当前空间规划方法存在的计算时间长、规划成本高等问题,提出一种基于蚁群算法的低碳群体建筑外部边缘空间规划方法。依据城市低碳群体建筑外部边缘空间的模糊特性,引入模糊集合理论对建筑外部边缘空间进行理解和建筑外部边缘空间模糊矩阵的构建,对边缘空间进行划分和限定。结合建筑外部边缘空间的特性和具体关系模式进行空间层次划分,计算空间属性权重,以此确立空间规划目标,根据空间规划目标函数构建空间规划模型,设定求解空间规划模型的蚁群算法信息素更新方式,依据个体信息素转移概率指导个体进行模型最优解搜索。实验结果表明,所提方法与传统的空间规划方法相比,有效减少了计算时间,降低了规划成本。     

建筑室内环境空间结构稳定性评估仿真研究

建筑结构稳定性是影响建筑结构安全的主要因素之一,而建筑空间结构是影响建筑室内环境空间结构稳定性的主要因素,为此提出建筑室内环境空间结构特征稳定性评估方法。分别给出不同建筑室内环境空间结构的抗倒塌能力指标,即承载能力指标、建筑内空间结构延性指标和建筑影响系数指标,并计算不同载荷作用下抗倒塌能力指标的权值,在此基础上求得建筑结构抗震能力指数,将其与建筑物结构楼层的抗倒塌能力指标相结合,得到建筑室内环境空间结构稳定性评估结果。仿真结果表明,所提方法对于发展我国建筑室内环境空间结构特征稳定性评估具体十分重要的意义。     

Discrete Element Modelling on a Cluster of Workstations

We describe a distributed computing system for discrete element modelling that has been designed for loosely-coupled networks of workstations. The implementation is based on DM 2 , a state-of-the-art discrete element modelling technique for simulating the behaviour of energetic materials and modelling shock compaction phenomena. The underlying computational approach is derived from particle methods, where short-range interactions, both mechanical and thermochemical, determine individual particle movement and state. Using spatial decomposition, a client-server software architecture distributes the computations and, at the language level, Berkeley sockets enable communication between conventional Unix processes on workstations connected by an Ethernet. We evaluate the performance of the system in terms of overall execution time and efficiency, and develop a simple model of computational and communication costs that enables us to predict its performance in other contexts. We conclude that distributed implementations of short-range particle methods can be very effective, even on non-dedicated communication networks.     

多壁纳米碳管振子及其能量耗散的分子动力学模拟

运用分子动力学模拟的方法,模拟了不同温度下,不同管型的多壁纳米碳管振子;讨论了温度变化、壁面原子间的匹配程度对振动特性及振动过程中能量耗散的影响,根据能量的消耗来计算管壁间的摩擦力的大小.模拟结果表明,多壁纳米碳管振子在作减幅振动过程中不断有能量的消耗,振动频率可以超过80吉赫(GHz),振动时的恢复力与内外碳管重叠面积无关,通过统计消耗能量所计算的摩擦力大小在10-5 nN/atom量级;摩擦力的大小随温度升高有增大的趋势,但与管壁间原子匹配程度的相关性不大.     

土壤有机碳稳定性及其影响因素

土壤有机碳库在全球碳循环中起着重要作用。利用文献资料,阐明土壤有机碳稳定性理论及其影响因素。土壤有机碳稳定性指土壤有机碳在当前条件下抵抗干扰和恢复原有水平的能力。它是由土壤的理化性质所决定的,是自然因素和人为因素共同作用的结果。土壤有机碳的降解包括生物降解作用和物理化学降解作用等,生物降解作用是主要的过程。把土壤有机碳库分成活性碳库、慢性碳库、惰性碳库,能较好地与土壤微生物的生物降解过程相对应。构建土壤有机碳稳定性概念模型,能更系统地理解有机碳在土壤中的稳定机制。     

反装甲末敏子弹攻击效力的建模与仿真

在反装甲末敏子弹攻击效力的研究中,提出了有伞末敏子弹稳态扫描阶段初始弹道诸元确定方法的问题.反装甲末敏子弹初始弹道诸元即稳态扫描初始高度、下降速度和转速的确定主要取决于子弹上器件的性能,缺乏系统性研究,限制了末敏弹攻击效力的充分发挥.针对上述问题,从末敏子弹攻击效力的角度建立数学模型,详细分析了稳态扫描阶段子弹的三个参数对攻击效力的影响,以最大化攻击效力为目标,确定子弹的初始弹道诸元,并用成熟的末敏子弹进行仿真.仿真结果表明,综合考虑合理确定子弹稳态扫描阶段初始弹道诸元,可以提高末敏子弹的攻击效力.仿真结果表明,上述研究方法克服了末敏子弹盲目依据器件性能确定初始弹道诸元参数的缺点.     

Boundary Element Simulation of Thermal Waves

In this paper we survey computational techniques based on boundary integral formulations for the simulation of thermal waves. Time-harmonic solutions to diffusion problems appear in many physical situations of interest and give rise to many interesting problems related to material characterization, parameter assessment or detection of defects. We review the main direct, indirect and mixed integral numerical methods for a model of scattering of thermal waves by many obstacles and discuss how multiple scattering techniques and other physical tools can be understood as iterative methods or used as preconditioners. We also deal with some transient problems that can be solved with boundary element methods using the Laplace transform and with coupled finite and boundary element schemes for non-homogeneous obstacles.