水下目标低频散射特性研究

本文主要研究了水下复杂目标的低频散射特性,应用边界元理论,采用SYSNOISE软件计算了刚性球、标准刚性潜艇模型及弹性球壳的低频散射特性,并分别与经典理论解、标准解进行对比,结果显示SYSNOISE的计算结果与理论解具有较好的吻合.通过上述验证,说明使用SYSNOISE软件计算能有效地预测大型水下复杂目标的声散射情况.     

基于Abaqus和Isight的水下壳体声散射优化

针对水下椭圆壳的声散射优化问题,以壳体声散射强度最小为优化目标,以截面特征参数为设计变量建立模型。采用有限元与无限元耦合的混合优化方法,利用Python和Abaqus二次开发求解远场声散射强度,并结合Isight对水下壳体声散射进行优化。根据优化结果改进椭圆壳截面几何参数,可有效降低其声散射强度。     

水下结构声辐射问题之计算机仿真

该文采用混合有限元／边界元法计算水下结构物声辐射问题。为有限元软件包Nastran开发的Fortran代码用于计算外域流体的附加质量和附加阻尼,DMAP实现：Fortran代码与Nastran的结合,成功实现了应用现有有限元软件计算无界流域种结构辐射噪声的问题。采用Patran前后处理软件实现了对水下结构响应及其辐射声场的仿真。     

CUDA架构下的三维弹性静力学边界元并行计算

针对传统边界元法计算量大、计算效率低的问题,以三维弹性静力学的边界元法为对象,将基于CUDA的GPU并行计算应用到其边界元计算中,提出了基于CUDA架构的GPU并行算法.该算法首先对不同类型的边界元系数积分进行并行性分析,描述了相关的GPU并行算法,然后阐述了边界元方程组的求解方法及其并行策略.实验结果表明,文中算法较传统算法具有显著的加速效果.     

BeTSSi模型低频散射声场仿真研究

对频率为200Hz的标准潜艇通用模型的目标强度进行了仿真计算,并将计算结果与文献中根据BASIS方法所得到的参考值进行了验证比较,结果表明:在除去艇艏、艇艉外的大部分姿态角范围内,尤其是潜艇正横方位左右附近,论文所提方法的计算结果与BASIS方法给出的参考值取得了较好的一致.     

板块尺寸在板块元目标散射算法中的特性分析

板块元算法是在对 Kirchhoff 积分公式高频近似的基础上,采用几何建模的方法,计算目标散射声场.板块划分是板块元算法中的一个重要步骤,对计算精度与计算速度有着重要的影响.球体形状目标,因其形状简单,通过积分方法可以进行精确的求解,因此常被选择作为比较不同散射算法效能的参照对象.文中针对球体目标,分别采用板块元散射算法与解析解方法计算球体目标强度,分析不同频率和距离等情况下板块尺寸对板块元算法精度的影响.仿真结果表明,板块尺寸对计算结果的影响主要是由板块拟和目标曲面所导致的几何模型误差和近似计算中计算模型误差二者所引起     

求解二维随机多区域声波散射问题的快速多极边界元方法

快速多极算法(FMM)是求解大尺度边界元问题的一种很有效的快速算法.应用快速多极算法求解二维随机多区域声散射问题的边界积分方程.首先给出了求解该问题的边界积分方程,进而给出快速多极算法求解的算法实现过程以及积分算子的相应多极展开、局部展开和相应系数的转化关系式.最后通过对数值例子的计算表明快速多极算法在求解随机多区域声散射问题时的可行性及高效性,其求解存储量和计算量都是O(N).     

介质粗糙面与埋藏导体目标的电磁散射特性研究

本文将三维矢量有限元-边界元方法(Finite Element Method-Boundary Integral Method)与快速多极子(Fast Multi-pole Method,FMM)方法结合,研究了二维介质粗糙面下方埋藏导体目标的复合电磁散射特性。推导了复合模型电磁散射的FEM-BIM公式,针对FEM-BIM矩阵方程组的特点,采用混合迭代求解器求解FEM-BIM矩阵方程组,并采用FMM加速迭代求解过程,与矩量法(Method of Moments,MoM)和传统FEM-BIM方法的比对结果验证了本文算法的高效性和精确性。最后,结合Monte-Carlo方法,研究了地面下方炸弹型目标的复合电磁散射特性,分析了土壤湿度、埋地深度和地面粗糙度等参数变化对复合模型双站散射系数的影响。     

改进的并行ORTHOMIN(m)算法

通过利用ORTHOMIN（m）算法的固有性质,消除ORTHOMIN（m）算法的内积计算数据相关性,给出了一种改进的ORTHOMIN（m） （IORTHOMIN（m））算法。同ORTHOMIN（m）算法对比,IORTHOMIN（m）算法与ORTHOMIN（m）算法有相同的收敛性,在基于MPI的分布式存储并行机群上进行并行计算时,同步开销次数减少为ORTHOMIN（m）算法的一半。数值计算结果与理论分析表明改进的IORTHOMIN（m）算法的性能要优于ORTHOMIN（m）算法。     

基于Abaqus的水下结构声辐射仿真方法

提出一种在Abaqus中直接完成辐射声场仿真的方法,该方法可大大减少流场网格层数.利用无限元的计算结果求解任意远处球形声场的声压;结合弹性球壳的解析解算例验证该方法的正确性,并将该方法拓展到细长型结构中.结果表明：基于Abaqus无限元的水下结构声辐射的计算方法简单、可行;采用有限元与无限元相结合的方法可以大幅度缩小流场区域.     

GMRES算法及其加速收敛现象分析

在对于求解大型非对称线性方程组方面,社会各界已经提出许多行之有效的迭代算法。然而目前由Saad和 Schultz提出的极小残量剩余(GMRES)方法是最为流行并且有效的方法之一。本文主要讨论GMRE(m)算法理论及其收敛现象分析。特别地叙述GMRES方法的收敛率和此斜投影过程中Ritz值对特征值的逼近程度之间的联系。这是分析GMRES的实际收敛行为的有效方法。     

欧拉方程的隐式间断有限元算法研究

针对Euler方程,设计了适合间断Galerkin有限元方法的LU-SGS、GMRES以及修正LU-SGS隐式算法。采用Roe通量以及Van Albada限制器技术实现了经典LU-SGS、GMRES算法,引入高阶项误差补偿,发展了修正LU-SGS算法。以NACA0012、RAE2822翼型为例验证分析了算法的可靠性和高效性。结果表明修正LU-SGS算法存储量较少,程序实现方便,而且计算效率是LU-SGS算法的2.5倍以上,接近于循环GMRES算法。     

A linear Uzawa-type FEM–BEM solver for nonlinear transmission problems

We propose a fully discrete Uzawa-type iteration for the Johnson–Nédélec formulation of a Laplace-type transmission problem with possible (strongly monotone) nonlinearity in the interior domain. In each step, we sequentially solve one BEM for the weakly-singular integral equation associated with the Laplace-operator and one FEM for the linear Yukawa equation. In particular, the nonlinearity is only evaluated to build the right-hand side of the Yukawa equation. The algorithm includes the inexact solution of the BEM/FEM part by a preconditioned CG method. We prove that the proposed method leads to linear convergence with respect to the number of Uzawa iterations. Moreover, while the current analysis of a direct FEM–BEM discretization of the Johnson–Nédélec formulation requires some restrictions on the ellipticity (resp. strong monotonicity constant) in the interior domain, our Uzawa-type solver avoids such assumptions.     

Direct boundary integral equation method for electromagnetic scattering by partly coated dielectric objects

We present a new variational direct boundary integral equation approach for solving the scattering and transmission problem for dielectric objects partially coated with a PEC layer. The main idea is to use the electromagnetic Calderón projector along with transmission conditions for the electromagnetic fields. This leads to a symmetric variational formulation which lends itself to Galerkin discretization by means of divergence-conforming discrete surface currents. A wide array of numerical experiments confirms the efficacy of the new method. Dedicated to George C. Hsiao on the occasion of his 70th birthday. Communicated by: W. L. Wendland     

大规模有限元刚度矩阵存储及其并行求解算法

本文提出一种将有限元单元刚度矩阵直接集成压缩格式的总体刚度矩阵的方法,并针对其线性系统设计了预处理的重启动GMRES(m)并行求解器.集成方法使用了一个“关联结点”的数据结构,它用来记录网格中节点的关联信息,作为集成过程的中间媒介.这种方法能减少大量的存储空间,简单且高效.求解器分别使用Jacobi和稀疏近似逆(SPAI)预条件子.二维和三维弹性力学问题的数值试验表明,在二维情形下,SPAI预条件子具有很好的加速收敛效果和并行效率;在三维情形下,Jacobi预条件子更能减少迭代收敛时间.     

Two efficient methods for a multifrequency solution of the Helmholtz equation

Abstact In this paper, two efficient methods for the multifrequency analysis for the Helmholtz equation are compared. The first approach is based on the direct collocation method with a subsequent approximation of the matrix by the Adaptive Cross Approximation method. Using the so-called Fourier scheme, the elements of the matrices for a series of frequencies can be computed efficiently. In the second approach an indirect Galerkin type method with piecewise linear ansatz and test functions is combined with a special source simulation technique. This combination allows a rather accurate and systematic approximation of acoustical results in major parts of the considered frequency range, leading to a significant reduction of the computer time needed to calculate complete frequency spectra. A representative example demonstrates how the two proposed approaches can be used. Both procedures turn out to be very promising steps towards a more efficient calculation of complex sound radiation problems. Communicated by: O. Steinbach     

Multi-region adaptive finite element-boundary element method for elasto-plastic analysis

In this paper, a multi-region adaptive finite element–boundary element (FEM-BEM) method for elasto-plastic analysis is presented. The method is suitable for several plasticity models, i.e. von-Mises, Tresca, Mohr–Coulomb, Drucker–Prager, Hill, and Hoffman yield criteria. The domain of the original problem is divided into the finite element and the boundary element sub-domains: the FEM is utilized in regions where plastic material behaviour is expected to develop, whereas the complementary linear elastic region is approximated using the symmetric Galerkin BEM. The adaptive method estimates the finite element and boundary element sub-domains, automatically generates the corresponding meshes and adapts the sub-domains, according to the state of computation.     

应用于分类EST序列拼接的并行遗传算法

利用EST（Expresscd Sequence Tag)序列数据发现新基因,是当前国际上基因组研究的热点,但程序设计十分复杂。计算量非常巨大。而遗传算法是一种能在复杂而庞大的搜索空间中利用问题的固有知识来缩小搜索范围,避免组合爆炸,从而得到最优解或准最优解的通用搜索算法。该文结合核酸序列的特征,提出了一种改进的并行遗传算法,应用于EST序列拼接的组合优化。     

一种改进的并行Orthodir (m)算法

通过将Orthodir(二)算法的两个向量内积改成几个连续内积,改变算法数据相关性,提出了改进的Orthodir(m)算法(IOrthodir(二)算法)。改进的算法具有与原算法相同的收敛性。理论分析表明,当处理器数目达到一定数量时,IOrthodir(二)算法计算速度快于原算法,扩展性方面也要优于Orthodir(yn)算法。实验证实,IOrthodir(二)算法优于Orthodir(m)算法。     

修正共形FDTD技术在声散射中的应用

传统时域有限差分法(UFDTD)将曲面目标边界作为台阶近似来处理,当网格划分不很精细时,计算结果会有很大的误差.共形技术可以解决这一问题,但它要满足一定的共形条件,实现起来比较困难.针对刚性目标的声散射问题,提出一种修正共形技术,它不需要满足任何共形条件就能达到很好的稳定性.文中给出了此共形技术的基本原理和稳定性证明,并针对声散射问题进行数值模拟.仿真结果表明:在同样计算量的情况下,此方法的计算精度明显高于传统方法;在同样计算精度的情况下,此方法的计算量大约比传统方法节省50%.