二维材料微结构设计与数值模拟软件系统

为了实现二维多元多相异质体材料微观组织结构的"性能导向型"设计、材料微结构的细观力学计算与虚拟失效分析,以平面Voronoi算法为基础, 通过Visual C+ +程序设计并结合OpenGL工具集,开发出用于微结构模块化、可视化设计的材料微观组织结构仿真软件ProDesign.基于该软件构造出二维多晶体与多晶体基复合材料类微结构,采用C语言与Python脚本混合编程的方式,实现微结构在ABAQUS/CAE中的有限元建模,并对模型进行细观力学响应的数值计算与微应力统计分析.最后根据计算结果预测微结构的材料性能,识别"材料结构弱点",评估平面微裂纹的启裂、扩展,推演微结构"虚拟失效行为".     

一种电磁场运动模拟仿真软件的开发

电磁场运动的物理现象在一般的实验室中难以实现,在日常的教学中教师唯有通过模拟仿真软件将这种物理现象重现。利用Flash软件的出色性能,简化的开发过程,能开发出各种适合教学所用的模拟仿真软件。本文以开发电磁场运动为例,介绍了Flash软件在开发模拟仿真软件的优势和如何利用这些优势进行电磁场运动的开发。     

一种实用的水波数值模拟方法

建立了一种实用的水波动态数值模拟方法,它是基于达朗贝尔粘弹性介质的理论,构建了二阶中心网格有限差分水波正演递推算子,并将常规波场的频散现象作为水波的涌浪特征而得到有效利用,同时构建了多种真实、动感且实用的涌浪波场传播场景。数值计算表明,通过调节该水波离散系统的模拟参数可以有效模拟多种复杂环境下的水波传播,从而更好地为水利建设服务。     

500kV变电站工频电磁场数值分析

针对目前我国关于变电站电磁场强度及分布特性分析方法的不足,采用基于模拟电荷法与边界元法相结合的数值分析方法,建立考虑断路器等设备的交流500kV变电站综合模型,对变电站的电磁场强度进行了仿真分析,揭示其分布规律和影响因素,对新建和规划的变电站电磁环境的预测评估提供理论依据。     

一种平面圆形限制性三体问题的数值模拟

平面圆形限制性三体问题是三体问题中最简单的情形。把地球、月球和航天器组成的天体系统看做成一种限制性三体问题,且只讨论地球、月球的运动轨道分别是以这两个大天体的质心为圆心的两个圆,且航天器在它们的引力场中运动,则此三体问题变为圆形限制性三体问题。通过数学模型的建立,分析航天器的受力情况,并利用编程模拟航天器在非惯性系中的远动,以此求得它在任意时刻的速度,进而确定它的位置。     

固定宽度结构等离子体刻蚀中Lag效应的数值模拟

为了对传感器设计与制造中的刻蚀过程进行研究,本文利用等离子体～硅表面交互作用的动力学机制和算法的优化,建立了一种时空归一化的等离子体刻蚀硅片二维模型,并利用该模型,从固定结构尺寸的角度对等离子体刻蚀中的重要现象--Lag效应进行了揭示,证明在固定宽度结构的刻蚀中存在刻蚀速率随时间变小的现象.同时还对刻蚀算法中的时间步长选择问题进行了讨论,从数值计算的角度提出了最优时间步长的概念并加以验证.为工艺过程的数值模拟及实验提供参考和指导.     

分层地层中的电磁波传播数值模拟

为提高电磁波在地层媒质中传播特性的分析准确度,针对突变型分层地层媒质的地质统计特征,利用Kriging插值算法建立地层媒质模型,采用时域有限差分方法实现分层地层媒质中的电磁场数值计算。仿真结果表明,该方法能有效解释透地通信中的电磁场传播 现象。     

电磁场数值方法在光波导课程教学中的应用探讨

光波导技术是光通信专业的基础课程。该文介绍了我们在光波导类课程教学中引入光波导模拟软件进行辅助教学的实例。采用软件模拟,将抽象的公式、物理现象以图形化方式直观地显示出来,提高了学生的学习兴趣和对光波导的理解与认识。     

三维地效翼展向效应数值模拟

为研究地效翼的展向效应,利用FLUENT软件求解定常不可压N-S方程和标准k-ε湍流模型,对在地面效应下三维地效翼的流场进行数值模拟.首先,对给定面积和离地高度下不同展弦比的地效翼进行数值模拟;然后,对给定弦长和相对飞行高度下不同展弦比和带端板的地效翼进行数值研究.计算结果给出不同展弦比和带端板地效翼的气动特性曲线,揭示展弦比和端板对翼尖涡涡核位置和下洗角的影响规律.在地面效应下,机翼的展向效应更为明显,端板将进一步提高机翼的空气动力性能;翼尖涡的位置受地面影响向外移动,下洗角相应减小.研究结果为地效飞行器的设计与优化提供理论依据.     

深亚微米SOI工艺NMOS器件瞬时剂量率效应数值模拟

为了研究深亚微米SOI工艺NMOS器件的瞬时剂量率效应,采用TCAD工具对0.13μm SOI工艺H型NMOS器件进行三维建模仿真。选取γ剂量率在1×10~8～1×10~(10) (Gy(Si)/s)的7个点,模拟了H型NMOS器件开关两种状态下的漏电流及体接触端电流与γ剂量率之间的数值关系。从模拟结果可以看出,γ剂量率在小于5×10~9 Gy(Si)/s的辐照时对器件影响很小。表明了该结构器件具有较强的抗瞬时剂量率辐射能力,为超大规模集成电路抗瞬时剂量率加固设计提供了依据。     

A multigrid solver for phase field simulation of microstructure evolution

This paper presents a semi-implicit numerical method for the simulation of grain growth in two dimensions with a multi-phase field model. To avoid the strong stability condition of traditional explicit methods, a first-order, semi-implicit discretisation scheme is employed, which offers a good compromise with regard to memory intensity and computational requirements. A nonlinear multigrid solver based on the Full Approximation Scheme is implemented to solve the equations resulting from this discretisation. Simulations with the multigrid solver show that the solver has grid size independent convergence properties and is faster than a standard first-order explicit solver. As such, the multigrid solver promises to be a reliable additional computational tool for the simulation of microstructural evolution. A comparison with existing alternatives remains, however, subject of further investigation. To validate the implementation, the results of specific test cases are studied.     

基于VTK的电磁场三维可视化研究及实现

针对在三维电磁场可视化过程中面临的电磁数据的多样性和数据映射的多样性问题,分析了电磁场三维可视化的主要流程和电磁场数据集,并引入三维可视化类库VTK。利用VTK类库良好的封装性,采用Marching Cube和Hedgehog建模,分别实现了电磁标量场和电磁矢量场的三维可视化。     

弹道仿真中的数值计算方法研究

在弹道仿真计算中,为了既达到要求的仿真精度又能满足实时仿真,分析了仿真步长的选择方法,然后在龙格－库塔转阿当姆斯法中引入变步长积分方法,推导了阿当姆斯变步长积分公式,同时对弹道仿真中的间断非线性系统提出条件函数求零的方法来解算弹道。仿真结果表明,方法可以获得较高的仿真精度和较快的运行速度。     

固体火箭发动机喷管两相流场与结构温度场一体化数值模拟与软件实现

为准确、高效地进行固体火箭发动机的喷管结构设计与性能分析,考虑两相流场和结构温度场之间的相互影响,采用有限差分方法求解二维轴对称两相欧拉方程组,进行喷管气体-颗粒两相无黏流动数值模拟;采用有限元法求解二维轴对称瞬态导热微分方程,进行喷管复合结构温度场数值模拟;根据面向对象编程思想,采用VC+ +以人机交互的工作方式实现喷管内型面和结构设计,并完成有限差分网格和有限元网格的自动划分和显示;通过数值模拟方法与面向对象软件设计方法的有效结合,实现二维轴对称喷管两相无黏流场和复合结构温度场的一体化数值模拟. 数值模拟结果表明,该方法有助于在统一的软件平台上充分利用计算机辅助技术完成喷管性能与结构的综合评估,可以用于固体火箭发动机喷管的工程设计.     

交通流多格点预估格子模型与数值仿真

考虑驾驶员对多格点交通流量预估效应,建立了新的交通流多格点预估格子模型。通过线性稳定性分析获得了改进模型的稳定性条件。通过非线性分析得到了扭结—反扭结密度波解,得到了交通流相空间的三个区域:稳定区域、亚稳定区域和不稳定区域。数值仿真验证了考虑驾驶员对多格点的预估效应,能够进一步提高交通流的稳定性。     

离子敏场效应晶体管宏模型的建立与仿真

根据电化学表面基模型理论,提出了一种简单有效的能够描述离子敏场效应晶体管(ISFET)静态特性的仿真模型,借助此模型,对器件的电学行为进行了模拟,仿真结果与实验数据基本相符.     

新型电磁材料结构的微带天线设计

使用基于Matlab的遗传算法程序结合HFSS仿真,设计了一种具有表面波带隙特性的新型电磁材料结构,将其用于微带天线能够抑制表面波、提升增益.对优化记录进行保存和查询,有效地加快了算法优化进程.通过仿真对比表明:添加该新型电磁材料结构后的微带天线工作在5.8 GHz时,增益提升1.8dB,背瓣降低3.8dB,提升了天线对电磁信号的采集能力.     

矩形隧道中UHF频段电磁波场强的分布规律

利用几何光学模型,结合试验数据,探讨了矩形巷道中UHF电磁波场强的分布规律,得出了如下结论:发射天线在隧道截面的位置对隧道中电磁波的场强分布有很大影响,当发射天线的位置处于隧道截面的中心时,快衰落收敛最快,接收到的电磁波场强最大;电磁波的场强在隧道截面上近似于余弦分布,当发射天线的位置靠近隧道壁时,电磁波场强在隧道截面的分布相对均匀。该结论可用来预测隧道环境中电磁波的有效覆盖距离,对隧道微蜂窝个人移动通信网的设计和检测也很有用。