基于栅格分层的逐栅格汇流算法并行化研究

分布式水文模型中的逐栅格汇流算法计算量大,需要借助并行计算以满足大流域长历时模拟的要求。针对目前鲜有对基于隐式有限差分的逐栅格汇流算法进行并行计算研究的情况,基于栅格分层的思想提出一种适用于共享内存并行计算环境的逐栅格汇流并行算法。该算法首先根据流向进行栅格分层,使同一层中栅格的计算相互独立,然后将同一层中栅格的计算任务分配到多个计算单元并行计算。采用C++编程语言与OpenMP并行编程库实现了该算法,并选择河北省清水河流域为实验区,在不同数据规模(30m、90m、270m分辨率)、不同核数(2～20个)以及不同栅格分层方法的情况下对算法性能进行了测试。实验结果表明本文提出的并行算法具有较好的加速比和并行效率,且并行效率随数据规模的增大而增大。栅格分层方法对算法并行性能有明显影响,从上到下的分层方法比从下到上的方法具有更高的并行效率。     

基于ANSYS火炮身管传热仿真

火炮连续发射过程中身管内壁温度持续升高会加快身管的烧蚀磨损,为此分析研究影响身管温度变化的射速、环境温度等主要因素.利用ANSYS软件建立火炮身管有限元模型,对身管内外壁的对流传热和身管壁内的热传导进行仿真,计算求解得到了不同射击模式及不同环境温度下身管内外壁温度的变化规律,结果表明射速增大、环境温度越离,身管温度上升越快.研究成果为依据身管内外壁温度控制火炮发射强度来延长身管寿命提供一定的理论依据.     

信息与计算科学专业有限元实验课程教学初探

有限元方法是一种求解偏微分方程主要的数值方法,有着许多重要的思想和技巧。学生初学时会面临许多的困难,尤其是做上机实验。对于信息与计算科学专业的学生,有限元实验课程的学习尤为重要。本文基于笔者的教学实践,针对该专业学生的特点,对有限元实验课程教学进行了探索。从而发现,采用有限元软件Freefem++和工程作图软件Tecplot来完成有限元实验课程的教学内容是十分合适的。     

稀薄气体动理论中介观尺度数值模拟的加速方法

针对滑移流、早期过渡流区域采用离散速度法(discrete velocity method, DVM)求解Boltzmann方程收敛速度极慢、计算资源消耗大的难题,提出全流场耦合介观/宏观方程加速方法。在介观层面基于有限差分的DVM求解Boltzmann方程,在宏观层面基于有限体积的压力耦合方程组半隐式方法求解矩方程,充分利用纳维-斯托克斯-傅里叶/R26矩方程在低克努森数下的快速收敛特性,对介观方程进行加速。基于高阶Hermite多项式重构分布函数,完成宏观方程与介观方程之间的数据传输。仿真结果表明:全流场耦合介观/宏观方程的加速方法在滑移流、早期过渡流区域具有显著加速性能,最大降低了95.28%的计算时长;但对中、大克努森数流域,加速性能大幅度下降。     

电磁轨道炮电感梯度影响因素分析

利用Ansoft Maxwell 14.0有限元分析软件,在考虑和不考虑电枢2种情况下对简单电磁轨道炮电感梯度的影响作对比分析,得出计算电感梯度时有必要将电枢的影响考虑进去的结论.为提高增强型轨道炮的电感梯度,分析不同轨道间距、厚度以及不同炮口宽度对2种增强型轨道炮电感梯度的影响,得出电感梯度随轨道参数变化的规律.     

基于正态云模型和信息公理的设计评价方法

设计方案的选择和评价是产品设计过程中的一个重要环节,就此环节提出了一种基于正态云模型和公理化设计理论中信息公理的设计方案评价方法。该方法运用正态云模型和信息公理将定性的模糊信息数值化,通过计算求得设计中各个指标的信息量以及各个设计方案的信息总量,通过比较各个方案的信息总量大小来对设计方案进行评价。以某型油料加注装备设计评价为例,证明了此方法的有效性。     

地面防空作战部署方案优选与改进方法

在地面防空作战部署的建立过程中,要实现部署方案的优化是很难的,而有限方案的优选通常又难以穷尽各种部署可能,从而可能遗漏某些更好的方案。分析了部署方案的有关特征,在此基础上提出部署方案贴近度的概念,并由此建立部署方案的改进方法。本方法目标明确,计算量小,尤其适合于大规模部署且需融入人工评价的情形。     

参数化滤波器逼近问题的全局最优算法

基于Lipschitz下界估值和分枝定界技术,给出了一维参数化小波滤波器逼近问题的全局最优算法。由于充分利用了滤波器逼近问题的特点,本方法将原来的Lipschitz算法的线性收敛速率提高为二次收敛速率。     

On efficient algorithms for finding efficient salvo policies

We consider the salvo policy problem, in which there are k moments, called salvos, at which we can fire multiple missiles simultaneously at an incoming object. Each salvo is characterized by a probability p_i: the hit probability of a single missile. After each salvo, we can assess whether the incoming object is still active. If it is, we fire the missiles assigned to the next salvo. In the salvo policy problem, the goal is to assign at most n missiles to salvos in order to minimize the expected number of missiles used. We consider three problem versions. In Gould's version, we have to assign all n missiles to salvos. In the Big Bomb version, a cost of B is incurred when all salvo's are unsuccessful. Finally, we consider the Quota version in which the kill probability should exceed some quota Q. We discuss the computational complexity and the approximability of these problem versions. In particular, we show that Gould's version and the Big Bomb version admit pseudopolynomial time exact algorithms and fully polynomial time approximation schemes. We also present an iterative approximation algorithm for the Quota version, and show that a related problem is NP-complete.     

复合固体推进剂等效力学性能VCFEM细观预示方法

根据固体推进剂的细观结构特征,采用等圆最优装载方式生成代表性体积单元(Representative Volume Element,RVE)模型,并结合Voronoi单元有限元方法(Voronoi Cell Finite Element Method,VCFEM)和均匀化方法,发展了一种可预示固体推进剂等效力学性能的数值分析方法,从而得到体分比和组分材料对等效模量和等效泊松比的影响规律。为证明该方法的有效性,设计一个对称数值模型,通过对该方法和传统有限元方法的节点位移结果的比较,发现两者之间的相对误差小于5%,且VCFEM用少量单元就完成了分析,提高了计算效率。通过对不同细观结构下推进剂RVE模型的计算,发现随着夹杂体分比的增大,夹杂的颗粒增强效应越明显,基体材料的变化比夹杂材料对等效力学性能有着更加显著的影响。