适用于等熵流动的交错拉氏Godunov方法

为消除传统单元中心型Godunov方法在求解稀疏波问题时的非物理过热现象，发展一种适用于等熵流动的交错拉氏Godunov方法.主要的特征是采用速度与热力学变量交错分布的形式，避免在单元内进行速度平均，从而消除由于动量平均过程导致的动能耗散.与传统的von Neumann型交错网格方法相比，网格的边界通量由节点处的多维黎曼求解器提供，克服了多维人工粘性选取带来的困难.为减少多维黎曼求解器在求解稀疏波问题时的非物理熵增，给出稀疏波出现的合理判据，从而保证了热力学关系式的满足.数值实验表明：该方法能很好地消除稀疏波的过热现象，同时在求解激波问题时又能保持与传统单元中心型拉氏方法相同的激波捕捉能力.     

非定常Navier-Stokes方程基于两重网格离散的有限元并行算法

基于两重网格离散和区域分解技巧，提出三种求解非定常Navier-Stokes方程的有限元并行算法.算法的基本思想是在每一时间迭代步，在粗网格上采用Oseen迭代法求解非线性问题，在细网格上分别并行求解Oseen、Newton、Stokes线性问题以校正粗网格解.对于空间变量采用有限元离散，时间变量采用向后Euler格式离散.数值实验验证了算法的有效性.     

一类带参数的非线性奇异摄动问题的自适应移动网格算法

本文讨论一类带参数的非线性奇异摄动问题的自适应移动网格方法.首先,在任意非均匀网格下,利用向后欧拉公式对方程进行离散,并给出相应的局部截断误差.然后,基于局部截断误差和网格等分布原理,利用精确解的弧长函数,证明半离散格式下自适应移动网格算法是一阶收敛的.同时,基于近似的弧长控制函数,给出易于实现的网格生成算法,并给出全离散格式下的后验误差估计.最后,数值实验结果验证了本文所给出的理论结果.     

《数值流形法》序

得知郑宏教授的《数值流形法》即将脱稿,激动之情难以言表.我完全同意郑教授将流形法的特点归结为“升阶”和“切割”.受郑教授的委托,我愿在此将建立流形法的历程做一简单的回忆.其实早在1985年———也就是在我完成不连续变形分析法(DDA)之前,“升阶”在我心中已完全成熟.“升阶”似乎能取得一致收敛,弥补有限元只能按能量收敛的缺憾.我没有急于发表是因为一直没能想到令我满意的解决“不连续”的办法.起初曾想过在DDA块体上引入高阶多项式,或在块体上再划网格,也就是用分片多项式来提高DDA块体的变形精度.但我对这些方案都不甚满意,因为实际计算时多项式的阶数会受到限制,引入网格又会招致有限元既有的毛病——解的精度受控于网格质量.     

初始微观结构缺陷和断裂的温度依赖及相关性

纳米线(NW)结构内的微观结构缺陷对NW的机械性能存在一定的影响。NW断裂位置的预测关系着纳米器件应用的寿命,进而引起了人们的广泛关注。在本工作中,基于统计分析,分别研究了单晶铜纳米线(Cu NW)拉伸过程中出现的断裂位置以及在应力屈服点处产生的初始微观结构缺陷(初始缺陷)的位置对温度的依赖性,进一步探究了两者之间的联系。利用分子动力学(MD)模拟了单晶Cu NW在20~300 K的温度范围内的拉伸状态,共包含6个体系,各温度体系包含300个独立的样本。基于机器学习,采用density-based spatial clustering of applications with noise (DBSCAN)算法,将hexagonal close-packed (hcp)原子划分为各个初始缺陷以进一步确定其位置。统计结果显示,当温度低于50 K时,初始缺陷的位置集中在NW的两端。随着模拟温度的上升,MD模拟结果展现了单晶Cu NW的拉伸过程中的杨氏模量、平均屈服应力、平均势能等机械性能对温度的依赖性。温度的升高进一步促使了更多初始缺陷的产生,并使得初始缺陷的位置由统计分布的两端向中间平均化。与初始缺陷相比,各温度下的断裂位置集中在两端。统计结果表明,模拟的温度范围对NW的断裂位置无明显影响,但对初始缺陷的产生具有明显影响。当温度低于100 K时,初始缺陷的位置分布与断裂位置分布呈现了一致性。由于两者具有不同的温度依赖,其差异随着温度的上升逐渐显现。对不同温度下的微观结构形变行为观察发现,断裂失效明显受到NW两端的表面效应和阻挡效应的影响。最终的断裂位置受塑性形变中后期的影响,与应力屈服区产生的初始缺陷无直接联系。     

考虑损伤的修正梯度弹性理论

梯度弹性理论在描述材料微结构起主导作用的力学行为时具有显著优势,将其与损伤理论相结合,可在材料破坏研究中考虑微结构的影响.基于修正梯度弹性理论,将应变张量、应变梯度张量和损伤变量作为Helmholtz自由能函数的状态变量,并在自然状态附近对自由能函数作Taylor展开,进而由热力学基本定律,推导出修正梯度弹性损伤理论本构方程的一般形式.编制有限元程序,模拟土样损伤局部化带的发展演化过程.结果表明,修正梯度弹性损伤理论消除了网格依赖性;损伤局部化带不是与损伤同时发生,而是在损伤发展到一定程度后再逐渐显现出来.     

非定常扩散方程的单元中心型有限体积格式

本文基于调和平均点建立了一种新的单元中心型有限体积格式,用以求解非定常扩散方程.在网格边上离散法向流时,选择该网格边两端点和该边上的一个调和平均点作为辅助插值点,并将这些辅助插值点上的未知量用网格单元中心点的未知量进行替换,最终得到一个只含网格单元中心未知量的有限体积格式.该格式满足线性精确性质和局部守恒性,且适用于任意多边形网格.在六种不同的多边形网格上进行四个数值实验,分别考虑扩散系数是连续的和间断的以及非线性的情况,数值结果表明:本文所构造的格式在六种网格上的L2误差均可达到二阶收敛精度,对于不同类型的扩散系数,该格式保持良好的鲁棒性,并且从编程实现的角度来说,该格式更易于向三维情况推广.     

一种快速有效的捷联系统初始对准算法

在捷联惯性系统中，初始对准是影响系统输出精度的最重要环节，陀螺漂移是引起对准误差的主要原因。本文在对捷联系统误差进行分析的基础上，结合卡尔曼滤波器的滤波特性，提出一种把陀螺随机常值漂移标定与初始对准进行多级组合的卡尔曼滤波方法。