对流扩散方程的QC3无网格法

对流扩散方程作为偏微分运动方程的分支,在流体力学、气体动力学等领域有着重要应用.为解决对流扩散方程难以通过解析法得到解析解的难题,采用二阶一致3点积分(Quadratically Consistent 3-Point Integration,简称QC3)提高无网格法的计算效率,通过对积分点上形函数导数的修正,改善无网格法的精度和收敛性.本文将QC3无网格法拓展到对流扩散方程问题中,时域离散采用广义特征线Galerkin法,空间离散采用QC3法.数值结果表明,应用QC3无网格法得到的对流扩散问题数值解与解析解十分接近,验证了QC3无网格法解决对流扩散问题的可行性.     

关于负超几何分布期望与方差算法的注记

研究了非还原取样模型中负超几何随机变量的联合分布,得到了若干有用的推论.据此给出了负超几何分布的期望和方差的一种分解算法.     

全局优化问题的一个新的无参数填充函数

求全局最优化问题的填充函数算法被提出以来，参数的选取和调整一直是制约算法有效性的因素。如何在实际的计算过程中选取合适的参数，直接影响和决定了运算速度和效率。因此，构造不含参数的填充函数就显得极为重要。提出一个新的无参数的填充函数，对其理论性质进行了分析，并给出相应的填充函数算法，数值计算验证了算法的有效性。     

基于流量测点的热网变动阻力系数优化辨识

随着供热计量系统的普及，系统可以根据负荷的变化进行调整，管网的阻力系数随即发生变化。对变动阻力系数进行优化辨识是了解供热管网实时运行状况的有效手段。提出一种基于流量监测数据的供热管网变动阻力系数优化辨识方法，并利用遗传算法进行求解。对洛阳市某小区供暖季管网实际运行数据进行验证，辨识结果的相对误差在5%以内。结果表明：该方法可以在只有流量观测数据时得到精度较高的供热管网变动阻力系数，为供热系统的运行调节提供指导。     

大变倍比光学被动半无热化变焦系统设计

原子层数是对黑磷物理性质宽波段可调谐的重要参量。基于5跳参数连续近似模型，从理论上研究了单层、双层和三层黑磷的双光子吸收系数对原子层数以及入射光偏振方向的依赖性。计算结果表明：黑磷的双光子吸收系数在扶手型方向上比锯齿型方向上大10个数量级，且双光子吸收系数随着层数的增加而增大，并且吸收峰发生红移；双光子吸收系数随入射线偏振光的偏振角度按余弦函数呈周期性变化，当入射光偏振方向沿扶手型方向时双光子吸收系数最大，随着入射角度的增大，吸收系数减小，直至偏振方向与锯齿型方向一致时达到最小。上述研究为将黑磷应用于光电器件提供了一定的理论指导。     

基于贝叶斯参数优化的无模型自适应硅单晶直径控制

直拉硅单晶的生长过程涉及多场多相耦合与复杂的物理化学变化,其中工艺参数的波动是导致晶体直径不均匀的重要原因,如何实现工艺参数的控制以获得理想的、均匀的晶体直径具有重要的研究意义。本文分析现有控制方法存在不稳定以及控制效果不佳的问题后,提出基于贝叶斯参数优化的无模型自适应控制模型来控制硅单晶生长过程中的晶体直径。首先以坩埚上升速度与加热器的功率作为控制输入参数,晶体直径作为输出,搭建无模型自适应控制模型,并分析算法的稳定性。其次将控制模型进行仿真实验,发现硅单晶直径控制模型中不同的超参数设定会影响控制过程的迭代次数以及控制效果。最后,利用贝叶斯优化超参数的取值范围,并进行最终的仿真实验,结果表明,经贝叶斯参数优化后的控制模型计算快、迭代次数少,输出的晶体直径稳定,同时将生长工艺参数控制在实际生产要求范围内。因此,基于贝叶斯参数优化的无模型自适应控制实现了硅单晶直径均匀稳定的有效控制,具有结合工程背景的实际应用前景。     

超薄碳层包覆SiC新型光催化剂的制备表征及其产氢性能

利用浸渍和高温煅烧相结合的方法制备得到超薄碳层包覆的SiC纳米颗粒,研究了该无金属复合材料在可见光下的催化产氢性能。结果表明,超薄碳层的包覆使SiC的产氢效率达到35.4μmol·h~(-1)·g~(-1),是单独SiC颗粒的近6倍。采用X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM),紫外可见漫反射光谱(DRS)和荧光光谱(PL)表征了复合物的结构、形貌和光谱特征,并结合光催化机理证明超薄碳层的包覆能增强SiC的光吸收能力,减少电子空穴复合,从而提升光催化产氢性能。     

基于遗传算法的弹性地基加肋板肋梁无网格优化分析

基于遗传算法及一阶剪切理论,提出一种弹性地基上加肋板肋条位置优化的无网格方法.首先,通过一系列点来离散平板及肋条,并用弹簧模拟弹性地基,从而得到加肋板的无网格模型;其次,基于一阶剪切理论及移动最小二乘近似原理导出位移场,求出弹性地基加肋板总势能;再次,根据哈密顿原理导出结构的弯曲控制方程,并通过完全转换法处理边界条件;最后,引入遗传算法和改进遗传算法,以肋条的位置为设计变量、弹性地基板的中心点挠度最小值为目标函数,对肋条位置进行优化达到地基板控制点挠度最小的目的.以不同参数、载荷布置形式的弹性地基加肋板为例,与ABAQUS有限元结果及文献解进行比较.研究表明,采用所提出的无网格模型可有效求解弹性地基上加肋板弯曲问题,结果易收敛,同时基于遗传算法与改进混合遗传算法所提出的无网格优化方法均可有效优化弹性地基加肋板肋条位置,后者计算效率相对较高,只进行了三次迭代便可获得稳定的最优解,此外在优化过程中肋条位置改变时只需要重新计算位移转换矩阵,又避免了网格重构.     

三维无网格Galerkin结构分析方法及其应用研究

针对无网格Galerkin法在三维复杂几何形状的结构分析中存在的刚度矩阵的稀疏存储实现难、六面体背景网格适应性差等问题,本文采用逐节点对法组装刚度矩阵,利用CSR格式存储刚度矩阵,提出了一种基于四面体背景积分的改进的三维无网格Galerkin法。通过采用罚函数法施加对称约束和给定位移值约束,并推导出了施加这两种位移约束的统一格式。利用所提算法完成了三维悬臂梁的计算,所得结果与其理论解相吻合;完成了轴流式风机轮毂的结构分析,得到的位移与应力分布结果与其有限元解相吻合。这表明本文所提方法能满足工程应用中的计算要求,并适用于具有复杂形状的几何模型分析。