基于Caputo导数的分数阶非线性振动系统响应计算

研究了含分数阶Caputo导数的非线性振动系统响应的数值计算方法。首先，由Caputo分数阶导数算子的叠加关系，得到含分数阶导数项非线性振动系统状态方程的标准形式。其次，基于Caputo导数与Riemann-Liouville导数和Grunwald-Letnikov导数间的关系，推导计算了Caputo导数的一般数值迭代格式。本文方法不要求状态方程中各分数阶导数阶数相等，弱化了已有算法中对分数阶导数阶数的限制，并可推广到多自由度的情形。随后，选择若干有解析解的算例验证了本文方法的正确性。最后，以多吸引子共存的分数阶Duffing振子系统为例，比较Caputo和GL两种算法所得结果，说明了用GL算法求解存在的问题。     

浅水区海底管道周围海床渗透压力计算研究

我国海上油田开采起步较晚，大部分油田处于浅水区，因此，在设计管道时，应充分考虑由浅水区波浪引起的管道周围海床渗流力。根据浅水波相关假设，考虑自由水面非线性影响，推导出椭圆余弦波的波面方程，在此基础上进一步得到一个关于速度势的表达式，并根据该表达式得出作用于海床表面的波压公式。考虑海床土的压缩性，推导出一阶近似椭圆余弦波作用下浅水区埋置管道周围海床的渗流压力解析解，最后将计算结果与大型水槽试验及以往研究成果作对比。结果表明，在椭圆余弦波的作用下，由一阶椭圆余弦波理论得到的计算结果与试验结果规律基本一致，与相似工况下的现有理论成果数值基本相同，具有一定的可行性和工程价值。     

双侧下颌支矢状劈开截骨术后患者可施加合适咬合力的数值研究

双侧下颌支矢状劈开截骨术在临床手术中广泛用于治疗缩颌、凸颌和颌面不对称患者的颌面畸形症状。本文用数值方法研究双侧下颌支矢状劈开截骨术并前移下颌骨后患者可施加的合适咬合力。首先，用缩颌患者的CT断层扫面数据建立下颌骨、关节盘、关节窝和相关软组织的高度几何相似性的几何模型；然后，用有限元模型模拟双侧下颌支矢状劈开截骨术后患者的咬合过程。通过分析发现，术后关节盘上的位移处于正常的范围，而应力却远远超过正常范围，因此，将应力因素作为确定术后患者可施加的合适咬合力的标准。当施加正常咬合力的25%时，关节盘上的应力分布和术前没有显著性差异，同时下颌骨上的应力水平也处于正常范围。     

求解矩阵方程AXB+CXD=F参数迭代法的最优参数分析

本文针对求矩阵方程AXB+CXD=F唯一解的参数迭代法，分析当矩阵A，B，C，D均是Hermite正（负）定矩阵时，迭代矩阵的特征值表达式，给出了最优参数的确定方法，并提出了相应的加速算法.     

Shedding vortex simulation method based on viscous compensation technology research

Owing to the influence of the viscosity of the flow field, the strength of the shedding vortex decreases gradually in the process of backward propagation. Large-scale vortexes constantly break up, forming smaller vortexes. In engineering, when numerical simulation of vortex evolution process is carried out, a large grid is needed to be arranged in the area of outflow field far from the boundary layer in order to ensure the calculation efficiency. As a result, small scale vortexes at the far end of the flow field cannot be captured by the sparse grid in this region, resulting in the dissipation or even disappearance of vortexes. In this paper, the effect of grid scale is quantified and compared with the viscous effect through theoretical derivation. The theoretical relationship between the mesh viscosity and the original viscosity of the flow field is established, and the viscosity term in the turbulence model is modified. This method proves to be able to effectively improve the intensity of small-scale shedding vortexes at the far end of the flow field under the condition of sparse grid. The error between the simulation results and the results obtained by using fine mesh is greatly reduced, the calculation time is shortened, and the high-precision and efficient simulation of the flow field is realized.     

水化硅酸钙纳米压痕分子动力学模拟方法优化

针对水化硅酸钙纳米压痕模型忽视了压头与基底之间相互作用的问题，由尺寸差异引起的金刚石压头难以计算的问题，以及Wittmann模型无法得到实际接触面积的问题，提出了新的模型与计算方法．结合分子动力学方法，采用金刚石压头-Wittmann模型基底的组合方式构建无定形态水化硅酸钙纳米压痕试验模型．在建模阶段，考虑到压头模型与基底模型粒子间尺寸差异，提出了等比例替换模型，通过公式推导并就不同尺寸模拟结果验证了等比例替换模型的可行性．在计算阶段，提出了局部前处理的弛豫方法进行模拟．确定最大荷载位置处的接触面积为546 nm2，进而求出水化硅酸钙模型硬度H为0.84 GPa、折合模量Er为30.52 GPa．并通过纳米压痕试验，验证了模拟结果的准确性，证明了模型的科学性，对今后水化硅酸钙(C-S-H)纳米层面的模拟具有重要借鉴意义．     

Direct visualization of structural defects in 2D semiconductors

Direct visualization of the structural defects in two-dimensional (2D) semiconductors at a large scale plays a significant role in understanding their electrical/optical/magnetic properties, but is challenging. Although traditional atomic resolution imaging techniques, such as transmission electron microscopy and scanning tunneling microscopy, can directly image the structural defects, they provide only local-scale information and require complex setups. Here, we develop a simple, non-invasive wet etching method to directly visualize the structural defects in 2D semiconductors at a large scale, including both point defects and grain boundaries. Utilizing this method, we extract successfully the defects density in several different types of monolayer molybdenum disulfide samples, providing key insights into the device functions. Furthermore, the etching method we developed is anisotropic and tunable, opening up opportunities to obtain exotic edge states on demand.     

移动加热器法生长碲锌镉晶体的组分输运与界面形貌研究

移动加热器法(THM)生长碲锌镉晶体时,界面稳定性对晶体生长的质量有很大影响。本文基于多物理场有限元仿真软件Comsol建立了THM生长碲锌镉晶体的数值模拟模型,讨论了Te边界层与组分过冷区之间的关系,对不同生长阶段的物理场、Te边界层与组分过冷区进行仿真研究,最后讨论了微重力对物理场分布的影响,并对比了微重力与正常重力下的生长界面形貌。模拟结果表明,Te边界层与组分过冷区的分布趋势是一致的,在不同生长阶段,流场中次生涡旋的位置会发生移动,从而导致生长界面的形貌随着生长的进行发生变化,同时微重力条件下形成的生长界面形貌最有利于单晶生长。因此,在晶体生长的中前期,对次生涡旋位置的控制和对组分过冷的削弱,是THM生长高质量晶体的有效方案。     

基于有限体积虚拟区域方法的两相流动直接模拟

为提高计算效率，提出有限体积法离散下的虚拟区域颗粒两相流动直接模拟方法.在控制方程中加入相应的虚拟区域源项，保证了颗粒内部的刚体运动特性.该源项中含有颗粒信息部分及流体信息部分.在每次迭代后，对源项中的流体信息部分进行更新，从而更好地保证颗粒内速度的刚体分布.计算静止颗粒圆柱绕流及单个颗粒的沉降过程，验证了算法的准确性.     

考虑侧面摩擦的侧限压缩模型的数值解法

海上箱筒型基础结构下沉到位后，舱内土体的受力变形可以看作是侧限压缩模型问题，上部荷载引起的侧壁摩擦力与土体应力之间的关系较为复杂。本文通过简化模型，列出了侧限压缩模型的平衡微分方程，分析了方程解析计算时存在的难点，结合摩擦应力边界条件的特点，构造函数迭代法对该方程进行数值求解，展示了计算的收敛过程，得到接触侧面上水平应力和土体表面位移的非线性分布规律，并将其结果与ABAQUS数值模拟结果进行了对比。结果表明，函数迭代法收敛速度较快，计算过程稳定，对其他存在变量耦合边界条件的微分方程数值求解有一定的参考价值。