光滑粒子流体动力学有限元法接触算法研究

 耦合光滑粒子流体动力学（SPH）方法和有限元法（FEM）,是研究冲击动力学问题的一种有效途径。为解决SPH粒子和有限单元间的接触问题,提出了SPH-FEM接触算法。该算法是在有限元节点处设置背景粒子,采用SPH接触算法的思想,计算施加在SPH粒子和有限元节点上的接触力,并且以外力的形式分别加入到SPH动量方程和有限元动力学方程中。利用SPH-FEM接触算法,对两杆撞击以及圆柱形钢弹正冲击钢板发生的冲塞破坏过程进行了三维数值模拟,靶板采用含损伤的Johnson-Cook模型和Grüneisen状态方程,模拟结果与实验结果吻合较好。     

非等温eXtended Pom-Pom泊肃叶流动的光滑粒子流体动力学方法模拟

开展非等温黏弹性泊肃叶流动的光滑粒子流体动力学(SPH)方法模拟,其中流体的黏弹特性依据eXtended Pom-Pom(XPP)本构模型进行建模和计算。推导温度方程的SPH离散格式,并依据时温等效原理考量流体的黏弹特性对温度的依赖。将SPH模拟结果与利用有限体积方法得到的结果进行比较,验证SPH方法模拟非等温XPP泊肃叶流动的准确性和有效性。利用4个不同粒子初始间距进行模拟,讨论SPH方法的数值收敛性。研究温度方程的引入对泊肃叶流动带来的影响。深入分析不同物理参数对流动过程的影响。     

三维光滑粒子流体动力学程序的并行计算

光滑粒子流体动力学方法，是近20多年来发展起来的一种无网格Lagrange流体动力学算法，它既保留了拉氏计算的描述物质界面准确的优势，又具备欧拉方法的长处，因此适宜计算大变形问题。SPH的基本思想是插值。在SPH方法中，物质被离散为一系列“粒子”，各种宏观物理量（密度、压力速度、内能等）被定义在粒子中心，粒子的物理量及其空间导数可以通过邻近的相互作用粒子的物理量插值得到，这样拉氏流体力学偏微分方程组就变得容易求解，这也是SPH方法实质性优点所在。     

一种改进的光滑粒子流体动力学前处理方法

为了便于对任意边界形状的计算域快速地布置均匀粒子,提出了一种改进的光滑粒子流体动力学前处理方法.该方法是在2012年Colagrossi等提出的算法基础上进行改进后得到的.Colagrossi等提出的算法能够计算一些简单外形分布比较均匀的粒子.然而当光滑长度与初始粒子间距的比值较大时该方法在计算过程中会出现较强的数值震荡问题,收敛速度慢;而且在计算过程中可能会遭遇流体粒子穿透固体壁面的问题.本文通过引入未知因素修正的平滑粒子动力学模型来提高计算稳定性,并通过对边界附近的流体粒子施加边界力来避免流体粒子穿透固体壁面.算例验证结果表明,利用改进后的光滑粒子流体动力学前处理方法能够快速地对各种边界形状的计算域分布均匀粒子,并且避免了流体粒子穿透固体壁面的问题.     

自由上浮气泡运动特性的光滑粒子流体动力学模拟

基于虚功原理, 在Hu X Y等和Grenier N等的研究结果基础上推导了多相流光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics, SPH)控制方程, 采用精度较高的黏性力和表面张力模型, 发展了一套适用于具有大密度比和大黏性比界面的多相流SPH方法. 首先, 通过施加人工位移修正, 适当背景压力和异相界面力, 使得计算全程粒子分布相对均匀, 改善了界面处的失稳现象, 防止了异相界面处粒子的非物理性穿透; 在此基础上, 利用方形流体团振荡模型对表面张力模型进行了验证, 数值结果与解析解甚为吻合; 然后采用上浮气泡经典数值算例对比研究了不同黏性力计算方法、不同核函数的适用性以及人工位移修正的效果; 最后, 对单个气泡的上浮、变形、撕裂以及垂向两个气泡的追赶、融合等现象进行了模拟, 初步揭示了气泡上浮过程中各种有趣物理现象的细节过程和动力学机理.     

激光辐照柱体铝靶的三维光滑粒子流体动力学仿真

在现有光滑粒子流体动力学方法基础上,提出了结合差分方法处理激光辐照边界条件的方法,并利用此方法自编程序模拟计算了功率密度为5.0109 W/cm2的强连续激光辐照铝靶时的热-力学效应,准确给出了与激光作用的边界粒子的分布和飞散情况,同时给出了不同时刻靶体的温度场,得到了温度分布规律,并对结果进行了分析。     

光滑粒子流体动力学方法固壁处理的一种新型排斥力模型

与传统网格法相比, 光滑粒子流体动力学方法不能直接施加壁面边界条件, 这就限制了该方法在工程中的应用.为此, 本文基于Galerkin加权余量法并结合传统排斥力方法, 推导出一种新的排斥力公式来施加壁面边界条件.该方法不含未知参数, 能在不减小边界粒子尺寸的情形下有效地防止流体粒子穿透壁面, 同时可避免邻近边界的流体粒子的速度及压力振荡. 分别通过静止液柱算例、液柱坍塌算例、容器中液体静止算例及溃坝算 例来验证本文方法的有效性, 并与传统边界处理方法进行对比, 结果表明: 本文方法克服了传统方法存在的缺陷, 是一种有效的固壁边界处理方法. 关键词： 光滑粒子流体动力学法 固壁边界 排斥力 加权余量法     

液滴在气固交界面变形移动问题的光滑粒子流体动力学模拟

为准确模拟液滴在气固交界面变形移动问题,对基于连续表面张力模型的表面张力光滑粒子流体动力学方法进行了改进.改进方法采用新的边界处理方式和界面法向修正方法,即将固体边界虚粒子色函数值根据液面的位置进行相应设定以保证气-液-固三相交界处流体粒子的界面法向沿接触线法线方向,引入Brackbill提出的壁面附着力边界条件处理方法,对在气-液-固三相交界处的流体粒子及部分固体边界虚粒子的界面法向进行修正,修正前后保持法向模值不变,得到了含壁面附着力边界条件的表面张力算法.模拟了受壁面附着力影响的水槽中液面的变化过程、液滴润湿壁面过程和剪切气流驱动液滴在固体表面变形脱落过程,并与流体体积函数方法进行了对比.结果表明,该方法在处理壁面附着力问题时精度较高,稳定性较好,适合处理工程中液滴在气固交界面变形移动问题.     

三维光滑粒子流体动力学并行计算程序

介绍了基于消息传递并行程序设计平台研制的三维光滑粒子流体动力学并行程序CSPH3D.包括计算格式、并行方案、并行程序逻辑,以及加快邻域粒子搜索的处理方法.对三维微喷射和斜侵彻的计算表明:CSPH3D程序可以较好地计算这类问题.并且程序具有较高的并行效率.对于粒子总数为1527402的微喷射算例和粒子总数为1454225的斜侵彻算例,使用100个处理器时,并行效率可以达到80%.     

一种光滑粒子流体动力学数据的后处理方法

提出一种光滑流体动力学数据后处理的三角网格化方法.首先确定流场中每个粒子作用域内的配对粒子集;再以当前粒子的配对粒子集为限定条件进行Delaunay三角剖分,可得到由粒子作为节点的三角形单元集;最后对"虚假"单元做过滤处理.算例表明复杂边界条件和严重变形的流体区域上的SPH计算结果都可用该方法处理.     

基于碳纳米管X射线源的生物医学成像

Although discovered more than 100 years ago, X-ray source technology has evolved rather slowly. The recent invention of the carbon nanotube (CNT) X-ray source technology holds great promise to revolutionize the field of biomedical X-ray imaging. CNT X-ray sources have been successfully adapted to several biomedical imaging applications including dynamic micro-CT of small animals and stationary breast tomosynthesis of breast cancers. Yet their more important biomedical imaging applications still lie ahead in the future, with the development of stationary multi-source CT as a noteworthy example.     

Study of the Imbibition Phenomenon in Porous Media by the Smoothed Particle Hydrodynamic (SPH) Method

Over recent decades, studies in porous media have focused on many fields, typically in the development of oil and gas reservoirs. The imbibition phenomenon, a common mechanism affecting multi-phase flows in porous media, has shown more significant impacts on unconventional reservoir development, where the effect of the pore space increases with decreased pore sizes. In this paper, a comprehensive SPH method is applied, considering the binary interactions among the particles to study the imbibition phenomenon in porous media. The model is validated with physically meaningful results showing the effects of surface tension, contact angle, and pore structures. A heterogeneous porous medium is also constructed to study the effect of heterogeneity on the imbibition phenomenon; it can be referred from the results that the smaller pore throats and wetting surfaces are more preferred for the imbibition. The results show that the SPH method can be applied to solve the imbibition problems, but the unstable problem is still a sore point for the SPH method.     

On the Boundary Condition and Related Instability in the Smoothed Particle Hydrodynamics

In this work, we explore various relevant aspects of the Smoothed Particle Hydrodynamics regarding Burger's equation. The stability, precision, and efficiency of the algorithm are investigated in terms of different implementations.In particular, we argue that the boundary condition plays an essential role in the stability of numerical implementation.Besides, the issue is shown to be closely associated with the initial particle distribution and the interpolation scheme.Among others, we introduce an interpolation scheme termed symmetrized finite particle method. The main advantage of the scheme is that its implementation does not involve any derivative of the kernel function. Concerning the equation of motion, the calculations are carried out using two distinct scenarios, where the particles are chosen to be either stationary or dynamically evolved. The obtained results are compared with those obtained by using the standard finite difference method for spatial derivatives. Our numerical results indicate subtle differences between different schemes regarding the choice of boundary condition. In particular, a novel type of instability is observed where the regular distribution is compromised as the particles start to traverse each other. Implications and further discussions of the present study are also addressed.     

准同心广义经纬相机的成像模型及高精度标定

对于大尺度运动目标的参数测量,固定相机存在着视场与空间分辨率之间的矛盾,并且当测量空中或海上目标时相机的标定也十分困难。跟踪式相机(如光电经纬仪)能解决此问题,但存在体积大、成本高和操作复杂等缺点。结合两者特点取长补短,将相机固定在二维旋转平台上,尽可能实现同心放置,组成准同心广义经纬相机进行中远场高精度测量,测量过程中转台实时跟踪目标并为相机提供外参数。此方法并没有光电经纬仪非常严格的同心同轴的安装要求。在合理假设基础上建立了经纬相机成像模型,提出了线性求解及平差优化相机参数的方法。大量仿真与实际测量验证了模型和标定方法的正确性和高精度。广义经纬相机测量系统组合巧妙、装拆和操作简单、体积小、成本低、可全视场测量且测量精度高,有广泛且重要的应用前景。     

Pion Effect of Nuclear Matter in a Chiral Sigma Model

We develop a new framework for the study of the nuclear matter based on the linear sigma model.We introduce a completely new viewpoint on the treatment of the nuclear matter with the inclusion of the pion.We extend the relativistic chiral mean field model by using the similar method in the tensor optimized shell model.We also regulate the pion-nucleon interaction by considering the form-factor and short range repulsion effects.We obtain the equation of state of nuclear matter and study the importance of the pion effect.     

多π关联对π发射源相干性的分析

对高能重离子碰撞中不同相于性程度π源产生的多π关联事件进行了蒙特卡罗模拟,比较了不同多重数子事件中的多π关联对π源相于性程度依赖的敏感性.对Bevalac流光室2.1A GeV Ne+Pb和1.2A GeV Ar+KCl中心碰撞产生的π源的相干性程度进行了分析,并与以往的2π干涉学的结果进行了比较.     

X射线成像的一种点扩展函数模型

X射线成像系统可以通过其点扩展函数来表行,其点扩展函数分为一次射线点扩展函数和散射点扩展函数两部分。在分析点扩展函数各个影响因素的基础上,建立了以物体厚度、物体到探测器距离以及成像几何设置为参量的解析模型。利用该模型推导出了特定入射射线能谱和射线源到探测器距离情况下散射比的计算公式。它是以物体厚度和物体到探测器距离为变量的函数。在利用实验数据对模型参量进行最优估计的基础上,利用散射比实验验证了模型的正确性。为散射和几何不清晰度的消除提供了一种实用的模型依据。     

基于多光谱遥感成像链模型的系统信噪比分析

信噪比(SNR)是评价多光谱遥感成像性能的重要指标,在设计多光谱遥感成像仪的最初阶段应进行分析,从而确定各分系统相关参数。多光谱遥感系统的成像链模型综合考虑辐射源、地物光谱反射、大气辐射传输、光学系统成像、分光元件特性、探测器光谱响应和相机噪声等各个环节,可用于进行成像过程端对端的完整分析。以基于滤光片阵列的多光谱遥感系统为例,采用MODTRAN软件进行大气辐射传输计算,对不同太阳天顶角下,不同目标地物计算像面的照度,根据电荷耦合器件探测器的噪声模型,计算出不同工作条件下多光谱遥感系统的SNR。通过对SNR的分析,可给出该类型多光谱遥感系统获得最佳性能的工作条件,并能够结合使用要求进行光学系统参数的优化选择。     

三种不同结构的无透镜鬼成像实验研究(英文)

为实现远距情况下的实际应用,对赝热源鬼成像进行了从透射到反射的实验研究.首先利用CCD的两个独立区域分别探测参考光和信号光,得到双缝的透射型鬼成像,继而利用一个CCD和一个独立的桶探测器分别探测参考臂和物臂的光强信息,通过对没有空间分布的物臂光强和没有经过物体而有空间分布的参考臂光强信号进行关联计算实现透射和反射鬼成像.为设计和研制能进行现场应用的样机系统,以透射结构为例,对成像结果与系统各参数之间的关系进行了详细的对比实验研究,结果表明通过增加采样率、增大光强、适当调节快门时间和光阑大小可以提高成像的分辨率和可见度.     

质谱分析与检漏技术在成像器件研究中的应用

运用四极质谱计对微光成像器件的制管工艺质量进行大量质谱分析监测，分清了各道工序污染对制管的影响。通过对制管工艺进行改进，使制管成品率提高了50％。