Hamilton系统下基于相位误差的精细辛算法

Hamilton系统是一类重要的动力系统，辛算法（如生成函数法、SRK法、SPRK法、多步法等）是针对Hamilton系统所设计的具有保持相空间辛结构不变或保Hamilton函数不变的算法.但是，时域上，同阶的辛算法与Runge-Kutta法具有相同的数值精度，即辛算法在计算过程中也存在相位误差，导致时域上解的数值精度不高.经过长时间计算后，计算结果在时域上也会变得“面目全非”.为了提高辛算法在时域上解的精度，将精细算法引入到辛差分格式中，提出了基于相位误差的精细辛算法（HPD-symplectic method），这种算法满足辛格式的要求，因此在离散过程中具有保Hamilton系统辛结构的优良特性.同时，由于精细化时间步长，极大地减小了辛算法的相位误差，大幅度提高了时域上解的数值精度，几乎可以达到计算机的精度，误差为O（10-13）.对于高低混频系统和刚性系统，常规的辛算法很难在较大的步长下同时实现对高低频精确仿真，精细辛算法通过精细计算时间步长，在大步长情况下，没有额外增加计算量，实现了高低混频的精确仿真.数值结果验证了此方法的有效性和可靠性.     

鸡爪定理及其应用

<正>鸡爪定理指的是这样一个命题.设△ABC的内心为I,∠A内的旁心为J,AI的延长线交三角形外接圆于K,则KI=KJ=KB=KC,其中KI、KJ、KB、KC组成的图形,形似鸡爪,故被称为鸡爪定理,证明由内心和旁心的定义可知,∠IBC=1/2∠ABC,     

在人工拓扑超导体磁通涡旋中寻找Majorana零能模

寻找具有拓扑序的新物质态是目前一个非常活跃和令人激动的研究领域.与拓扑绝缘体类似,在超导体中也存在着拓扑非平庸的超导态,它与传统的超导体在拓扑性上是不等价的,这种具有非平庸拓扑序的超导体被称为拓扑超导体.拓扑超导体在体内具有非零的超导能隙,而在表面有无能隙的表面态.理论预言在拓扑超导体中能够实现具有非Abelian统计特性的Majorana费米子. Majorana费米子可以用来构建拓扑量子比特,在拓扑量子计算方面有重大的科研和应用前景.拓扑绝缘体的出现催生出了许多人工拓扑超导体材料.本专题将主要介绍在拓扑绝缘体/超导体异质结中探测Majorana费米子的一系列实验工作.通过对拓扑超导体的研究,人们对超导电性有了全新的认识,有可能找到实现Majorana费米子新奇量子物理性质的方法.     

基于有序介孔碳的氯离子选择性电极的制备及其在手持传感系统中的应用

以有序介孔碳(OMC)球为离子-电子转换层,制备了固态氯离子选择性电极,构建了基于离子敏感的场效应晶体管(ISFET)的手持式传感系统,用于检测人体血清中的氯离子。优化了OMC前驱体的碳化温度,探究了OMC形貌结构对电极传感性能的影响;电极柔性化制备后考察了其在手持系统中对氯离子的检测效果。结果表明,最优条件下,电极在5.12×10^-4~1.02 mol/L的浓度范围呈现线性响应,响应斜率为60 mV/decade。该柔性电极在手持传感系统中展现出高灵敏度和重现性,可用于人体血清样品中氯离子的检测,其回收率为96.3%~104.9%。     

液氧储箱停放阶段蒸发率研究

针对低温液氧充注完成后储箱短期处于过热状态,采用三维模型数值模拟了在地面常压和闭口停放时段里储箱内蒸发速率和温度分层变化特征,对253K、273K、313K三种环境温度对液氧蒸发速率和温度分布的影响规律进行了分析。根据模拟结果可知,受到初始过热度的影响,开口停放结束后三种环境工况下储箱温度最低位置均出现在相界面处,253K、273K、313K环境温度下液氧平均消耗率分别为0.99%/h、1.03%/h、1.28%/h;当排气阀关闭后,三种环境工况下,储箱内液氧温度分布呈现从相界面至储箱底部不断降低趋势,环境温度越高,温度分层越明显;253K、273K、313K工况下相界面液氧蒸发速率在闭口停放后期分别为0.014g/s、0.039g/s、0.058g/s。     

壳模型哈密顿量本征值的美与奇

本征值问题是自然科学中基本运算之一，对于超大矩阵的对角化是当今许多科学问题的瓶颈。在应用原子核壳模型理论研究较重的原子核结构时，因为壳模型组态太大，通常的方法是基于各种物理考虑做某些组态截断，另一个思路是利用新的算法和飞速发展的计算机资源对这些大矩阵对角化或者近似对角化。总结了本课题组近年来在壳模型哈密顿量本征值近似方面研究的主要结果，包括最低本征值半经验公式及多种外推方法、本征值与对角元的相关性等。The eigenvalue problem is one of the fundamental issues of sciences. Many research fields have been challenged by diagonalizing huge matrices. The nuclear structure theorists face this problem in studies of medium-heavynuclei in terms of the nuclear shell model, in which the configuration space is too gigantic to handle. Thus one usually truncates the nuclear shell model configuration space based on various considerations. Another approach is to make use of super computers by various algorithms, and/or to obtain approximate eigenvalues. In this paper we review our recent efforts in obtaining approximate eigenvalues of the nuclear shell model Hamiltonian, with the focus on our semi-empirical approach and a number of extrapolation approaches towards predicting the lowest eigenvalue, as well as strong correlation between the sorted eigenvalues and the diagonal matrix elements, and so on.     

匀速轴向压力作用下两边简支直杆的动力屈曲

根据在不同的变形状态下匀速轴向受压的、两边简支的弹性直杆的动力屈曲控制方程,对直杆一阶、二阶形式的动力屈曲利用差分方法和有限元数值模拟方法进行计算和比较,并通过改变加载速度得到相应的数值解。计算结果表明:在保证精度的情况下,加载速度的增加使得两边简支直杆屈曲模态由一阶向二阶发生渐变;在屈曲刚发生阶段,屈曲载荷保持不变,之后屈曲载荷随着加载速度的增加而逐渐增大,且存在临界加载速度使屈曲载荷在该位置发生突变。     

单环路平板脉动热管定向循环的数值研究

根据脉动热管薄液膜蒸发和凝结相变换热的特点,对基于体积分数法的VOF相变进行了改进,建立了单环路板式脉动热管的三维流固耦合仿真模型,对高充液率下的定向循环工作特性和传热性能进行了数值研究。结果表明:仿真得到的泡状流,柱塞流以及环状流的分布以及转换规律和可视化实验结果较好吻合;在一定的充液率下,随着热负荷的增加,热阻先减小,然后上升,充液率越低,热阻越小,和实验结果的热阻误差在10%以内。分析发现,除了相变换热系数,脉动热管的热阻还和系统压力密切有关,高充液率、高功率下,内部压力(相变温度)上升过快,是其热阻升高的主要原因之一。     

超弹性石墨烯气凝胶的制备及其性能

以多胺小分子二乙烯三胺(DETA)为还原剂和结构增强剂,采用水热还原法,制备了具有三维交联网络结构的高弹性石墨烯气凝胶(GA)。通过X射线衍射仪(XRD)、四探针测试仪、扫描电子显微镜(SEM)、万能拉力机和吸附实验等手段对GA的微观结构和性能进行了表征和测试。研究了氧化石墨烯(GO)和DETA的质量浓度对GA性能的影响。结果表明:GA的密度和导电率随着GO和DETA的质量浓度变化而变化,压缩强度随着GO和DETA质量浓度的升高而增大。当GO的质量浓度为8mg/mL,GO与DETA的质量浓度之比为1 000∶7.5时,其最大压缩强度高达6.8 MPa。GA被压缩后,其形貌可基本完全回复,表现出较好的抗疲劳性能。GA对7种常见有机溶剂的吸附量为自身质量的41~83倍,其中对二氯甲烷的吸附量最大,达到了自身质量的83倍。     

磁流体饱和多孔弹性介质的瞬态响应特性

基于Biot流体饱和多孔介质理论及磁流体动力学理论,考虑了强导电性磁流体产生的磁压力对固体骨架的影响;将反映电磁力的Maxwell应力张量应用到Biot模型中,建立了磁流体饱和多孔介质的基本方程,并研究了内含圆柱形空腔的半无限磁流体饱和多孔介质处于均匀磁场中且其空腔表面受到均布瞬态荷载作用时的响应;利用积分变换,得到固体骨架应力场、位移场及磁流体压力场随时间变化的规律。数值计算结果表明:外加磁场分别为0、10A/m、100A/m时,各场变量随时间变化的规律和分布规律不变,但外加磁场的增大会使场变量的峰值及达到峰值的时间有所增加,且对其稳定值的影响甚微;在给定时刻,外加磁场强度越大,场变量沿径向达到恒定值的位置越靠近空腔表面;另外,磁压力对固体骨架的耦合作用效应较为显著。