Al-Si合金枝晶生长相场法模拟影响因素

采用相场法技术,确定了噪声、初始晶核半径、各向异性及过冷度等因素对枝晶生长形貌模拟的影响规律.结果表明:在保证初始晶核不被熔化的前提下,初始晶核半径r0的大小不影响模拟结果;随着界面各向异性系数的增大,枝晶尖端生长速度以线性方式增大,而枝晶尖端半径以抛物线方式减小;过冷度越小,枝晶的生长越困难,越不能出现二次枝晶.相场法模拟影响因素对枝晶生长形貌模拟有重要的影响.     

基于GPU的流动影响枝晶生长相场方法

将自适应压力迭代法修正的Sola算法与相场模型相结合,建立过冷熔体在强迫流动状态下枝晶生长的Sola-相场模型.针对传统方法求解多场耦合相场模型时存在的计算量大,计算时间长,计算效率低等问题,提出基于CUDA+GPU软硬件体系结构的高性能计算方法.以高纯丁二腈(SCN)过冷熔体为例,在CPU+GPU异构平台上实现了存在流动时凝固微观组织演化过程的并行求解,并对基于CPU+GPU平台与CPU平台的计算结果及计算效率进行比较.结果表明,当计算规模达到百万量级时,与CPU平台上的串行算法相比,在CPU+GPU异构平台上达到了24.39倍的加速比,大大提高计算效率,并得到与串行计算相一致的结果.     

纯物质过冷熔体中自由枝晶生长相场模型的自适应有限元法模拟

基于自适应有限元方法,通过求解表征纯物质相场模型的非线性抛物型方程,研究镍过冷熔体中不同起伏情况下单个完整等轴枝晶的演化过程.模拟结果表明:采用自适应有限元方法求解相场模型时结果更接近真实物理模型,在计算终止时整个计算域节点数仅为2.79×105个,远小于采用相同网格间距普通方法的1.6×106个,较大不同计算域对枝晶尖端速度的平衡值影响不大;随着起伏强度的增大,枝晶尖端获得更高的温度梯度,等温线波动更大,一次枝晶臂表面失稳,二次枝晶臂向过冷溶液中凸起的趋势越强,二次枝晶臂越发达.     

双相介质中储层波场特征数值模拟研究

根据双相介质弹性波方程,并对弹性波方程进行分离得到了膨胀波方程。利用高阶差分对膨胀波方程进行数值模拟,边界处理采用完全匹配层的吸收边界条件,算法实现了任意高阶差分和自动加载边界条件的纵波方程正演模拟。计算结果表明,在双相各向同性介质中存在快纵波、慢纵波,两种纵波有明显的区别,快纵波的速度远大于慢纵波的速度。在分界面上,快纵波要产生透射快纵波、透射转换慢纵波,反射快纵波、反射转换慢纵波。慢纵波具有很强的衰减性,耗散系数越小,慢纵波越明显,反之亦然。该算法的高阶差分形式可以显著地降低数值频散,有效提高地震波正演计算的精度,适应性好,操作简便灵活。     

基于自适应有限元枝晶自由生长相场模型模拟

利用相场模型模拟了过冷熔体中单个完整等轴枝晶在凝固过程中的生长和形貌演化,采用自适应有限元方法求解相场模型的控制方程,研究了在计算域较大、界面层厚度较薄的情况下各向异性和过冷度等物理参数对枝晶形状和生长的影响.结果表明:过冷度越大,枝晶间竞争越激烈,生长速度越慢;各向异性系数越大,枝晶沿选定方向生长的趋势越强,生长速度越快,二次枝晶间距越小,侧向分枝越发达. 与有限差分方法(FDM)相比,采用自适应有限元法(AFM)在CPU计算时间和存储空间均降低了一个数量级,并且系统尺寸越大,自适应有限元法优势越明显,便于更大尺度多场耦合相场模型的数值模拟.通过比较均匀网格法和以往的晶体生长数值模拟实验,证明了自适应有限元法的准确性、高效性和鲁棒性.     

抛物型方程的一种高阶并行差分格式

构造了求解抛物方程的高阶并行差分格式。首先,通过前三个时间层内界点的值及四阶紧致格式并行计算子区域的值,然后再用区域边界点显式计算内界点的值,并证明算法的稳定性条件至少为23+16, 收敛精度为四阶。最后用数值算例验证算法的稳定性及收敛性,数值结果表明此算法具有比其他算法更好的精度。     

孤东七区西油藏大规模并行模拟应用研究

针对特高含水期油藏精细挖潜的需求,应用流行的Newton-Kry1ov-Schwarz非线性问题求解算法及SPMD并行模式,充分考虑了国产神威计算机的结构特点,解决了处理器间数据通讯、I/O优化等技术瓶颈,有效地提高了软件的并行能力.应用改进的神威版并行软件对孤东七区西油藏模型应用神威机上4、8、16、32、64、80、96、128个CPU开展并行计算,在保证模拟精度的条件下,优化出了最优加速比所需的CPU个数,并对影响加速比的因素进行了深入研究.     

红黑着色的相场两相流并行投影算法

提出一种交错并行的有限体积投影算法求解基于相场法的两相流控制方程组。该算法的实施主要依赖于压力泊松方程的显式推进设计,从而突破投影算法求解不可压Navier-Stokes方程的效率瓶颈。同时,提出了一种交错扫描策略来更新节点上的变量,以实现更紧凑的时空耦合。本算法与相场模型相结合,能够高效、准确地捕获相界面的动态拓扑变化。测试算例结果表明：网格量为131 072,采用8线程CPU并行时,新提出并行算法的效率达到串行标准投影算法的80倍以上。     

枝晶生长过程的相场方法模拟研究

采用相场方法对金属枝晶的生长过程进行数值模拟。用凝固相场方程描述过冷条件下枝晶生长的物理过程,同时在相场方程中耦合温度场方程以体现凝固过程中释放的潜热对相变的影响。采用有限差分法进行求解,讨论了松弛时间、方向角、界面宽度、熔点、各向异性、潜热等因素对枝晶的形状和生长的影响。结果表明,随着松弛时间、界面宽度和熔点的逐渐增加,晶体的生长速率也在逐渐增加,并且枝晶越来越发达。     

基于深腾1800机群系统的分子动力学并行仿真研究

介绍了分子动力学并行仿真计算的软硬件环境,分析了现有的几种并行算法,确定采用区域分解法作为并行算法,并在此基础上提出了基于区域二次划分的分子动力学并行仿真算法.另外,阐述了原子链、原子近邻表和原子亲属表的概念,提出了基于永久序号的消息传递策略.最后,设计了分子动力学并行仿真程序,并分别在1、2、3、4台结点机上进行了实验,运行结果表明:加速比随着结点数的增加而增加,并行效率虽略有下降但都在87.5%以上,并行效率并没有随着结点数的增加有明显的降低,说明并行程序具有很好的扩展性.     

关于热传导方程有限差分区域分解并行算法精度的注记

以一维热传导模型方程为例来说明用有限差分区域分解算法求解热传导方程中的三个现象.     

二维热传导方程的有限差分区域分解算法

对于应用区域分解方法求解二维热传导方程的问题,提出一种绝对稳定的显-隐差分格式。该算法在内边界点上采用显格式计算,在子区域内部采用全隐格式;之后给出了算法的稳定性和收敛性分析,并用数值结果验证了相关结论。     

圆平行板电容器极板电流磁场的数值计算

用数值计算的方法研究了圆平行板电容器极板上电流的磁场,求出传导电流(极板电流 馈线电流)产生的磁场,并与使用全电流环路定律在忽略边缘效应的条件下的计算结果作比较。     

热传导方程的一类有限差分区域分解显-隐算法

先在内边界点上采用小时间步长^-Δt,空间上以大步长进行J次计算,提高了整体的计算精度.同时给出了一、二维热传导问题的算法和误差估计,还考虑了多子区域的情形,并用数值实验证明了结论.     

代数多重网格与多波前技术综合并行有限元分析方法

提出一种新的有限元并行计算格式,将代数多重网格、块迭代与多波前技术综合用于有限元分析,具有不限制节点编号顺序、编程简单、存储量小和计算时间少的优点。并行程序是在国家高性能计算中心（北京）的曙光1000A上借助PVM（Parallel Virtual Machine）软件系统实现的,PVM系统用于处理各计算节点间的通信。考题显示出较高的并行加速比和效率。     

相场方法在组织模拟中的应用

介绍了相场方法在材料组织模拟方面的发展历程、基本概念和理论基础,讨论了单场变量模型在模拟枝晶生长方面的进展和多场变量模型模拟多晶系统演变过程中晶粒消涨的情况。相场法的诸多应用结果表明,虽然相场法是建立在唯像的热力学理论基础之上,但只要确定出物理意义明确的相场变量,这一方法将真实地模拟材料组织的演变过程,成为研究组织演变的最有效手段之一。     

金属切削温度场数值模拟的若干问题研究

基于理论分析和实际有限元数值模拟计算中遇到的问题,研究、讨论了切屑分离标准、表面接触、摩擦系数的设定、切屑与工件之间的连接以及热应力耦合分析等各项技术,并应用大型有限元分析软件ANSYS,具体分析了金属切削过程中应力和应变的变化、剪切面的形成以及温度场对金属切削的影响,并依此对刀具作强度分析,得到若干结论。     

运移聚集并行数值模拟软件系统

为了重建油气盆地的运移聚集演化史,开发了盆地多层油资源运移聚集并行计算数值模拟软件系统,提出了全新的多层油资源运移聚集史数学模型,构造了新的精细并行修正迎风分数步迭代格式,并行算法,并行程序设计,采用交替方向网格剖分的方法,该软件已成功地用于东营凹陷、胜利油田滩海地区的油资源评价,取得了良好的应用效果.