大尺度模拟中的计算方法

由于在基础和应用模拟科学方面的发展，以及大尺度计算能力的可能性，高性能计算机的、多学科的和多尺度的问题。从2002到2003年，来自世界各国的研究人员在新加坡围绕多尺度模拟和快速算法有关的各种课题进行了有趣和有创造性身的工作。     

铸造速度对Al-Cu合金半固态组织影响的多尺度模拟

用多尺度模拟方法研究了半连续铸造过程与Zl201合金成分近似的5%Al-Cu合金凝固组织受铸造速度的影响。建立了温度场模型和相变模型。通过固相率的变化把温度场计算和微观组织模拟从宏观尺度和介观尺度耦合起来。将宏观尺度上计算出的稳态温度场映射到介观尺度上。利用液固相变区中原胞的平均过冷度确定半连续铸造过程中各元胞的形核,采用溶质扩散模型描述晶粒长大。针对选定对象模拟了浇铸温度为930 K,铸造速度在(1.5～3.5)mm/s时微观组织的演变。结果表明,当铸造速度在2.0 mm/s时得到的微观组织均匀、细小,模拟结果与实验结果吻合。     

基于小波方法的随机脉动风模拟

根据小波的多分辨率分析性质,利用小波重构算法,采用正交小波基对脉动风速进行模拟.选取适当的小波基,假定最粗糙尺度上的尺度系数(即原始信号在最粗糙尺度上的近似),基于线性估计原理,由其线性组合估计同一尺度上的小波系数(即原始信号在该尺度上的细节内容),利用逆小波变换反复迭代计算,就可以得到原始信号在最精确尺度上的近似.根据这一思路,模拟了与Kaimal谱一致的苏通桥某点的纵向脉动风速,验证了小波方法模拟随机风场的有效性.     

基于小波分析的网络流量随机模拟

为了快速生成具有自相似特性的模拟网络流量,应用小波变换将实际测量到的网络流量分解成不同尺度下的小波系数（细节信号）和尺度系数（背景信号）,并把这些系数分割成长度相等的很多个小段,然后从每个尺度下的细节信号中和背景信号中分别随机抽取一个小段进行叠加,多次重复该操作,就可以得到较长时间范围内的模拟网络流量,采用方差时间曲线图对模拟生成的网络流量的自相似特性进行了分析,结果表明：用该方法模拟的网络量具有较好的自相似性,而且简单,速度快。     

苝的振动分辨荧光光谱的理论模拟

采用密度泛函理论(DFT)模拟了苝的振动分辨的荧光光谱。在Franck-Condon近似的框架下,模拟考虑了位移谐振子近似、畸变近似和Duschinsky效应。理论模拟得到的光谱峰值与实验测得的荧光发射峰相吻合。通过对苝分子振动结构的分析发现,基态第9个振动模式对发射光谱的最大值有较大贡献,并且该振动跃迁与基态和激发态之间的结构变化相一致。     

质子交换膜中质子传递机理的分子模拟研究进展

利用分子模拟手段来解析质子交换膜中质子的传递规律,对于深化质子传递机理研究,指导高效质子交换膜的开发工作,从根本上提升燃料电池性能有着重要的意义。根据质子载体的不同类型,介绍了质子传递机理的分子模拟研究现状,指出了适用于分析Vehicle机理和Grotthuss机理的常用模拟方法,通过各模拟方法的比较,阐述了单一方法在模拟尺度和计算量方面的局限性,认为多尺度模拟法能够有效地解析影响质子传递的多重因素。在此基础上,指出开发高效、适用面广的多尺度模拟法是今后全面深入研究质子传递机理的有效途径。     

活性材料冲击压缩及反应行为模拟方法研究进展

近年来，以含能结构材料、含能非晶合金、含能高熵合金等为代表的活性材料受到广泛关注.由于兼具结构强度特性和冲击反应释能特性，活性材料在高效毁伤和防护领域有十分重要的应用前景.其中，活性材料的冲击压缩响应行为及反应释能特性是该类材料设计和应用中关注的重点，研究人员在考虑其冲击反应行为的数值模拟方法上开展了大量的研究工作.本文基于活性材料宏观反应行为受微/细观结构特性控制的特点，从不同时空尺度对活性材料的冲击压缩及反应行为数值模拟方法的研究现状进行了综述，系统梳理了分子动力学模拟、冲击压缩特性细观模拟、冲击反应行为跨尺度模拟、冲击压缩及反应行为宏观尺度模拟方法等4个方面的研究进展.总结认为，活性材料的冲击压缩动力学响应特性数值模拟及冲击反应特性宏-细观尺度关联机制的研究已取得了较大进展，考虑反应弛豫时间和非自持反应特性的点火模型在宏观尺度数值模拟中得到发展与应用.但是，目前数值模拟中关于反应诱发后活性材料动力学行为的描述主要基于火/炸药等典型含能材料的本构模型，仅能实现对活性材料冲击反应行为的表观呈现，而对活性毁伤元作用过程关键参数的精确预测仍存在一定差距.因此，建立准确描述活性材料撞击点火...     

鱼雷尺度靶模拟潜艇目标模型分析及仿真研究

从几何物理声学的观点出发,以亮点尺度模拟方法为基础,阐述了虚拟尺度的多亮点回波延迟产生机理及虚拟尺度形成的数学模型。分析了模型的工程应用特点。最后通过试验仿真验证了用小尺度靶来代替大尺度目标检验鱼雷尺度识别功能是可行的结论。研究结果为实际工程应用建立了较为精确的模型基础;同时对鱼雷尺度靶、尺度式声诱饵及其他水声目标模拟设备的研制也具有相当的参考应用价值。     

分子体系模拟实用简介第二版

随着计算机技术的蓬勃发展,分子模拟在材料科学、物理、化学和生物学领域正扮演着越来越重要的角色。本书是第二版,广泛地介绍了原子尺度的分子模拟技术。第一部分集中于分子体系势能的计算方法,较第一版增加了量子化学（QM）、分子力学（MM）和QM／MM混合势的章节。第二部分介绍体系构象、动力学和热力学性质的研究方法,     

受限Lennard-Jones流体自扩散系数的分子动力学模拟

基于平衡态分子动力学(EMD)方法,建立了受限空间中的Lennard-Jones(LJ)流体自扩散模型.采用径向分布函数对LJ流体微观结构进行了表征,模拟了LJ流体在纳米尺度受限空间中的自扩散系数,并将其与相应的自由空间内LJ流体自扩散系数进行了比较,同时从分子水平分析了温度、密度和受限尺度对自扩散系数的影响.研究结果...     

纳米尺度下对黏滑现象的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟的方法研究了硅针尖在金刚石基底滑动的黏滑现象,讨论了纳米尺度下温度、滑动速度、载荷等因素对黏滑摩擦的影响.模拟结果表明,在纳米尺度下,原子排列规则的两固体间的滑动摩擦力呈现出周期性的锯齿型变化.摩擦力曲线的波动周期取决于滑动过程中基体沿滑动方向的晶格常数,同时受接触面原子排列结构变化的影响.在较低温度范围内,滑动摩擦力随温度的升高近似呈线性减小,对滑动摩擦力的波动周期和振幅影响不大.在一定速度范围内,滑动摩擦力主要受黏着作用的影响,滑动摩擦力的大小随速度的增大近似呈线性增大.在一定载荷范围内,滑动摩擦力随载荷的增大近似呈线性增大,振动周期变大.     

轴向变密度铝泡沫件的动态和静态压缩实验与有限元模拟分析

针对工程中常见的厚度方向变密度的闭孔铝泡沫材料,该文通过动态和静态压缩实验与模拟分析,探讨了大尺度变密度铝泡沫部件变形与吸能特性分析的有限元模型构建方法。对变密度铝泡沫大试样的准静态压缩和冲击压缩实验研究表明:厚度方向变密度铝泡沫材料的压缩过程呈现从低密度层开始的逐层屈服变形伴随整体变形的特性,与密度均匀的铝泡沫材料的变形特性显著不同。该文建立了变密度铝泡沫大试样的分层变密度变尺度有限元模型和近似的密度和尺度均匀的有限元模型,计算结果对比分析表明:分层变密度变尺度有限元模型能够模拟实际材料的逐层屈服变形特性,计算的试样准静态和冲击压缩变形与吸能特性等与实验结果相符;而基于均匀模型的计算结果则不能模拟逐层变形特性,与实验结果及理论特性明显不相符。分层变密度变尺度有限元模型的单元尺度会影响逐层屈服变形特性模拟结果,基于单元尺度接近实际铝泡沫材料胞元尺度的分层有限元模型的计算结果与实验结果一致性较好。这些研究结果对各种结构的铝泡沫材料应用研究具有重要意义。     

高分子稀溶液的多尺度模型研究进展

高分子稀溶液的结构流变学模型是复杂流体多尺度模型的重要基础,其多年来的成就难掩其近线性、近平衡的局限和数学上的不足.介绍了研究高分子稀溶液微宏观(多尺度)模型的新进展,包括确定性和随机性2种形式的本构模型;综述了哑铃分子多尺度模型在数学分析和数值模拟进展以及微观模型的约化及封闭近似等研究工作.     

液晶分子模拟理论及其应用

本文回顾了液晶的分子模拟理论，以及这些理论在粘度系数研究中的应用。介绍了应用于液晶模拟的分子力学。着重介绍了分子动力学的基本原理，在此基础上，列举了应用此方法对液晶旋转粘滞系数进行模拟计算的两个实例，并对结果进行了对比分析。最后我们讨论了当前工作的一些局限性，并指出了今后可能的发展方向。     

干涉法测量器件表面特征缺陷的计算机模拟

光学干涉方法测量器件表面微小缺陷是一种有效的实验方法．对于多样性结果的唯一性分析，借助于计算机模拟，得到特征缺陷的干涉图样的模拟结果．该结果适用于不同波长，缺陷尺度连续变化的微小情况．使用误差跟踪计算办法，可分辨的缺陷尺度变化从1／2波长的10＾－1量级倍数到10＾2量级倍数．     

过氧化物酶及其模拟酶催化反应的分析应用

以辣根过氧化物酶（HRP）为参照,从过氧化物模拟酶,包括自然酶和化学合成酶综述了过氧化物酶及模拟酶在分析化学的研究及应用,从分子光谱分析中的光度分析,荧光分析方面总结了过氧化物酶及模拟酶催化反应的应用研究趋势。     

DMF+水溶液中正丙醇的溶剂化体积效应

生物分子的疏水作用在生物分子折叠中起重要的作用．我们感兴趣的是：介质从水到酰胺的变化过程对疏水作用的影响．本项研究的内容是：以正丙醇为疏水作用模型分子，以ＤＭＦ＋水模拟蛋白质亚基所处的介质环境，用拟二元近似方法，通过研究２９８．１５Ｋ时正丙醇在ＤＭＦ...     

城市大气环境的数值模拟

空气质量是城市可持续发展的保证,是改善人居环境的重要条件之一。大气环境是多尺度的流体运动,本文介绍了城市尺度和居民小区尺度大气环境的现代数值预测方法——大涡数值模拟方法,着重说明该尺度下复杂环境流动的特点和数值模拟需要注意的问题,例如下垫面的处理方法、边界条件的合理提法等;以典型城市和模型小区为例,说明数值预测方法的应用,展示不同下垫面对城市大气环境的影响、风速与小区空气质量的关系等。     

分子动力学模拟研究流体微观结构和扩散性质

通过分子动力学模拟得到了纯水，超临界水以及电解质溶液的微观结构，从而对因液相变，离子水化，离子配位数等做出了微观解释与证明，通过分子动力模拟了有机物在超临界二氧化碳中的扩散系数，在几十个研究体系中取得了与实验值较吻合的结果，并以此为基础，提出了一个普遍化的扩散系数预测方法，通过这些工作，既从微观上阐述了现象的本质，又在宏观上得到了可方便的应用于工程设计的结果，表明了分子模拟作为一种先进的科学研究手段将得到越来越广泛的应用。     

低温保护剂玻璃态性质的极化分子力场模拟研究

二甲基亚砜水溶液作为常用的低温组织保护剂,其玻璃化转变的微观机理和玻璃态性质备受关注,但缺乏微观分子层面的认识.利用极化分子力场和模拟淬火方法研究二甲基亚砜水溶液体系玻璃转化性质,模拟得到的玻璃转化温度与实验符合较好;同时,利用统计力学方法对体系的结构、热力学性质、动力学性质和单分子行为随温度演化规律进行了研究.结果表明,玻璃态下分子呈现多尺度平动和转动弛豫过程,相邻分子间的结构弛豫过程存在较强的耦合性.