非周期性多尺度问题的平均化方法

提出了解决复合材料非周期性多尺度问题的平均化理论框架及其有限元实现方法,指出材料的力学性能应该是大量原子、分子、晶粒等微粒行为的宏观体现,分析了算法平均的重要性,论证了平均化有限元方法是解决多尺度问题的有效方法. 进而采用该理论框架对于含有相同数量级规模的典型小尺度结构的非均质材料进行了分析. 研究结果表明,平均化有限元的计算规模远低于直接有限元法的计算规模,并且二者精度能保持一致.     

分层多尺度建模-计算方法

提出了一种多尺度建模方法,即通过精确定义材料细观结构及其演化规律来预测多相异质材料的宏观性质。当材料的细观结构十分复杂或者材料处于大变形状态时,使用材料的宏观本构关系来求解力学问题将很难得到准确的结果。而使用此种宏-细观方法,可以不需要定义宏观的材料本构关系,而只需将材料宏观材料点的行为交给细观结构的响应来确定,由此得到更加精确的结果。因此,多尺度方法可直接用于对复杂外载荷路径下的力学问题进行建模。为此,使用上述方法对某型镍基合金进行了分析。     

非均质复合材料力学性能的确定性多尺度计算方法

针对具有多尺度特性的非均质复合材料进行结构强度分析,提出了一种确定性多尺度计算方法——有限细胞法(FCM)。该方法通过矩阵凝聚和插值近似得到粗网格的刚度矩阵,在计算得到粗网格解后,通过回代技术可获得全域细网格解。为验证FCM的计算精度和计算效率,构造了多个数值算例,并与理论和有限元(FEM)结果进行了对比,结果发现:相对于FEM,FCM可显著扩大计算规模,提高计算速度,且易于并行;相对于其他多尺度计算方法,FCM在构造粗网格刚度矩阵过程中无需引入微观边界条件,计算精度高,易于降尺度计算。因此,FCM是分析复合材料结构强度的一种有效的多尺度算法,同时该方法易于推广至多尺度的非线性结构分析、热分析、地下水渗流分析等领域。     

基于PHF-LSM-MT的非均质岩石细观界面与水力压裂数值建模

基于PHF(permeability-based hydraulic fracture)模型,采用水平集方法(level set method,LSM)描述材料边界分布,并用多尺度方法MT模型,对材料有效参数进行均匀化,建立适用于考虑非均质岩石材料细观界面特征分布与水力裂缝动态发展过程的PHF-LSM-MT数值计算模型...     

材料综合计算实践的内容建设与能力培养

适应新工科形势要求,践行新材料的"材料基因组"创新研究模式,讨论并精选材料综合计算实践内容,培养学生在材料与零件创新设计中的新材料源头设计(结构与性能)计算、 成形工艺仿真计算和服役与安全评估计算这一全链条、 跨尺度材料开发应用过程中的综合计算能力,减少材料开发研究与零件设计研究中炒菜式试错试验,使材料与零件创新设计的...     

基于“材料基因组工程”的3种方法在镍基高温合金中的应用

"材料基因组工程"强调以产业应用为导向,集成和发展材料的计算工具、试验工具和数据库等核心基础能力,聚焦解决关系国计民生产业应用中材料的关键问题。本文列举3种基于"材料基因组工程"方法在镍基高温合金中的实际应用,包括高通量合金制备及其关键热力学和动力学数据的高通量采集、显微组织的多尺度和多维度表征、微型试样的力学性能检测。分析表明,定量预测和描述材料成分、工艺、组织和性能关系的计算、表征和数据库技术面临极大挑战,基于"材料基因组工程"的方法将促进镍基高温合金的研发,加快从实验室研究到市场应用的转化。     

耐热不锈钢X8CrNi25-21介观尺度材料本构建模与仿真

针对耐热不锈钢X8CrNi25-21的材料特性,基于弹塑性力学理论和位错动力学对经典的Johnson-Cook（JC）本构模型进行修正,引入位错塞积理论,并在本构中考虑晶粒尺寸和晶体取向等微观参数,建立了基于尺度效应的耐热不锈钢X8CrNi25-21介观尺度材料响应行为本构模型.通过采用介观尺度非标准件,并利用热处理工艺改变材料的晶粒尺寸,开展准静态拉伸实验、动态霍普金森压杆实验进行介观尺度材料测试,建立了晶体尺寸与介观尺度材料塑性变形与断裂行为特征的变化规律,并最终确定了耐热不锈钢X8CrNi25-21介观尺度材料本构模型各参数值.      

水泥净浆弹性模量的纳米压痕表征与多尺度计算

基于微观力学测试和复合材料理论,计算水泥基材料的多尺度弹性参数,是水泥基材料基于性能的精细化设计理论基础之一.本研究对不同水灰比的硬化水泥净浆试样进行微观弹性模量的纳米压痕测试和孔隙结构压汞试验,基于多相材料均质化理论,建立考虑孔隙影响的水泥净浆弹性模量多尺度计算方法,并比较稀疏法、自洽法、Mori-Tanaka法、相互作用直推法和多层次均匀化法的适用性.计算结果表明,考虑孔隙作用的多相、多尺度计算方法与水泥净浆试件的宏观弹模测试结果吻合良好,除多层次均匀化法外,其他复合材料均匀化方法的计算结果相近.     

基于多尺度逼近的多维传感信息解耦方法

针对多尺度插值解耦方法的尺度特征计算和尺度阈值优化求解问题,提出了一种基于多尺度逼近的多维传感信息解耦方法.该方法通过函数多尺度逼近快速获取尺度特征,无需构建传感器的特征方程,根据尺度取值顺序确定尺度阈值和相应的插值方法,从而实现准确度目标下的快速解耦.仿真结果表明,尺度特征计算方法简单直接,当解耦的准确度目标为0.5%时,计算得到的尺度阈值为2-4,此时的最短解耦计算时间为80ms,解耦误差约为0.4575%.     

复合材料飞机电磁环境的多尺度分析

复合材料飞机电磁环境的分析属于多尺度，电大尺寸问题，采用传统数值方法会引起离散化剖分的奇异性问题。文章提出了一种基于薄层阻抗边界条件的多尺度分析方法，在该方法中，首先采用全波频域方法在微观尺度下计算复合材料的电磁响应，考虑其材料、结构和厚度等参数的影响，并将其等效为具有相同电磁响应的边界条件；其次将此等效边界条件引入到复合材料飞机电磁响应的计算过程中，在宏观尺度下用全波频域方法计算整个飞机的电磁环境。多尺度分析方法无须对复合材料飞机蒙皮进行电磁离散化，解决了网格剖分的奇异性问题，实现复合材料飞机电磁环境的数值研究。     

ILT Approach for Compensating 3-D Mask Effects

As mask features scale to smaller dimensions,the so-called "3-D mask effects" which have mostly been neglected before,become important.This paper properly models the 3-D thick mask effects,and then analyses the object-based inverse lithography technique using a simulated annealing algorithm to determine the mask shapes that produce the desired on-wafer results.Evaluations against rigorous simulations show that the synthesized masks provide good image fidelity up to 0.94,and this approach gives improved accuracy and faster results than existing methods.     

Simulating micrometre-scale crystal growth from solution

Understanding crystal growth is essential for controlling the crystallization used in industrial separation and purification processes. Because solids interact through their surfaces, crystal shape can influence both chemical and physical properties. The thermodynamic morphology can readily be predicted, but most particle shapes are actually controlled by the kinetics of the atomic growth processes through which assembly occurs. Here we study the urea-solvent interface at the nanometre scale and report kinetic Monte Carlo simulations of the micrometre-scale three-dimensional growth of urea crystals. These simulations accurately reproduce experimentally observed crystal growth. Unlike previous models of crystal growth, no assumption is made that the morphology can be constructed from the results for independently growing surfaces or from an a priori specification of surface defect concentration. This approach offers insights into the role of the solvent, the degree of supersaturation, and the contribution that extended defects (such as screw dislocations) make to crystal growth. It also connects observations made at the nanometre scale, through in situ atomic force microscopy, with those made at the macroscopic level. If extended to include additives, the technique could lead to the computer-aided design of crystals.     

覆冰斜拉索气动力的试验与数值研究

斜拉桥拉索表面形成的覆冰可能会使斜拉索发生不稳定的驰振振动.首先,制作了6种覆冰截面的拉索模型,几何缩尺比为1∶1;然后,进行了静力天平测力风洞试验,得到了6种覆冰截面的平均升力系数和平均阻力系数,并给出了驰振力系数;最后,采用Fluent软件模拟了2种覆冰截面的绕流情况,并给出了平均升力系数.结果表明:上述6种覆冰截面的驰振力系数均远小于零,存在发生驰振的可能性;CFD模拟得到的平均升力系数与试验结果吻合较好.     

Entrainment-mixing parameterization in shallow cumuli and effects of secondary mixing events

Parameterization of entrainment-mixing pro- cesses in cumulus clouds is critical to improve cloud parameterization in models, but is still at its infancy. For this purpose, we have lately developed a formulation to represent a microphysical measure defined as homoge- neous mixing degree in terms of a dynamical measure defined as transition scale numbers, and demonstrated the formulation with measurements from stratocumulus clouds. Here, we extend the previous work by examining data from observed cumulus clouds and find positive cor- relations between the homogeneous mixing degree and transition scale numbers. These results are similar to those in the stratocumulus clouds, but proved valid for the first time in observed cumulus clouds. The empiricalrelationships can be used to parameterize entrainment- mixing processes in two-moment microphysical schemes. Further examined are the effects of secondary mixing events on the relationships between homogeneous mixing degree and transition scale numbers with the explicit mixing parcel model. The secondary mixing events are found to be at least partially responsible for the larger scatter in the above positive correlations based on obser- vations than that in the previous results based on numerical simulations without considering secondary mixing events.     

基于三维微-细观尺度模型的混凝土力学性能研究

依据水泥种类、水灰比、配合比和骨料级配等信息，在微观尺度上引入CEMHYD3D水化模型重构了水泥浆模型、在细观尺度上发展硬核/软壳模型构建了混凝土模型；研究基于Rankine准则和损伤模型的适用于混凝土微-细观模型的数值均匀化方法，从而提出混凝土力学性能递进分析和预测方法。算例分析表明，提出的方法能够较好地分析和预测混凝土的宏观力学性能；通过老化病害过程微观尺度的模拟，可实现混凝土老化病害机理分析。     

非机动车影响下信号交叉口转向通行能力模型的比较

混合交通条件下,非机动车显著影响着信号交叉口转向机动车通行能力.文章剖析了现有的非机动车影响下交叉口通行能力的解析算法,建立了基于VISSIM的通行能力仿真模型,标定了模型参数.通过算例,比较了各种解析和仿真模型.通过仿真实验分析了非机动车对机动车延误、转弯速度的影响.研究表明:各种模型得到的结果差别较大,其中,HCM(2000)与chen等人(2007)的方法计算的通行能力与仿真实验结果较为一致.假设非机动车在机非冲突区总能够抢先通过,将导致低估机动车通行能力;而只考虑绿灯初期非机动车成群通过造成的影响,将导致高估通行能力.随着冲突非机动车流量的增加,单位数量的非机动车对机动车通行能力、延误和转弯速度的影响逐渐减小.转向车流的仿真通行能力值与平均转弯速度显著线性相关.     

电除尘器数学模型的研究

电除尘器数学模型是研究、分析和设计电除尘器的重要辅助手段。在参考国外建立模型方法的基础上，从电参数、荷电、理想效率和非理想校正等四方面建立模型。对国内常用的几种非圆型电晕线电场分布的计算采用了直径当量数和衰减函数法，实验和实际运行参数验证表明：模型对电晕电场分布和国内工业用电除尘器性能的估算是可靠的。     

金融时间序列预测中的神经网络方法

概述了神经网络方法在金融时间序列预测应用中所面临的有关问题,给出了解决方法;针对有关模型和算法作了计算模拟与分析,得到了一些可供今后研究参考的经验结果;讨论了金融时间序列预测中主要的神经网络模型,如多层前馈网络、径向基函数网络以及支持向量机网络等.总结了关于模型改进的一些近期研究进展与结果,指出了神经网络用于金融时间序列预测的一些可能的方向.     

双模数复合材料层合板壳研究

介绍了双模数材料的材料模型及双模数复合层合板壳的分析方法,简要回顾了作者在这一领域的工作。     

持续学习：研究综述

深度学习模型通常限定在固定数据集中进行训练，训练完成之后模型无法随着时间而扩展其行为.将已训练好的模型在新数据上训练，会出现灾难性遗忘现象.持续学习是一种能够缓解深度学习模型灾难性遗忘的机器学习方法，它旨在不断扩展模型的适应能力，让模型能够在不同时刻学习不同任务的知识.目前，持续学习算法主要分为4大方面，分别是正则化方法、记忆回放方法、参数孤立方法和综合方法.对这4类方法的研究进展进行了系统地总结与分析，梳理了衡量持续学习算法性能的评估方法，讨论了持续学习的新兴研究趋势.