基于多块结构网格的并行计算及负载平衡研究

从并行计算流体力学程序的稳定性和效率两大问题入手,针对多块结构网格的通用数据传输方法和基于遗传优化算法的负载平衡方法,并在已有串行多块结构网格程序基础上发展了相应的并行程序.该并行程序以物理区域分割为基础,采用MPI实现消息传递,适用于各种不同的并行机体系结构,具有很好的可移植性.大量数值实验证明,本文发展的并行程序具有良好的稳定性和并行效率,可以进一步应用于大规模实际工程计算.     

SIMD计算机并行程序性能评价模拟环境的研究与实现

航空、航天领域中有许多问题非常适合并且需要使用并行处理，尤其可以利用ＳＩＭＤ计算机，以提高处理速度，如流场计算，ＦＦＴ，矩阵运算等。但并行程序设计与串行程序设计相比较在实现上要更复杂。有许多影响并行程序效率的复杂因素需要通过实验进行研究，以不断优化算法。本文实现了一个在串行机上运行的适用于ＳＩＭＤ并行程序设计及性能评价的模拟环境—ＳＩＭＤＰ２（ＳＩＭＤＰｒｏｇｒａｍｍｉｎｇａｎｄＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｅｖａｌｕａｔｉｎｇｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）。该系统为研究者提供了一个廉价而灵活的ＳＩＭＤ计算机的并行算法研究及性能评价的实验环境。在该环境下，用户可分析、优化并行算法及评价所定义的ＳＩＭＤ系统结构     

用形式化技术求河内塔的并行解

论文以求河内塔(Hanoi Tower)问题的并行解为例，介绍了并行程序设计的一般方法和步骤。一种行之有效的方法是，先将复杂的问题和复杂的并行环境分离，仔细分析用户需求并进行形式化规格，求得正确的解，然后逐步求精，并保证在逐步求精的过程中不失去正确性，最后阶段再得到可以运行的并行程序。     

光滑粒子流体动力学的一种并行数值计算方案

在三维超高速碰撞数值计算方面,针对三维光滑粒子动力学（SPH）方法计算量大和耗时长的缺点,文章提出了一种简单直接、易于编程实现的SPH并行计算方案,并简述了该方案的基本思想、任务划分、变量存储、信息传递以及主要计算步骤。最后利用自编并行程序计算了两个超高速碰撞实例,结果表明:针对几百万个粒子,在运算速度为每秒5万亿次的“银河”计算机上申请23个核并行计算,每步约需要8 s,加速比约为10,并行效率约为50%,计算时间显著减少。     

结构优化建模方法研究进展

列举了结构优化中常用的建模方法,并根据对设计变量和状态变量的处理方式不同,将其分为传统优化模型、同步优化模型和两相法优化模型。然后分析了各模型的原理并对其优缺点进行了对比,同时列举了各模型的应用范围及适用的优化算法。详细介绍了近年来出现的半定规划法在结构优化领域中的应用,描述了航天器结构刚度优化中具有特殊困难的重频优化问题的半定规划法建模过程。最后指出了今后结构优化建模方法的发展方向。     

卫星总体参数多学科优化与建模探讨

卫星总体参数优化是一个典型的多学科优化问题。文章针对卫星总体参数优化建模及其他相关问题进行了探讨,阐述了卫星总体参数优化的过程;以对地观察卫星为对象,给出了多学科优化模型,包括优化目标、约束条件和设计变量。     

航天器空间碎片防护结构设计优化技术研究

航天器空间碎片防护结构设计优化在国际上属前沿研究课题,也是我国载人航天后续工程急需突破的技术。文章研究了防护优化理论方法,建立了适用于各类典型防护结构的两类防护优化数学模型,介绍了所采用的优化算法;完成了防护结构设计优化软件系统的重要模块防护优化算法库及防护优化求解器的设计开发;还对防护优化求解器进行了测试考核,验证了求解器的有效性、稳定性及高效性。     

考虑结构参数不确定性的月球探测器结构优化设计

针对月球探测器结构优化过程中存在的分析耗时和结构参数不确定性影响问题,提出了考虑结构参数不确定性的月球探测器结构快速优化框架。优化框架基于多域子结构运动综合方法,建立了月球探测器结构多域子结构模型,实现了模型规模的降低,提高了模型分析效率;基于区间场不确定性分析方法,建立了结构参数不确定性模型,并开展了探测器结构参数区间灵敏度分析;基于区间可能度理论实现了不确定性优化问题的转换。通过两个优化算例进行方法验证,优化分析结果表明,基于本文的结构优化框架,可以明显提高结构优化效率;通过与确定性优化结果对比,验证了考虑结构不确定性的结构优化可以提高分析结果的可靠性。     

多学科设计优化在空间站太阳翼构型设计中的应用

论述了空间站太阳翼构型的优化问题及应当考虑的设计参数、设计约束、优化目标以及组装建造阶段,分析了优化问题涉及的学科和参数耦合关系;以一个虚拟的空间站服务舱为例,探讨了其太阳翼构型优化建模,给出了3个单目标优化模型,包括设计变量、约束条件和目标函数,比较并说明了优化结果,表明优化合理有效。     

轨姿控发动机振动试验夹具结构拓扑优化

针对轨姿控发动机部分振动试验夹具存在质量偏大、频率特性差等问题,采取拓扑优化的方法对典型试验夹具进行了结构设计改进。基于Optistruct的拓扑优化模块,讨论了动力学拓扑优化模型及多目标优化的实现策略,介绍了离散度参数及最小成员尺寸等优化控制参数的设置。通过对推力装置块状试验夹具的拓扑优化,研究了优化目标及控制参数对优化结果的影响。优化后夹具频率特性满足试验要求,减速效果明显。通过实物振动试验,验证了正弦振动和随机振动试验条件下夹具控制响应平稳,满足试验容差要求。最后,通过对某型轨姿控发动机整机锥状试验夹具的结构设计改进,进一步拓展应用了拓扑优化方法。仿真结果表明,优化后夹具的模态频率和动态响应特性显著改善,为后续发动机振动试验夹具设计提供借鉴。