E 级计算给 CFD 带来的机遇与挑战

E 级(Exascale)计算机有望在2020年前后投入使用,E 级计算将给计算科学和科学研究带来革命性的变化。计算流体力学(CFD)作为超大规模计算机应用的重要领域之一,将迎来前所未有的发展机遇,同时也将面临极其严峻的技术挑战。本文对当前国内外超大规模 CFD 计算的现状进行了概述,探讨了未来 CFD 的发展趋势,并对 E 级计算给 CFD 带来的机遇与挑战进行了分析,最后提出了适应未来 E 级计算的 CFD 发展思路与建议。为了实现 E 级计算的宏伟目标,CFD 与计算机科学、应用数学等学科的“协同设计”势在必行。我们期待本文的分析能对我国的高性能计算应用、CFD 发展有一定的启示作用。     

变质和细化处理对铸造Al／SiCp复合材料组织和机械性能的影响

研究了变质和细化处理对搅拌法制备的１５ｖｏｌ％ＳｉＣ粒子增强的铸造Ａｌ－Ｓｉ金属基复合材料的组织和机械性能的作用。试验表明，变质和细化元素的添加对该金属基复合材料组织的影响与相应的基体合金一致。变质处理使复合材料基体合金中的片状或针状共晶硅变成纤维状，细化处理能明显地细化αＡｌ晶粒，因而能明显地提高该复合材料的拉伸性能。单独的细化处理使拉伸强度提高８％，而同时变质和细化处理使拉伸强度提高１４％。     

激光合成金属间化合物基复合材料研究进展

对激光合成颗粒增强金属间化合物基复合材料进行了研究,包括Ni3Al/WC、NiAl/TiC、Ti3Al/TiC和MoSi2/SiC,用扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪对材料成分和组织特征进行了分析,提出并讨论了影响激光合成金属间化合物基复合材料的关键问题.激光合成具有多种强韧化方法协同、提高金属间化合物强度和塑性的特点,有利于金属间化合物性能的综合改善.     

并行环境下外挂物动态分离过程的数值模拟

 并行工程的发展提出了计算流体力学的发展新概念,在此基础上研究开发了一个以非定常流计算为核心的多体分离数值仿真集成系统。该系统采用运动嵌套网格方法,能够处理飞行器在空间中的大尺度运动,结合六自由度运动学方程,具有实时仿真运动部件在气动力、弹射力和重力等耦合作用下运动的能力。基于外挂物投放数值模拟具有网格运动、非定常的特点,从网格重建、多重网格方法等方面探索了提高计算效率的途径和实现方法,结合并行化计算使分析周期大大缩短。以20个中央处理器(CPU)为例,并行计算和3层多重网格使计算速度提高约40倍,同时分布式存储、并发计算的特点缓解了对单节点的内存需求,解决了工程应用中受计算周期、网格规模等限制的难题。为了验证本文方法的正确性,对外挂物投放标模实验进行了数值仿真,计算得到的外挂物运动轨迹在0.5 s时间范围内与实验值基本吻合;对分离过程后半段出现的偏差,从气动力变化的时间历程上进行了说明,提出偏航力矩的误差和累积效应导致了预测出现偏离,对关键的分离初始阶段,该方法可以取得令人满意的效率和精度。     

热等静压温度对新型粉末冶金高温合金显微组织的影响

研究了不同热等静压温度下某新型粉末冶金高温合金的显微组织,重点分析了热等静压温度对热等静压态合金锭坯晶粒度、残余枝晶和粉末原始颗粒边界(PPB)以及γ′相的影响。研究结果表明:热等静压温度为1140℃时,获得不完全再结晶组织,存在明显的残余枝晶和PPB,γ′分布不均匀,尺寸、形态各异;热等静压温度为1180℃时,获得较均匀的再结晶组织,残余枝晶和PPB基本消除,γ′分布较均匀,晶内主要为"田"字形,而在晶界呈长条状。     

适用于涡激振荡问题研究的并行高精度方法

提出了一种用于研究大振幅及物体间小间距等极端情况下涡激振荡（VIV）问题的高精度方法。该方法针对三角形/四边形非结构混合网格,采用高精度谱差分（SD）格式对Navier-Stokes方程进行空间离散。通过引入非均匀滑移网格方法,将计算域分割成多个互相不重合的子区域,从而实现了子区域网格的独立变形,子区域之间通过粘接元进行信息传递。采用全耦合方法精确求解VIV问题中流体和固体间的相互作用。通过研究并行策略以及使用消息传递接口,实现了求解器的并行计算能力。数值模拟表明：对于无黏和有黏流动问题,该方法均能保持SD方法的高精度特性;对于动网格下的定常均匀来流,求解器能够做到自由流保持;单个圆柱VIV问题仿真与现有文献结果符合较好,验证了方法的可靠性;对于流场变形情况比较复杂的涡激振荡问题,求解器可以有效实现网格变形,并具有理想的并行效率。     

复方金钱草颗粒抑制草酸钙结石形成的化学模拟

本文研究了不同剂量的复方金钱草溶液对草酸钙亚稳溶液中可溶性钙离子浓度的影响,当加入剂量从0 mL增加到35.0 mL时,草酸钙亚稳溶液中钙离子浓度从0.1966 mmol/L增加至0.5564 mmol/L,且草酸钙亚稳溶液中的钙离子浓度与复方金钱草的加入量呈线性关系。而且,随着复方金钱草浓度的增加,一水草酸钙晶体生长抑制指数增大。     

AZ31/SiCp复合材料的高应变速率超塑性(英文)

在温度为 3 65～ 5 65℃和应变速率为 2 .0 8× 1 0 - 3～5 .2 1× 1 0 - 1 s- 1 的范围内 ,测试了 Si Cp/ AZ3 1镁基复合材料的超塑性。在温度为 5 2 5℃和应变速率大于 1 0 - 1 s- 1的条件下 ,得到延伸率 2 2 8%和应变速率敏感性指数 m>0 .3 ,温度提高到 5 40℃时在更高的应变速率 (5 .2 1× 1 0 - 1s- 1 )下得到延伸率 1 95 %。 Si Cp细化了复合材料基体组织 ,在超塑性试样断口上观察到了丝棒状物质。     

阻尼颗粒动态特性研究

在垂直简谐激励条件下,测量颗粒体对基础产生的冲击力,得到冲击力受约化加速度控制会经历一系列倍周期分岔的规律,并给出分岔周期冲击力的谐波分量表达式;通过稳态功率输入法得到阻尼颗粒产生的损耗功率和附加质量与激励的关系。试验结果表明,对于给定频率,损耗功率随激励幅值的增加单调递增;对于给定速度幅值,损耗功率随激励频率的增加呈现为：低频段迅速增大,而后递增速率减缓的过程。由颗粒体产生的附加质量存在明显的转捩点现象,转捩点之后,附加质量随激励幅值的增加而变小。     

铝基复合材料的高速切削

针对铝基复合材料高速切削方面的研究主要集中在刀具选择、切屑形貌、刀具磨损、表面完整性、切削力和切削温度等方面。众多的研究表明,用PCD刀具高速切削铝基复合材料时,能获得较好的表面质量,较高的刀具寿命和较小的切削力、切削温度。