一些流体力学问题的解析与数值研究

<正>本论文5章内容分为流体静力学、黏性流体运动学和低黏性流体动力学3个部分.按研究课题划分,主要包含行星流体、生物流体与高性能计算方法3个方面.在流体静力学部分中,经典马克劳林椭球形状理论首次被推广到更真实的类地行星分层模型.该模型可准确计算在自引力平衡条件下,旋转岩石行星外表面与核-幔-边界的椭球形状.为相关行星外部引力场问题的研究和快速旋转液态内核区域内的磁流体力学数值模拟提供了关键拓扑约束.     

信息网络系统建设

1．信息网络系统 在修购专项和重大科研项目的支持下,中国气象科学研究院建立了以IBMP575服务器集群和IBM DS4800存储为主体的高性能计算机系统。     

考虑纤维加筋作用的城市生活垃圾土弹塑性本构模型

城市生活垃圾土的成分非常复杂,大量纤维材料(如塑料、纺织物、皮革等)的存在使得其力学性质与普通土体之间存在明显差异。现有土体本构模型难以对垃圾土的力学行为进行较好的模拟。对此将垃圾土看作是由纤维材料和泥状物(除纤维材料外剩余的成分)组成的复合体,荷载作用下垃圾土的力学特性取决于纤维材料和泥状物的共同作用,并提出了纤维作用参数R的概念。通过构建新的反映纤维加筋作用的塑性势函数,并依据试验结果推导了纤维作用参数R的演化方程,建立了一个能够合理描述垃圾土力学应力-应变特性的弹塑性本构模型。将垃圾土本构模型的计算结果与三轴排水试验结果和他人模型结果进行比较,发现该模型能较好地反映垃圾土应力-应变特性,尤其是应变水平较大时应力-应变曲线上翘的形状,验证了该模型的合理性和有效性。该模型的建立可为更好地服务于垃圾填埋工程提供理论依据。     

基于Hadoop的地理国情监测高性能计算分析研究

随着常态化地理国情监测在我国的全面开展,地理国情时空数据规模不断增大,使得对地理国情数据综合分析和信息挖掘的要求越来越高。本文针对传统空间数据存储和分析平台存在的性能瓶颈问题,提出了一种基于Hadoop的地理国情高性能计算框架,论述了通过服务封装实现分布式并行计算能力与成熟平台地理空间分析能力的无缝聚合实现最优化地理国情分析计算的理念,并以地理国情地表覆盖面积统计为例,探讨了分布式计算技术在地理国情海量数据分析方面的适用性。结果表明,随着数据量的增加,分布式计算集群的性能优势逐渐凸显,比传统集中式空间数据库更适合于海量数据的分析计算,而集群的良好横向拓展性,也为大规模地理国情空间数据分析提供了可行解决方案,研究结果将为进一步构建开放性地理国情分析服务平台奠定基础。     

波浪溢流作用下海堤内坡高性能加筋草皮护坡防侵蚀特征研究

基于1∶1的大型水槽试验结果,分析了波浪溢流过程中位于海堤内坡的高性能加筋草皮护面的侵蚀特征。试验观察表明试验期间有一定土壤的损失,但护坡无明显的破坏;土面高度测量表明,当土壤流失发展到一定深度后,如果水动力强度变化不大,侵蚀趋于逐渐停止,这种现象称为侵蚀上限;结合试验现象对侵蚀上限进行了初步解释,并讨论了侵蚀上限达到前的侵蚀速率特征;植株密度监测表明,试验期间的草茎密度基本不变,草叶密度在开始几次试验期间持续减小,而后达到一个稳定值,这对于海堤的可持续防护有重要意义。研究成果能够为波浪溢流期间海堤内坡防御的相关研究和工程措施提供参考依据。     

地理空间信息网格高性能调度技术中应用程序调度模型的研究

地理空间信息网格调度技术,要比传统的高性能计算中的调度技术复杂,原因是如果将全部网格资源作为一个应用程序的调度和执行目标,必将导致通信延迟、成本昂贵、执行低效等。为此,综合考虑应用程序特性、机器特性等,研究设计了地理空间信息网格高性能调度技术中的应用程序调度模型,包括地理空间信息网格应用程序分析;资源特性分析;应用程序分解;性能预测;资源调度;机器选择;任务映射和任务调度;任务调度器和调度器管理等九个模块。以实现为不同的应用程序匹配不同的计算资源,提高计算资源的利用率和应用程序的执行效率。     

多边形叠加Vatti算法的VCS优化方法与GPU并行化

Vatti算法是常用的矢量多边形裁剪算法之一,在其构建扫描束实现交点计算的过程中,二叉树的数据结构和递归计算方法导致其计算效率受矢量多边形边界顶点数量影响显著。本文针对Vatti算法执行过程中较为耗时的扫描束构建环节,提出了一种多边形边界顶点预排序的优化方法——VCS（Vertex Coordinate Pre-Sorting）方法,并基于该方法实现了对Vatti算法的GPU细粒度并行化。VCS方法使用双向链表对Vatti算法原有的二叉树数据结构进行了替换,以较小的额外存储空间取得了多边形边界顶点信息查找效率的明显提升。在GPU环境下采用双调排序算法对多边形边界顶点数组元素进行并行化排序并过滤出有效值,克服了原始算法使用二叉树存储导致效率低下的问题。实验结果表明,改进后的算法与原始算法相比,具有相同的计算精度;当多边形顶点数量为92万,CUDA每个线程块中的线程数量为32时,使用VCS优化方法,与采用CPU计算构建扫描束方法相比,GPU并行化方法获得了39.6倍的相对加速比,矢量多边形叠加分析算法效率总体上提升了4.9倍。     

小口径加筋砼灌注桩应用初探

在小口径加筋砼灌注桩试桩基础上结合工程实例对小口径加筋砼灌注桩的设计、施工和检测进行了初步探讨     

处理灌注桩质量缺陷的压浆加筋法介绍

结合两个工程实例,介绍了用压浆加筋法处理两种不同类型的基桩质量缺陷的设计、施工工艺方法,并对加固处理后的效果进行了分析     

组合式刚塑带加筋土强度的理论分析与试验验证

根据试验结果和理论研究,推导得到水平向与环向组合式刚塑带加筋土的强度表达式,并考虑筋材强度的发挥和筋土比例,随后进行详细讨论分析。研究表明,组合式刚塑带加筋土的黏聚力有很大的提高,如果环内含有草根,则形成二次加筋作用,其强度会进一步提高。用文中所推导出的强度公式得到的计算曲线与试验曲线吻合较好,最大误差在5.1%以内,同时加筋材料强度的发挥在1%~7.5%。最后对加筋土强度指标进行分析,研究发现组合式刚塑带加筋土的黏聚力增大了2.75~5.35倍,内摩擦角最大提高了21.7%;而水平向刚塑带加筋土、环向刚塑带加筋土的黏聚力分别增大了0.5~2.767倍、0.732~3.417倍,而它们内摩擦角则增加不多,最大增加了2.2°。综合考虑认为,“4环+3水平”组合加筋形式的加筋效果最好,其次是“2环+4水平”组合加筋形式。在实践中,可参照以上两种加筋形式进行边坡、地基加固修复等。