Finite element simulations of 3D planar hydraulic fracture propagation using a coupled hydro-mechanical interface element

Two-dimensional hydraulic fracturing simulations using the cohesive zone model (CZM) can be readily found in the literature; however, to our knowledge, verified 3D cohesive zone modeling is not available. We present the development of a 3D fully coupled hydro-mechanical finite element method (FEM) model (with parallel computation framework) and its application to hydraulic fracturing. A special zero-thickness interface element based on the CZM is developed for modeling fracture propagation and fluid flow. A local traction-separation law with strain softening is used to capture tensile cracking. The model is verified by considering penny-shaped hydraulic fracture and plain strain Kristianovich‑Geertsma‑de Klerk hydraulic fracture (in 3D) in the viscosity- and toughness-dominated regimes. Good agreement between numerical results and analytical solutions has been achieved. The model is used to investigate the influence of rock and fluid properties on hydraulic fracturing. Lower stiffness tip cohesive elements tend to yield a larger elastic deformation around the fracture tips before the tensile strength is reached, generating a larger fracture length and lower fracture pressure compared with higher stiffness elements. It is found that the energy release rate has almost no influence on hydraulic fracturing in the viscosity-dominated regime because the energy spent in creating new fractures is too small when compared with the total input energy. For the toughness-dominated regime, the released energy during fracturing should be accurately captured; relatively large tensile strength should be used in order to match numerical results to the asymptotic analytical solutions. It requires smaller elements when compared with those used in the viscosity-dominated regime.     

Parallelization Load Balance Strategy for a Global Grid-Point Model

The Global/Regional Assimilation and PrEdiction System (GRAPES) is a new-generation operational numerical weather prediction (NWP) model developed by the China Meteorological Administration (CMA).It is a grid-point model with a code structure different from that of spectral models used in other operational NWP centers such as the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF),National Centers for Environmental Prediction (NCEP),and Japan Meteorological Agency (JMA),especially in the context of p...     

三维顶板斜向驱动方腔流有限元并行计算

基于PETSc FEM开源代码,采用分步有限元算法和区域分解法,并行计算了不同雷诺数下的三维顶板斜向驱动方腔流问题。计算结果表明,当顶板沿其对角线方向运动时,流体与下游侧壁发生斜向碰撞后在下游对角处汇聚并形成射流,该射流在与底面、上游侧壁碰撞后形成较为复杂的涡流结构。雷诺数大小对三维顶板斜向驱动方腔流的涡流场结构形态具有重要影响。并行性能分析表明区域分解法能有效地提高三维粘性方腔流的计算速度。     

兴趣点选取的路网分割并行计算法

兴趣点,又称POI(points of interest)是网络地图、导航地图中重要的表达要素,包括餐饮、娱乐、金融机构、旅游景点、地标建筑、加油站、停车场等人们日常生活中最为经常使用的信息。其数据的准确性、属性的丰富程度、表达的清晰度及其实时显示效率都将影响地图的服务质量。当前POI表达存在许多问题,特别是在用户搜索特定信息时,由于查询结果数据量较大,造成POI的叠置、压盖等,这一问题严重影响了用户对POI信息的查询与检索。地图综合提供了大量的算子算法以实现点或点群要素的选取,但是它们在综合效率方面亟待提高。面向矢量数据处理的并行计算,其数据划分不仅需要满足负载均衡、划分算法高效等要求,而且对于划分后各部分数据在计算前后拓扑关系的保持也显得尤为重要。兴趣点与路划网络是密切相关的要素,两者之间存在着相互依存的空间关系。本文提出基于路划网眼划分兴趣点的方法,既能保证兴趣点的划分效率,又能保证不同分区内POI选取计算的正确性。选择点选取算法中的"圆"增长算法,采用典型试验区域的路划网眼数据,基于不同节点数划分兴趣点数据,实现兴趣点选取并行计算。试验证明,该方法不仅保证了兴趣点划分的均衡性,而且可以提高兴趣点选取计算效率。通过这一研究,对面向矢量数据的地理信息分析、地图制图综合等复杂算法的并行计算具有重要意义。     

基于并行计算的海量点云狄洛尼构网方法探讨

针对现有Delaunay三角网购网方法研究的不足,文章提出一种基于并行计算的海量点云Delaunay方法:根据Delaunay分治构网的思想,将Delaunay构网分为数据分割、构建子网和子网合并3个步骤;设计了一种自适应的四叉树结构来分割和映射数据文件,并依据OpenMP并行标准中的Fork/Join并行模式,分层执行构网运算和合并运算;最后,使用一种改进的WFM-JLP调度算法来调度构网和合并运算以取得较好的负载均衡。实验证明:该方法能较好地降低算法的运行内存,减少运算时间。     

遥感影像在最大极值范围的并行稳定匹配

针对目前立体影像匹配时普遍存在的配准稳定性与配准精度不能同时兼顾问题,该文采用金字塔和分块策略,首先在多尺度空间下进行粗匹配,获得大量的初始特征点集;然后通过限制金字塔影像的阶数对初始特征点进行坏点剔除和滤点均匀化来获得良好的初始特征点;最后通过进行分块影像并行化SIFT算法匹配来实现精确匹配,提高效率.实验结果证明,此遥感立体影像并行稳定匹配方法能够提高匹配的效率,对影像的旋转、缩放和视角变换具有更强的抵抗性,其配准精度较高,适用于大范围的遥感立体影像的匹配.     

省地气象台精细化天气预报系统

应用先进的中尺度数值模式和业务平台,集成并行计算、可视化工具等软件,为我国地方、军队等气象业务提供一套切实可行的精细化天气预报系统。经检验系统的24 h晴雨预报准确率可以达80%以上,对暴雨的预报也有一定的参考价值。应用在海浪预报中,可以显著提高预报准确率。系统的设计有利于基层台站的实际业务应用和模式本地化处理,无论从硬件要求,还是软件的应用和预报水平检验,系统都适合省地台站开展精细化预报业务。     

大尺度涡旋的正压不稳定

用极坐标中线性化的正压涡度方程，将大尺度圆形基流上扰动的稳定性问题化为广义特征值的问题，得到了扰动振幅增长率沿方位角方向波数的关系。然后以不稳定模态的扰动流函数场作为初始场，在强、弱两类圆形基流的条件下，用直角坐标中准地转正压模式，分别实施积分时间为６０ｈ的试验。结果在模式大气中，初始扰动均随时间而增幅；强圆形基流的扰动增幅更快，并形成与台风螺旋云系看似有些相近的结构。     

一个简单的热带有限区资料四维同化方案

根据广州区域气象中心热带有限区数值天气预报的条件和特点,设计了一个简单可行的四维同化方案,并通过模式平行试验,详细地分析了该方案对分析和预报的改进情况,表明该方案可以得到一个较为平衡而又与模式大气状态近于协调一致的分析场,大大缩短了模式的Spin—up时间和减小了积分初期模式调整的幅度,从而改进了预报结果。这种改进在资料稀疏区比资料密集区要大得多。通过四维同化,模式的高度场预报、风场预报、质量场及总动能在积分过程中的演变等都得到了令人满意的改进。通过在同化过程中区别对待20°N以南的资料稀疏区及其以北的资料密集区,进一步使模式降水预报得到显著的改进。