《複雜工程預測方法的若干問題與數值軟體集成》是依託北京套用物理與計算數學研究所，由王瑞利擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：複雜工程預測方法的若干問題與數值軟體集成
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王瑞利
- 依託單位：北京套用物理與計算數學研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
在常規兵器和尖端武器、工程爆破、安全防護、衝擊工程等軍事和民用等複雜工程領域中，對一些多物理、多過程、非線性等強耦合的動力學問題，必須依賴於強預測能力和高置信度的數值軟體。國外已經開發了許多商業化動力學仿真軟體，但真正重要的程式模組，尤其是涉及他們重大經濟利益和國防實力對比的核心軟體，則一律禁運。國內基礎研究和工程設計領域很多都是基於商業軟體，自主研發的軟體比較零散，不能很好滿足當前複雜工程設計的精度要求和開展全過程全系統一體化的模擬，必須有所突破和創新。本項目提出將結構格線與非結構格線統一按非結構任意多邊形格線管理，研究高效快速的程式底層數據結構；採用Overlap技術聯合歐氏格線與拉氏格線，以實現歐氏與拉氏的耦合；研究、整合和集成一個具有強大數值模擬功能，通用性、易用性和可擴展性強的適應於複雜流動、複雜結構、複雜體系動作行為再現，經過全面驗證與確認的高置信度、具有自主產權的新一代軟體。
結題摘要
複雜工程數值模擬是對工程物理問題建立（偏）微分方程，採用數值離散方法，基於計算機高級語言開發軟體，在高速計算機上分析，再現客觀世界物理現象發生過程的數值實驗的過程。在工程設計、物理機理研究等領域具有廣泛的套用前景。拉氏數值模擬方法是多介質相互作用、多物理過程強耦合的非線性流體力學微分方程大變形問題常採用方法，它能夠清晰地描述物質界面，但由於它的特點是格線跟隨流體運動導致格線大變形，影響計算的精度甚至成敗。此問題一直是常規兵器、尖端武器等軍事和民用領域人們關心的重要問題，已成為複雜工程數值模擬的研究熱點。但由於複雜工程數值模擬領域大多採用商業軟體通常很難在軟體中增加和實現好的建模與模擬（M&S），因而開發具有自主智慧財產權軟體仍是一個巨大的挑戰。該項目通過發展任意多邊形非結構格線管理體系與拉氏自適應格線加密、計算過程中智慧型化格線鄰域可變技術，以及改進物質界面單純滑移、閉穴滑移計算方法，將拉氏有限體積格式推廣到任意多邊形格線，提出採用OVERLAP技術耦合拉氏與歐氏方法。其拉氏自適應格線加密不同於美國發展的Overlap型和Block-Structured型，其特點是能在拉氏格線細化與粗化過程中保持幾何守恆，大大提高計算精度。格線鄰域可變技術不同於美國發展的格線重連技術（REALE），其特點是基於計算幾何，將拉氏計算過程中格線點與線、線與線、區域邊界與邊界等相交做格線鄰域變化，按任意多邊形格線管理，改善計算格線的品質，解決了長期困擾拉氏程式格線大變形的瓶頸問題。自主研發了複雜區域格線生成軟體包GenGrid_Pack，多介質前處理程式PreGenGrid，拉氏自適應格線細化與粗化程式模組LAMR2D，拉氏計算過程中鄰域可變局部自適應程式模組ADAPT2D、拉氏自適應動力學計算程式模組LAD2D和基於水平集方法的歐氏計算程式模組LE2D，集成了完全具有自主智慧財產權的多介質大變形問題模擬的通用支撐軟體平台WILDKIT，從而能很好支撐高溫高壓多介質大變形問題的建模與模擬研究。並基於支撐軟體平台WILDKIT，開發出針對複雜工程多介質大變形問題的套用軟體BOEL2D，極大的提高了複雜工程數值預測能力，在炸藥爆轟、材料動力學等武器領域研究中具有很好的套用前景。同時在研發程式的過程中，發展了軟體正確性的人為解驗證技術和適應性的基準測試模型庫確認方法。
