學(xué)科前沿學(xué)習(xí)報(bào)告材料材料

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學(xué)科前沿學(xué)習(xí)報(bào)告

土木匠程學(xué)院工程力學(xué)101班xx學(xué)號(hào):2010110121xx

力學(xué)是人類認(rèn)識(shí)自然的重要手段，當(dāng)人類還不會(huì)說話的時(shí)候就已經(jīng)在應(yīng)使勁學(xué)了。這個(gè)

世界小到分子大到宇宙都充滿著各種各種的力，現(xiàn)在社會(huì)的尖端科技更是離不開力學(xué)。

我們從大海流發(fā)電VIV驅(qū)動(dòng)的水動(dòng)力學(xué)識(shí)題提及。

在傳統(tǒng)能源供給日趨緊張，地球環(huán)境日趨惡化的今日，開發(fā)潔凈無污染的可重生能源是

大勢(shì)所趨。大海能是眾多可重生能源中的一種，其能量積蓄豐富，形式多種多樣，如潮汐能、

波濤能、海流能、溫差能等。大海波濤能是現(xiàn)在世界各國大海能開發(fā)研究的熱點(diǎn)與要點(diǎn)，英

國、挪威、日本、美國等都在進(jìn)行波濤能發(fā)電裝置的試驗(yàn)與示范工作。

渦激振動(dòng)(vortex-inducedvibration,簡稱VIV)是工程中常有的重要現(xiàn)象。在來流作

用下,結(jié)構(gòu)的尾跡中旋渦以必然頻次交替零落,產(chǎn)生周期振蕩的升力,致使結(jié)構(gòu)以必然的頻次

和振幅振動(dòng)。在必然流速下,旋渦零落頻次湊近結(jié)構(gòu)固有頻次時(shí),結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生共振造成損壞。

渦激共振的預(yù)告和控制對(duì)工程結(jié)構(gòu)堅(jiān)固和安全有重要意義。VIV中結(jié)構(gòu)與尾跡互相作用,是

個(gè)特別復(fù)雜的問題。流動(dòng)擁有很強(qiáng)的非線性特色結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)使尾跡流動(dòng)性態(tài)與非振動(dòng)結(jié)構(gòu)的

尾跡大不同樣樣。這類流場(chǎng)變化和流固耦合作用的復(fù)雜性及規(guī)律,當(dāng)前主要依靠實(shí)驗(yàn)研究獲得,

而經(jīng)過DNS方法精良刻畫這些過程則由于受計(jì)算量等的限制碰到很多困難,現(xiàn)有的大部分研

究成就限制于中低Re數(shù)狀況,很難知足實(shí)質(zhì)工程需求。

計(jì)算力學(xué)的發(fā)展與展望。

計(jì)算力學(xué)是計(jì)算機(jī)科學(xué)、計(jì)算數(shù)學(xué)與力學(xué)學(xué)科相聯(lián)合的產(chǎn)物。跟著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的

快速發(fā)展,計(jì)算力學(xué)也獲得了快速發(fā)展,成為力學(xué)工作者和工程技術(shù)人員解決自然科學(xué)和工

程實(shí)踐中力學(xué)識(shí)題的重要手段。數(shù)值計(jì)算方法最早成員應(yīng)為有限差分法有限差分法從數(shù)學(xué)的

角度用差分取代微分,將力學(xué)中的微分方程轉(zhuǎn)變成代數(shù)方程,進(jìn)而大大拓寬了力學(xué)學(xué)科的應(yīng)

用范圍;有限元法的問世促進(jìn)了計(jì)算力學(xué)的發(fā)展。有限元法成立了計(jì)算模型、失散方法、數(shù)

值求解和計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)的一致方法,經(jīng)過變分原理將原問題的泛函轉(zhuǎn)變成代數(shù)方程進(jìn)行求

解;20世紀(jì)70年月初出現(xiàn)了界限元法,關(guān)于分析某些工程實(shí)詰問題,界限元法擁有其突出的

長處。上述三種方法被稱為計(jì)算力學(xué)的三大支柱。除此以外,計(jì)算力學(xué)還包括了其余一些重

要分支,如加權(quán)殘數(shù)法、有限元線法,半分析多半值法等。當(dāng)前,計(jì)算力學(xué)的主要研究方向集

中在怎樣成立高效的、有足夠精度的計(jì)算手段上,特別是解決怎樣成立這些計(jì)算手段的共性

問題。在計(jì)算力學(xué)的發(fā)展過程中,從結(jié)構(gòu)的失散化方法、單元列式、控制方程求解、計(jì)算結(jié)

果自動(dòng)辦理到收斂理論都可以成立成為不依靠于結(jié)構(gòu)種類和幾何形狀的一致方式。計(jì)算模型

的成立、計(jì)算方法的結(jié)構(gòu)和計(jì)算軟件的開發(fā)是計(jì)算力學(xué)研究中的共性問題。

計(jì)算力學(xué)的發(fā)展方向。計(jì)算機(jī)科學(xué)、計(jì)算數(shù)學(xué)和力學(xué)學(xué)科的發(fā)展推進(jìn)了計(jì)算力學(xué)的發(fā)展,

在新的世紀(jì),計(jì)算力學(xué)將會(huì)在以下領(lǐng)域獲得更大的發(fā)展。1宏細(xì)微觀資料本構(gòu)模型；2復(fù)雜運(yùn)

動(dòng)系統(tǒng)的自動(dòng)控制；3計(jì)算力學(xué)軟件系統(tǒng)的研究；4復(fù)雜系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真。

高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)。

高性能計(jì)算概括，高性能計(jì)算(HPC)指平常使用很多辦理器（作為單個(gè)機(jī)器的一部分）

或許某一集群中組織的幾臺(tái)計(jì)算機(jī)（作為單個(gè)計(jì)算資源操作）的計(jì)算系統(tǒng)和環(huán)境。有很多

種類的HPC系統(tǒng)，其范圍從標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)的大型集群，到高度專用的硬件。大部分鑒于集群

的HPC系統(tǒng)使用高性能網(wǎng)絡(luò)互連，比方那些來自InfiniBand或Myrinet的網(wǎng)絡(luò)互連?；?/p>

本的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜徒M織可以使用一個(gè)簡單的總線拓?fù)?，在性能很高的環(huán)境中，網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在

主機(jī)之間供給較短的隱藏期，因此可改良整體網(wǎng)絡(luò)性能和傳輸速率。

高性能計(jì)算機(jī)指可以履行一般個(gè)人電腦沒法辦理的大資料量與高速運(yùn)算的電腦，其基本優(yōu)秀文檔適用標(biāo)準(zhǔn)文案

構(gòu)成組件與個(gè)人電腦的見解無太大差別，但規(guī)格與性能則興盛很多，是一種超大型電子計(jì)算

機(jī)。擁有很強(qiáng)的計(jì)算和辦理數(shù)據(jù)的能力，主要特色表現(xiàn)為高速度和大容量，配有多種外面和外面設(shè)施及豐富的、高功能的軟件系統(tǒng)。現(xiàn)有的超級(jí)計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度多半可以達(dá)到每秒一兆（萬億，非百萬）次以上。高性能計(jì)算機(jī)是計(jì)算機(jī)中功能最強(qiáng)、運(yùn)算速度最快、積蓄容量最

大的一類計(jì)算機(jī)，多用于國家高科技領(lǐng)域和尖端技術(shù)研究，是一個(gè)國家科研實(shí)力的表現(xiàn)，它

對(duì)國家安全，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展擁有舉足輕重的意義。是國家科技發(fā)展水平易綜合國力的重要

標(biāo)記。

顆粒加強(qiáng)復(fù)合資料損害演化VCFEM模擬方法。

跟著科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展,復(fù)合資料因其優(yōu)秀的力學(xué)特色,在航空、汽車、軍事、核能和電

子等一些重要的工業(yè)領(lǐng)域獲得了愈來愈寬泛的應(yīng)用。在顆粒加強(qiáng)復(fù)合資猜中,異相資料的加

入可以改良資料性能,但同時(shí)又致使了資料斷裂特色和疲備特色的降落。這正反雙方面作用

的產(chǎn)生均依靠于夾雜、空洞以及裂紋等微結(jié)構(gòu)的大小、形狀、資料特色以及它們的空間散布。

怎樣能正確分析和模擬受微結(jié)構(gòu)影響的復(fù)合資料力學(xué)性能,向來是力學(xué)和資料學(xué)科領(lǐng)域的前

沿課題之一,對(duì)現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展擁有重要的意義。

鑒于浸入界限法的流固耦合理論及其工程應(yīng)用。

關(guān)于復(fù)雜流場(chǎng)、流固耦合和運(yùn)動(dòng)界限問題，浸入界限法因其擁有優(yōu)秀的發(fā)展遠(yuǎn)景，成為

新的研究熱點(diǎn).浸入界限法(ImmersedBoundaryMethod)，既是一種數(shù)學(xué)建模方法，又是一

種數(shù)值失散方法。在數(shù)學(xué)方法上，它是采納歐拉變量去描繪流體的動(dòng)向，利用拉格朗日變量

描繪結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)界限，用圓滑Delta近似函數(shù)經(jīng)過散布節(jié)點(diǎn)力和插值速度來表示流場(chǎng)和結(jié)構(gòu)物的交互作用。它整個(gè)流場(chǎng)計(jì)算都使用笛卡爾網(wǎng)格，而不是依據(jù)物體形狀生成復(fù)雜的貼體網(wǎng)

格，無需辦理從物理平面到計(jì)算平面的坐標(biāo)和網(wǎng)格變換問題，因此可以大大提升計(jì)算效率而

且節(jié)儉了網(wǎng)格生成所需的時(shí)間。特別關(guān)于動(dòng)向界限問題，它無需在每一時(shí)間步長上及時(shí)更新網(wǎng)格，詳見圖1。浸入界限法在模擬血液流動(dòng)、湍流的直接數(shù)值模擬、多相流動(dòng)等方面獲得

成功，模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)特別吻合，是當(dāng)前計(jì)算流體力學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。只管擁有巨大

的發(fā)展遠(yuǎn)景，但當(dāng)前浸入界限法的應(yīng)用還沒有完滿成熟。將來的研究要點(diǎn)將會(huì)合中在以下兩個(gè)

方面：

第一，進(jìn)一步研究浸入界限法的理論機(jī)理。找尋最正確的時(shí)間隔散法，解決時(shí)間步長的限制，提升浸入界限法的計(jì)算精度，發(fā)展能解決高雷諾數(shù)和三維復(fù)雜流體問題的浸入界限法，浸入界限法與并行計(jì)算技術(shù)的聯(lián)合,論證浸入界限法的收斂性和堅(jiān)固性和判斷算法的偏差等還是將來理論研究的主要方向。

第二，解決浸入界限法在實(shí)質(zhì)工程應(yīng)用的問題。當(dāng)前，浸入界限法能解決的科研問題和

工程問題還是相當(dāng)少的。將浸入界限法直接模擬各種實(shí)質(zhì)流動(dòng),解決工業(yè)生產(chǎn)和工程項(xiàng)目提

出的各種問題，是將來研究的熱點(diǎn)課題。

浸入界限法的研究旭日東升，跟著人們對(duì)浸入界限法重視和認(rèn)識(shí)的加深，其在非定常

計(jì)算中不需產(chǎn)生貼體網(wǎng)格的巨大優(yōu)勢(shì)正在被發(fā)揮，在科研和工程應(yīng)用擁有廣闊的應(yīng)用遠(yuǎn)景。

復(fù)雜巖體精良數(shù)值模擬理論及工程應(yīng)用。

巖體由結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)特色是巖體力學(xué)行為、變形和損壞形式的主要控制

要素?，F(xiàn)在可用于對(duì)巖體工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析的數(shù)值方法多種多樣，每一種方法有其針對(duì)

性和特色，對(duì)一個(gè)詳細(xì)的問題用數(shù)值模擬方法進(jìn)行分析時(shí)，應(yīng)選擇一種最合適該問題的方法

進(jìn)行研究。自20世紀(jì)70年月以來，數(shù)值模擬方法作為一種科學(xué)有效而又快速簡單的分析方

法，被逐漸引人到交通、水工、采礦、建筑等地下工程的力學(xué)分析、堅(jiān)固性談?wù)?、方案比較

等工作中。

現(xiàn)代資料實(shí)驗(yàn)及其發(fā)展。

人類社會(huì)發(fā)展和進(jìn)步的歷史就是一部發(fā)明資料、制造資料和使用資料的歷史,正是形形

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色色的資料構(gòu)成了豐富多彩的人間萬物,資料是人類用以制成用于生活和生產(chǎn)的物件、器件、

構(gòu)件、機(jī)器及其余產(chǎn)品的物質(zhì)，是人類賴以生計(jì)和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。跟著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛快發(fā)展,新資料的不停浮現(xiàn),把各種資料分別作為獨(dú)立學(xué)科或隸屬于某一學(xué)科進(jìn)行研究的方

法已不可以知足現(xiàn)在高科技發(fā)展的需求,必然綜合考慮資料的合成制備和加工技術(shù),而且聯(lián)合

組織結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)和方法,才能知足新資料的研制和應(yīng)用的需要?，F(xiàn)代科

學(xué)技術(shù)的發(fā)展,促進(jìn)新資料的研究日趨勢(shì)微觀層次深入,資料的結(jié)構(gòu)從宏觀到微觀、介觀,按

研究的層次,包括了宏觀組織結(jié)構(gòu)、顯微組織結(jié)構(gòu)、原子或分子擺列結(jié)構(gòu)、原子中的電子結(jié)構(gòu)等。

現(xiàn)代資料實(shí)驗(yàn)的主要技術(shù)，依據(jù)各種功能的設(shè)施一般可分為以下三個(gè)獨(dú)立的子系統(tǒng)。1，

機(jī)械——