应用于飞行器强电磁脉冲效应分析的高性能并行时域混合方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61771061
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    53.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0119.电磁场与波
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

The research on the transient electromagnetic characteristics of aircraft in the high power electromagnetic pulse environment is urgently required. And it brings great challenge for the research on the conventional electromagnetic numerical simulations. . Within this research project proposed, the high performance parallel time domain hybrid method will be developed for the analysis of aircraft electromagnetic affect in high power electromagnetic pulse environment. The detailed research will be carried on the discontinuous Galerkin time-domain finite-element method (DG-TDFEM) solving the first-order Maxwell’s curl equations. And the non-conformal hybrid method of DG-TDFEM and finite-difference time-domain (FDTD) method will be studied, with FDTD for structured area and DG-TDFEM for unstructured area. The coupling between the two methods will be realized by DG technique. Also the TDFEM/DG-TDFEM will be parallelized by J parallel adaptive unstructured mesh application infrastructure (JAUMIN). The solutions and preconditioning techniques for large linear system resulted by both TDFEM and DG-TDFEM methods over tens of thousands of processors will also be investigated to maintain high computation efficiency and high scalability of parallel program. Based on JAUMIN and J parallel adaptive structured mesh application Infrastructure (JASMIN), the massively parallel TDFEM-FDTD will be developed, including the research of non-conformal domain decomposition techniques for JAUMIN based DG-TDFEM and JASMIN based FDTD. . Based on the research aforementioned, the aircraft in high power electromagnetic pulse environment will be simulated by the high performance parallel time domain hybrid methods to investigate the transient electromagnetic characteristic of aircraft, as well as the electromagnetic affect, in the radiation of high power electromagnetic pulse. The research in this project will be a great support to the aircraft protective design resisting the high power electromagnetic pulse.
飞行器在强电磁脉冲辐射下的电磁环境适应性与安全性评估,对传统瞬态电磁特性仿真技术带来了巨大挑战。本项目拟开展应用于飞行器强电磁脉冲效应分析的高性能并行时域混合方法研究,具体工作包括间断伽辽金时域有限元方法(DG-TDFEM)研究;充分发挥DG-TDFEM方法及FDTD方法的优势,实现通用非匹配网格TDFEM-FDTD混合方法研究;基于非结构网格并行编程框架JAUMIN的大规模并行DG-TDFEM方法研究,并针对其产生的线性方程组,研究高效并行且具有高可扩展性的求解及预处理技术;实现基于JAUMIN框架的DG-TDFEM与基于结构网格并行编程框架JASMIN的FDTD的协同计算;最终实现对超宽带、超电大尺寸以及复杂结构和复合材料目标的瞬态电磁特性分析,通过飞行器强电磁脉冲环境瞬态电磁特性数值模拟,分析和揭示强电磁脉冲对飞行器的电磁效应规律,为飞行器强电磁脉冲防护与加固设计提供理论和技术支撑。

结项摘要

本项目以设计开发针对强电磁脉冲辐射条件下飞行器瞬态电磁特性的全时域电磁分析软件为研究目标,开展了有效的时频有限元方法、基于间断伽辽金方法的时域有限元方法研究,以程序实现并有效的应用于计算电磁方向。在此基础上,进一步拓展应用到多物理问题,如光热效应问题分析、光力问题等等,方法的有效性均得到验证。.针对时域有限元方法所产生的线性系统是高度非正定的病态线性系统,研究了基于H-矩阵的高效求解技术,与传统直接求解技术相比,有效的降低了内存和计算复杂度,这一技术也被有效地应用到含有满阵的有限元法和矩量法结合后的有限元-边界积分混合方法中。.并行框架和区域分解技术也是本项目的研究内容之一,实现了大规模并行的双级并行方案,在并行编程框架 JAUMIN上开发了时域有限元并行方法,基于JAUMIN框架研究了DG-TDFEM方法的并行计算模型,设计出结点-进程-线程-SEMD嵌套的并行计算模型,并匹配网格层-网格域-网格片-网格单元嵌套的数据结构模型。为了适应超大规模计算,本项目实现了高效的并行负载平衡算法以及基于网格片拓扑结构的负载平衡格式,优化通信效率,有效地提高计算效率。.在上述研究基础上,形成高性能并行时域混合方法电磁瞬态分析软件,实现了飞行器典型腔体结构的电磁耦合特性时域全波仿真和屏蔽效能计算,并在有界波模拟器中进行了实验验证。本项目软件同时也完成了整机电磁耦合特性的时域全波仿真,得到了关键监测点的时域波形,给出了不同频点的电场幅值,将仿真结果与实验结果进行比对验证,球面波近似条件下的计算结果更加接近于实测结果。.本项目开展的研究为分析和揭示强电磁脉冲对飞行器的电磁效应规律、飞行器强电磁脉冲防护与加固设计提供了有力的理论和技术支撑。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(7)
专利数量(2)
Transient Electromagnetic Analysis of Multilayer Graphene with Dielectric Substrate Using Marching-on-in-Degree Method
使用递进度法对介电基板多层石墨烯进行瞬态电磁分析
  • DOI:
    10.3390/coatings10080718
  • 发表时间:
    2020-07
  • 期刊:
    Coatings
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Q. Q. Wang;J. Zhu
  • 通讯作者:
    J. Zhu
JEMS-FDTD软件在电磁脉冲区域传播数值模拟中的应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    强激光与粒子束
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    鲍献丰;李瀚宇;周海京
  • 通讯作者:
    周海京
Direct Solution of Finite Element-Boundary Integral System for Electromagnetic Analysis in Half-Space
半空间电磁分析有限元边界积分系统的直接求解
  • DOI:
    10.1109/tap.2020.2970024
  • 发表时间:
    2020-08-01
  • 期刊:
    IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Wan, T.;Li, M. Z.;Li, L. F.
  • 通讯作者:
    Li, L. F.
基于FDTD的时域混合方法及其在天线前门耦合数值模拟中的应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    强激光与粒子束
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    鲍献丰;李瀚宇;周海京
  • 通讯作者:
    周海京
基于CP-FDTD的复杂细缝屏蔽效能分析方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    强激光与粒子束
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘强;徐勇;孟雪松;郑宇腾;闫丽萍;周海京
  • 通讯作者:
    周海京

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其他文献

基于曲四面体单元剖分的CN E-H TDFEM 方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    计算物理
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    叶珍宝;朱剑;周海京
  • 通讯作者:
    周海京
高阶间断伽辽金时域有限元方法分析三维谐振腔
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    计算物理
  • 影响因子:
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  • 作者:
    叶珍宝;周海京
  • 通讯作者:
    周海京
基于高阶叠层矢量基函数的E-H 时域有限元方法分析谐振腔和波导结构
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    计算物理
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    叶珍宝;周海京
  • 通讯作者:
    周海京

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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