超材料中电磁波的非协调有限元数值模拟及加速技术的新研究模式

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11571389
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    50.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0501.算法基础理论与构造方法
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

The project aims to the electromagnetic wave propagation in mate-materials and investigate the relationships between the properties of the mate-materials and the incident,scattering and reflection, which will be the great development for the applications of the cloaking and the super lens. Firstly, the governing equations will be set up based on the constitutive relations of electromagnetic fields with Faraday’s law and Ampere’s law. Further more, under rectangular coordinate system, polar coordinate system and the elliptical coordinate system, the stability, existence and uniqueness of the solutions will be provided for the PML model. Secondly, the robust Euler, Crank-Nilcolson or Rungge-Kutta discrete schemes of time-space mixed nonconforming finite element methods are established as well as the stability, existence and uniqueness of the discrete solutions. Next, the complicated domains are also studied such as the infty domain, cavity domain and non-convex domain. At the same time, these methods can be also extend the cloaking model and the super lens model. Lastly, in order to improve the computational efficiency, the RK4-DG methods will be developed, which can compute the unknowns from the globally to the locally and the accuracy be be O(t^4+h^k). In the end, the post-processing technology will presented for improving the global accuracy by superconvergence and a posteriori error estimates. During this processing, the advantages of using traditional discreet scheme instead of penalty methods and will be completed and the Runge-phenomena will disappear if the high order finite elements are employed.
本项目研究电磁波在超材料中的传播,通过建立超材料中电磁波传播的数学模型,分析超材料对电磁波传播过程的影响,使用非协调有限元数值模拟技术,提高在隐形技术和超级透镜技术等高端科技上的应用价值。首先,建立在不同坐标系下的PML条件,分析PML模型解的存在唯一性和稳定性。其次,将Euler、Crank-Nicolson以及Runge-Kutta等时间离散格式和非协调混合元耦合一起建立健壮的计算方法,分析其有效性、高效性和稳定性;同时,也将分析范围从有限区间延伸到无穷区域、腔体区域、非凸区域等复杂区域,建立非协调元逼近超材料中电磁波传播新的逼近模式,其将具有仅用传统离散格式而非惩罚格式和高次元逼近不出现龙格现象等优点。再次,为提高计算效率,研究龙格库塔不连续非协调元方法,将空间计算模式从整体转换成局部,减少存储量,实现大规模科学计算。最后,将建立超收敛和后验误差估计子处理格式,达到高精度的计算效果。

结项摘要

本项目研究电磁波在超材料中的传播,通过建立PML数学模型,分析超材料对电磁波传播过程的影响,对隐形技术和超级透镜技术有积极的应用价值。首先,建立电磁波在超材料中的控制方程,在不同坐标系下建立PML条件,形成PLM模型,分析解的存在唯一性和稳定性。其次,将Euler格式、Crank-Nicolson格式和非协调混合元耦合一起建立健壮的计算方法,分析其有效性、高效性和稳定性;将分析范围从有限区间延伸到无穷区域、腔体区域、非凸区域等复杂区域;将基本理论推广到隐形斗篷和超级透镜模型上;为提高计算效率,研究龙格库塔不连续协调元方法,将时间离散精度提高到四阶,将空间计算模式从整体转换成局部,减少存储量,实现大规模科学计算。最后,建立超收敛和后验误差子处理格式,达到高精度的计算效果。将非协调有限元技术应用到电磁场的研究领域,其创新性和突破性进展对丰富发展非协调元方法具有重要的理论意义和应用价值。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
A full multigrid method for nonlinear eigenvalue problems
非线性特征值问题的全多重网格方法
  • DOI:
    10.1007/s11425-015-0234-x
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Science China Mathematics
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Jia ShangHui;Xie HeHu;Xie ManTing;Xu Fei
  • 通讯作者:
    Xu Fei
Nonconforming Finite Element Methods for Wave Propagation in Metamaterials
超材料中波传播的非相容有限元方法
  • DOI:
    10.4208/nmtma.2017.m1426
  • 发表时间:
    2017-02
  • 期刊:
    Numerical Mathematics-Theory Methods and Applications
  • 影响因子:
    1.3
  • 作者:
    Yao Changhui;Wang Lixiu
  • 通讯作者:
    Wang Lixiu
Superconvergence Analysis of Gradient Recovery Method for TM Model of Electromagnetic Scattering in the Cavity
腔内电磁散射TM模型梯度恢复法的超收敛分析
  • DOI:
    10.4208/aamm.2014.m894
  • 发表时间:
    2017-06
  • 期刊:
    Advances in Applied Mathematics and Mechanics
  • 影响因子:
    1.4
  • 作者:
    Jia Shanghui;Yao Changhui
  • 通讯作者:
    Yao Changhui
A finite element method for Maxwell polynomial chaos Debye model
麦克斯韦多项式混沌德拜模型的有限元方法
  • DOI:
    10.1016/j.amc.2017.12.019
  • 发表时间:
    2018-05
  • 期刊:
    Applied Mathematics and Computation
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Changhui Yao;Yuzhen Zhou;Shanghui Jia
  • 通讯作者:
    Shanghui Jia
Solvability of wave propagation with Debye polarization in nonlinear dielectric materials and its finite element methods approximation
非线性介电材料中德拜偏振波传播的可解性及其有限元方法逼近
  • DOI:
    10.1016/j.apnum.2019.07.002
  • 发表时间:
    2019-12
  • 期刊:
    Applied Numerical Mathematics
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Huang Qiumei;Jia Shanghui;Xu Fei;Xu Zhongwen;Yao Changhui
  • 通讯作者:
    Yao Changhui

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其他文献

双水平集逼近油藏模型特征的数值模拟方法
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    贾尚晖
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瞬态麦克斯韦非相容混合有限元方法的渐近展开分析
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    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Applied Mathematics and Computation
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    姚昌辉;贾尚晖
  • 通讯作者:
    贾尚晖
基于点线插值的离散最小二乘后处理方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    贾尚晖;谢和虎;阴小波
  • 通讯作者:
    阴小波

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腔体区域上电磁场散射问题的高效数值方法研究
  • 批准号:
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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

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          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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