多物理程序正确性验证与可信度确认方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11372051
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    78.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0910.计算流体力学
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2017-12-31

项目摘要

In the field of the large science and engineering on national defense, many phenomena and accidents are complicated in process of multi-physics coupling. These technology and methods has become an obstacle to block the research in science theory, the precision design in engineering and the performance assessment on system, which are the technology of correctness verification and the methods of the confidence validation in modeling and simulation. These seriously restrict the ability of the independent creativity and innovation in the frontier area of application. A series of ambitious plans, such as ASC, have been carried out in USA. Its aim is to develop some applied software in order to improve the predict ability and feasibility. This project will consider the physics models, calculation methods and code design altogether in the process of developing the multi-physics codes. The refine principles of function points and checking points of the multi-physics codes are studied. The basic framework, the implementation flow chart and criterion are set up in the verification and validation for Modeling and simulation of the multi-physics codes. The technology of correctness verification is studied by the method of manufactured solution and the grid convergence index in Lagrange codes. The method of the confidence validation is researched through the sensitivity analysis of many parameters, the cumulative distribution function of error and the polynomial chaos method of the uncertainty quantification in the Modeling and simulation. The method of the confidence assessment of the validation domain and prediction domain is explored. The corresponding analysis software is developed and the benchmark library for the correctness verification and the confidence validation in the multi-physics code is built. Finally, the project will apply above methods on a present hydrodynamics code to certify its effectiveness and feasibility.
在国防重大科学与工程高端应用领域,许多现象与事件都是多物理耦合的复杂过程。多物理程序建模与模拟的正确性验证技术与可信度确认方法已成为阻碍科学理论探索、工程精密化设计和系统性能评估的绊脚石,严重制约着高端应用领域自主创新的能力。美国推出ASC 等一系列宏伟计划,其目的就是要发展强预测能力的高可信度应用软件。本项目提出将多物理程序研发涉及的物理建模、计算方法与程序研制一体化考虑,研究多物理程序检查点及功能点细化原则,构建多物理程序建模与模拟验证与确认的基本框架和流程,研究拉氏程序人为解构造方法、网格收敛指标的正确性验证技术;研究建模与模拟中众多参数敏感度分析、误差累积分布函数表征、不确定度多项式混沌量化的可信度确认方法;探索确认域与预测域建模与模拟可信度评估方法,研制相关的分析软件包,建立多物理程序正确性验证与可信度确认的基准库。并将方法用于多物理程序,以检验它的可行性和有效性。

结项摘要

在国家重大工程和产品设计等量大领域,许多现象都是多物理耦合的问题,描述其过程的数学模型往往是高度非线性的偏微分方程组。此模型涉及流体力学方程(质量、动量、能量)和状态方程、本构关系等辅助方程,很难得到解析解,在计算机上进行数值求解已成为重要的手段。数值求解可以真实、全过程、全时空、反复精密地进行。但数值模拟软件的正确性与模拟结果的可信度严重阻碍着软件的推广使用和“自造血能力”,制约着自主创新的能力。验证、确认和不确定度量化(V&V&UQ)是发展高可信度数值仿真软件的重要方法,甚至是唯一途径。.本项目将“物理建模、数值建模、软件研制、数值实验、预测评估”五位一体考虑,发展了多物理程序V&V&UQ的相关术语、概念、基本原理、基本活动、实施流程等,构建了多物理程序建模与模拟V&V&UQ的框架,可有效指导多物理程序的V&V&UQ。结合多物理软件验证的全生命周期,提出了三阶段十五节点的软件质量保证程序验证技术,可有效控制多物理程序的软件质量保证验证实施。采用HTML标准格式,构建了流体力学程序测试模型基本库,发展了三阶段软件测试的验证技术,能为多物理程序产生各种模型测试实例,有效测试程序。结合拉氏有限体积格式,提出了格式精度、对称性、守恒性的数学基本理论验证技术。基于方程右端加源项的思想,构造了平面、柱坐标系下拉氏方程的人为构造解,发展了网格收敛指标及算法实施正确性的验证技术。基于爆轰流体力学程序的功能,提出了功能验证技术。基于炸药爆轰过程,提出了多物理程序模型分层确认方法,构建了爆轰流体力学多物理程序实施确认的层级,发展了多因素敏感度分析、代理模型、高斯过程和残差最小、贝叶斯的不确定性量化方法,提出了基于误差马尾图量化置信度、概率盒的评估方法,有效实施了模型确认。该项目基本形成的中国流体力学多物理程序V&V&UQ的理论体系,该体系具有广泛的辐射性和示范性,可以快速应用到其它领域。该项目多次获奖,得到国内专家的认可。

项目成果

期刊论文数量(29)
专著数量(0)
科研奖励数量(5)
会议论文数量(10)
专利数量(0)
Dynamical Behavior of Delayed Reaction–Diffusion Hopfield Neural Networks Driven by Infinite Dimensional Wiener Processes
无限维维纳过程驱动的延迟反应扩散 Hopfield 神经网络的动力学行为
  • DOI:
    10.1109/tnnls.2015.2460117
  • 发表时间:
    2016-09
  • 期刊:
    IEEE TRANSACTIONS ON NEURAL NETWORKS AND LEARNING SYSTEMS
  • 影响因子:
    10.4
  • 作者:
    L Wang
  • 通讯作者:
    L Wang
拉格朗日高阶中心型守恒气体动力学格式
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    计算力学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    葛全文
  • 通讯作者:
    葛全文
辐射流体力学Lagrange方程组一类人为解构造方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    应用数学和力学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    余云龙;林忠;王瑞利;陈星玎
  • 通讯作者:
    陈星玎
流体力学拉氏方程组一类人为解构造方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    河北师范大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘全;林忠;王瑞利;魏兰;刘希强
  • 通讯作者:
    刘希强
爆轰数值模拟中物理模型分层确认实验研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    中国测试
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王瑞利;梁霄
  • 通讯作者:
    梁霄

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其他文献

含间断系数椭圆(抛物)方程差分格式的一种构造方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    河北师范大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘全;高惠;王瑞利
  • 通讯作者:
    王瑞利
多介质问题分析的前处理程序PreGenGrid
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    应用数学和力学(英文版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王瑞利;林忠;闫伟
  • 通讯作者:
    闫伟
流体力学拉氏程序收敛性及数值计算不确定度初探
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    计算物理
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘全*;王瑞利;林忠;刘希强
  • 通讯作者:
    刘希强
Muilti-scale Hierarchical Residual Network for Dense Captioning
用于密集字幕的多尺度分层残差网络
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Journal of Artificial Intelligence Research
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    田彦;王勋;吴佳辰;王瑞利;杨柏林
  • 通讯作者:
    杨柏林
流体力学方程组一类人为解构造方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    数学的实践与认识
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘全;王瑞利;刘希强;魏兰
  • 通讯作者:
    魏兰

其他文献

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王瑞利的其他基金

复杂工程预测方法的若干问题与数值软件集成
  • 批准号:
    11072039
  • 批准年份:
    2010
  • 资助金额:
    38.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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AI项目解读示例

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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