数值计算精选(九篇)

第1篇：数值计算范文

关键词：飞机着陆； 数值模型； 差分方法

中图分类号：V215.6; TB115.1 文献标志码：A

Numerical computation on aircraft landing

ZHANG Li, SHI Huailin, TU Congrun

(94580 Troop, Bengbu 233000, Anhui, China)

Abstract： To implement the rational design of aircraft landing program, digital simulation and high-precision computation are used to establish the precise numerical model for the landing of an aircraft. For the modeling, the actual flying is analyzed, and the influence on aerodynamic characteristics of the aircraft is studied considering the effect of landing gears, flaps and the ground effect. The model is discretized by difference method. The study is helpful to smart choice of the best aircraft landing procedures, flight safety, and the improvement of training quality and efficiency.

Key words： aircraft landing; numerical model; difference method

0 引 言

飞机从安全高度下滑过渡到接地滑跑直至完全停止的整个减速运动过程称为着陆.整个着陆过程可分为下滑、拉平、平飘、接地和滑跑等5个阶段.着陆的主要特点［1］是降低高度和减慢速度，关键是使飞机在规定的着陆点轻轻接地.飞机着陆是整个飞行过程的重要环节，完成是否完美关系到整个飞行过程的质量.在着陆阶段飞行高度低，操纵动作复杂，安全裕度低且受气象条件影响敏感度高，容易发生飞行安全问题.［2］因此，根据不同气温、气压、风速和风向等飞行条件，合理设计着陆程序，对保障飞行安全、提高飞行质量和效益十分重要.目前，应用数字仿真方法研究飞机飞行性能比较有效.［3］本文采用数字仿真方法与高精度计算技术，并结合某型飞机实际飞行经验，数值研究着陆过程，优化飞机着陆程序.

1 数学模型和数值方法

1.1 着陆精确数学模型

为设计高精度仿真飞机着陆程序，必须建立精确的仿真数学模型.着陆是飞机从空中向地面运动的转化，并伴有起落架、襟翼的收放和地面效应等的影响，属于复杂的机动飞行.本文联系飞行实际情况，分析某型飞机的飞行规律，研究地面效应、起落架、襟翼收放等因素的影响，同时考虑迎角对发动机推力分量的影响，建立飞行模型方程［4］：

2 程序设计

2.1 程序研制

某型飞机着陆仿真程序逻辑运行示意见图1.图 1 着陆仿真程序逻辑运行示意

Fig.1 Landing emulation procedure working figure

选择在FORTRAN平台编写计算程序，程序主要由主模块（初始化模块）、地面滑跑仿真模块、空中运动仿真模块和数据处理模块等4个模块组成.

2.2 程序校验

应用仿真程序对某型飞机的飞行过程进行仿真

图 2 模拟飞行速度与实际尚歇┧俣泉随时间变化曲线

Fig.2 Evolution of simulation flying speed and real flying speed with time

计算，将仿真结果与该型飞机实际飞行时的相关数据(飞参记录)进行比较，并对程序进行修正，直至与实际飞行一致.模拟飞行速度与实际飞行速度随时间变化曲线见图2，可知各基本参数、数据无误和模拟的准确性.

3 数值分析以某型飞机为例，采用该仿真程序对速度、迎角等参数进行优化选择，建立最佳着陆程序.

3.1 接地迎角和速度的选择

飞机着陆时，在接触跑道瞬间会受到地面的弹力.为使飞机平稳接地，该弹力应尽可能小，过大可能会造成重着陆或飞机和起落架损伤，从而酿成飞行事故.从飞行力学角度分析，弹力大小除与飞机重量等有关外，主要与飞机接地瞬间的下沉速度［6］和图 3 负加速度随接地迎角的

变化曲线

Fig.3 Change of deceleration

with earthing angle of

attack

垂直于地面的负加速度有关.接地期间的负加速度应尽可能小，才能保证接地时地面对飞机的弹力最小，以利机平稳落地.经仿真计算，该型飞机在接地迎角为8°时减速度最小（绝对值）.负加速度随接地迎角的变化曲线见图3.

接地迎角选定后，接地速度ИV┆jd=2G/（SC┆yjd）И式中：Cyjd为接地升力因数.

3.2 拉平高度和速度的选择

正确的接地姿势（迎角）只能保证飞机轻盈接地，只有正确选择下滑角、速度和拉平高度等才能使飞机在规定的接地点接地.若偏差较大，可能使飞机偏离接地点而酿成事故.下滑角和拉平之前的速度可适当调整，因此选择好开始拉平时的速度和高度是关键.本文采用数值仿真方法优化某型飞机在标准大气条件下从开始拉平至接地的过程.着陆运动轨迹见图4，速度-高度曲线见图5，可知该型飞机开始拉平时的速度和高度分别为216 km/h和7 m.

图 4 着陆运动轨迹 图 5 速度-高度曲线

Fig.4 Aircraft landingFig.5 Change of speed

trailwith altitude

4 结束语

根据某型飞机实际飞行时的相关数据，结合理论分析，建立精确的飞机着陆数值模型.采用差分法对该型飞机着陆模型方程进行离散，取得高精度差分格式.通过优化设计的该型飞机着陆仿真程序，对解决智能选择最优着陆程序、保障飞行安全、提高训练质量和效益有重要作用.该仿真优化理论和技术还可用于研究其他机种和飞行科目，优化飞行训练以及仿真设计战术飞行程序等，应用前景广泛.

参考文献：

［1］ LEI Y, WANG B. Study on the control course of ANFIS based aircraft auto-landing［J］. J Systems Eng & Electron, 2005, 16(3): 583-587.

［2］ 弋沛琦, 高瑞乾, 刘石源. 飞机着陆系统的现状与发展［J］. 海军航空工程学院学报, 2005, 20(4): 461-464.

YI Peiqi, GAO Ruiqian, LIU Shiyuan. Present and development of the plane landing system［J］. J Naval Aeronautical, 2005, 20(4): 461-464.

［3］ 李小奇, 陈蕾, 王勇亮. 飞行仿真技术［M］. 长春: 吉林科学技术出版社, 2004: 1-3.

［4］ 卢惠民. 飞行仿真数学建模与实践［M］. 北京: 航空工业出版社, 2007: 43-71.

［5］ CHOW Chuen-yen. 计算流体力学导论［M］. 孔祥海, 译. 上海: 上海交通大学出版社, 1987: 1-50.

第2篇：数值计算范文

关键词：曲面面积 数值计算 数值微分 积分

中图分类号：O172 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）03（c）-0238-02

二重积分的数值计算方法有很多，但是在实际应用中，曲面面积的很重要，而曲面面积计算的数值方法却不多，目前还没有找到一种高效、精确的计算其表面积方法。文献[1][2]模型的建立是基于多网格化下小区域内曲面积近似等于平面面积，因此计算结果存在一定误差，且计算精度不易分析。为了减小误差，提高精度，我们建立利用积分中值定理和数值微分公式，建立一个新的计算表面积的数值计算公式―― “四点”插值算法。

1 单元构造和数值计算公式

已知曲面函数为，则考虑曲面在矩形区域内的表面积。对区域进行分割，首先考虑如图1网格单元区域：

利用积分中值定理[3]

则

若，充分小，则由偏导数的连续性有：

，

于是

由三点数值微分公式[4]

，

于是

2 误差估计

其中

由三点数值微分公式[4]

，其中

由二阶泰勒展开：

，其中

于是

其中

同理

所以

3 复化公式

计算矩形区域内函数的表面积，在格网化区域计算表面积。首先对区域进行划分，把目标区域划分成个方格，则有：

，

取如图2的方格，则在每个方格上应用表面积的近似计算公式，只需计算4个信息点。

4 算例分析

例：曲面函数在矩形区域内的表面积。

其表面积计算的精确值为：

在相同的分割网格下：

“四点”插值算法节点数：

三角形法需要的节点数：

数值计算结果如表1。

5 结语

通过实验的matlab仿真，可知基于本文的方法求解曲面面积的算法误差和传统的“三角形法”误差虽然都是，但本文方法的误差是“三角形法”的，计算时间是“三角形法”的二十分之一。由此可以看出本算法需要信息点少，精度较好，运算速度快，具有较大的实用价值。

参考文献

[1] 陈吉龙，武伟，刘洪斌.DEM在林地表面积计算中的应用研究[J].西南农业学报，2008，21（5）.

[2] 魏东，张秀程.基于递归算法的三维地形面积计算方法研究[J].沈阳：沈阳工业大学信息科学与工程学院，2007（3）.

第3篇：数值计算范文

关键词：兴波阻力；KCS；数值模拟；网格质量；傅汝德数

中图分类号：U66 文献标识码：A 文章编号：1006―7973（2017）05-0039-02

国际船舶ITTC会议已将基于仿真的设计列为数值模拟技术研究的前沿热点课题。将CFD技术应用于船型优化中，不仅需要进行大量的数值计算，还要保证计算结果具有可接受的精度。为缩短计算耗时，除了应加强计算机硬件的建设外，还需要保证计算精度在可接受的情况下，使得计算网格数较少。

1 数值计算方法验证

1.1 计算模型

1.2 计算工况

1.3 计算域和边界条件

在CFD计算中，一个关键因素是计算域的合理选取。过大的计算域会使计算量和计算时间大幅增加，而过小的计算域又会使计算精度不满足计算要求，且数值模拟的状态与真实的情况不符。

1.3.1 计算域

由于船体左右对称，船体左右的流场也对称，所以只需计算左舷或右舷的半个船体的流场。参考以往数值计算实例和经验，计算域选取如下：

兴波阻力的计算域：计算域为横向宽度取0.7倍船长，纵向首部向前取0.5倍船长，尾部向后取1倍船长。

1.3.2 边界条件

边界条件就是在求解域的边界上，物理量需要满足的数学条件，边界条件反应了问题的物理本质。

2 网格划分

在CFD计算中，另一个关键因素是网格的划分。势流方法计算兴波阻力，其精度对面元的分布有一定的依性，即网格的质量直接决定计算结果的准确性，所以生成高质量的网格是计算的关键。

兴波阻力计算的面元网格划分。采用贴体的曲面坐标系并在这个坐标系中划分网格，因此自由液面的网格能够直接反映波面的起伏状况。根据KCS船型特点，其兴波面元分布（面网格划分）应注意在船体瞬时湿表面、瞬时水面均需划分面元网格，并在曲率变化大的首尾进行加密；在自由水面上，面元网格在纵向尽量分布均匀，侧向靠近船体较密。

3 计算结果与分析

3.1 不同网格的计算分析

由于KCS船型的兴波阻力没有试验结果，因此兴波阻力的数值计算结果没有试验结果对比。但从理论分析可知细网格计算的结果更可靠。本文为验证网格数对计算结果的影响及SHIPFLOW在不同网格数时计算结果的稳定性，对KCS船型进行型线修改，获得17条局部型线变化的“KCS”船型（假设局部位置的改变不会对兴波阻力产生较大影响），并采用两套网格（粗网格：约800个面元，细网格：约3600个面元）分别计算其兴波阻力性能，计算结果见表2。

相比于细网格，粗网格计算稳定性差，计算结果的可靠性不满足优化分析要求。

3.2 设计航速下兴波阻力计算

3.3 不同航速下的兴波阻力计算

对不同航速分别进行非线性的自由液面条件的计算，每航速计算了约8步达到稳定，计算结果见表3。

得出结论：相同船型，傅汝德数越大，兴波阻力系数越大。这一结果能得到理论结论的支撑。

4 总结与展望

本文采用CFD分析软件SHIPFLOW对KCS船型作了大量的数值模拟，并比较了不同网格数、不同傅汝德数下的兴波阻力计算结果。计算结果所呈现的规律满足理论分析结论及经验认知，因此可以认为SHIPFLOW计算结果较为可信，可以为后续兴波阻力的优化作支撑。本文欠缺之处在于考虑网格影响时，只分为两个档次，应该分多个档进行细致研究。Fr数对兴波阻力的影响很大，本文只作了定性分析，没从机理上进行解释，这是后期工作需要完善的部分。

参考文献：

[1] FLOWTECH. SHIPFLOW4.7 users manual[M]. Gothenburg，Sweden，2012.

[2] 王文飞. 7000 吨成品油船的球首优化研究[D] 上海：上海交通大学. 2008

第4篇：数值计算范文

关键词：小学数学；计算教学；价值取向

中图分类号：G622 文献标识码：B 文章编号：1002-7661（2013）18-260-01

小学计算教学的重要性主要表现在基础性和启智性，数字计算是小学生学习数学的起点，在以后的统计、概率、图形及解决问题等方面均会运用到计算；当计算教学还是一项发展学生思维能力的活动时，从数形逐渐发展成为笔算规则，成为了一种计算工具，这便是重要的启智过程。

一、数学计算教学价值取向

1、解决问题为基础，培养学生数学兴趣

计算数学教学一定要依托生活情境，从学生有限的认知范围内为学生提供平时常见的、最为常见的、摸得到的素材，将小学数学计算问题生活化，将生活问题向数学化递进。于此同时，教师还应该为学生营造知识背景、生活环境联系较大的情景，通过充分利用生活中的经验和对事物的兴趣，自觉的寻找并发现问题。同时降低单纯的数学学习对学生的心理、行为的刺激，在解决实际问题中体现其本身独特价值，为了学生的将来良好发展做好准备。

2、提升学生素质，引领学生感悟数学思想

在小学数学教学的出发点是围绕着学生的需求和兴趣，并还需注重责任感的教育，让学生在任职的过程中体验学习的欢乐，促进个体健康的发展。同时，在计算教学过程中，应该有效的引领学生领悟整体、类比、数形结合、化归等数学思想方法，其对学生理解数学运算算理的深度、广度和贯通度均有正面的积极作用，且对于小学生整体数学素质的提升有明显的帮助。

3、以发展思维为核心，培养学生数学思维

在知识形成的过程中便包括数学知识的价值。在对小学生进行计算教学的过程中不仅要对计算法则有充分的重视，同时还需要让学生理解法则的道理。换言之，学生在计算数学的时候不仅需要知道如何计算，还要明白为什么这么计算。先理解后计算，这样便可将运算法则灵活充分的运用在计算中，通过算法、算理和多样性研究学生数学意识，同时提高了学生的数学思维，在以后的学习过程逐渐养成缜密、严谨的习惯。

二、小学数学计算教学策略

1、加强学生对算理算法的理解

在计算的过程中计算算理是具有一定的合理性和依据性，教师应该有清晰的思路来指导学生掌握计算方法，学生便需要灵活的掌握运算定律、计算发着、计算公式推导的方法。学生在实际计算过程中应用公式，对公式进行更好的巩固，若是学生练习时间少，那么便不能实现当堂训练。教师应该精心选择练习的内容，其原则主要为以封闭性问题为主，开放性问题为辅。而练习的顺序为基本练习、针对练习、变式练习、拓展练习等等，难度适当，且层次分明。

2、进行计算基本技能训练

首先需要加强小学生估算和口算能力的训练。教师若培养学生的口算和估算能力，则需要加强对学生的口算训练，每一道题均是由若干个口算题组成，口算也是笔算基础。学生的口算能力提升后，那么其计算速度将会明天提升。学会估算计算结果可使小学生灵活合理的选择多种方法思考问题，是最直接最有价值的检验结果方法。估算和口算均是选择使用听算和视算相互结合方法，使找朋友、接力赛、对口令、开火车等形式，坚持不断联系，便会达到熟练的地步。

其次则需加强小学生对比训练，形成计算技能。将不进位和进位进行对比，乘法和除法进行对比，加法与减法进行对比等等。针对较为常见的错误或者比较容易混淆的问题，在课堂上使用最佳时间，通过在课堂上的时间对学生进行交通，并通过典型的错例进行分析对比，并使个别同学的教训转化为全班学生共识，从而使学生明确每道计算题的计算思维。

第三是告知学生适度的使用计算器。在小学生进行计算的时候可适当的使用计算器，例如计算体积、面积、验算。计算器一般均需要由老师来保管，并且按照课本上的要求，根据实际教学需求，随时监督学生滥用情况。

最后教师应该对学生的看、写、算技能进行训练。学生在计算的过程中应自行创造出条件让学生主动多平面动口、动脑、动手、动眼，多种感知渠道共同写作，并以培养学生持之以恒的精神及其注意力。于此同时教师还可组织一些竞赛活动，调动学生的主动性及积极性，提高学生对数学的兴趣，可有效的提高正确率。

总结

教师在小学计算数学过程中进行深层次思考，计算数学需要直接动手操作，让学生最深刻最直接的体验，为学生的探究提供支持。

参考文献：

[1] 刘秀玲.小学数学计算教学价值取向研究[D].华中师范大学，2011.

[2] 袁洪卫.中小学数学实验的教学价值[J].中国教育技术装备，2011，（26）：118.

第5篇：数值计算范文

关键词：修正特征线法 定常振荡流 气液活塞泵

气液活塞泵是一种免维修流体输送机械，由于气体和液体在泵内作类似固体活塞的往复运动，故称气液活塞泵.气液活塞运动属变波速两介质段定常振荡运动，目前普遍认为解决定常振荡问题最经济的方法是传递矩阵法，但对振幅较大的非线性定常振荡系统，传递矩阵法的线性化假定存在较大误差.特征线法在这方面有所改进，它对振幅大小无限制，并可对摩擦项采用二阶估算形式.因此在处理非线性度较强的瞬变流包括定常振荡流中，特征线法具有重要的应用价值.但是，特征线法在处理缓慢瞬变和短管瞬变时，其计算速度一般较慢.气液活塞泵内部存在着不同的介质区段，其密度和波速均不相同，若采用特征线法直接求解方程，将出现一种不规则的浮动网格，不能直接获得特定瞬间和特定截面上的信息.本文针对上述特点，将常规特征线法进行改进，利用“时间修正因子”α增加时间步长，提高计算速度.该法不仅可用于计算单介质、固定波速的管路非定常流，而且对于变密度、变波速的气液管路定常振荡运动同样适用，通过在不同的时空区段引入不同的α，保持矩形计算网格的稳定，在达到计算精度的前提下，简化了计算程序.“修正特征线法”拓展了特征线法在工程中的应用，本文重点讨论其在气液定常振荡流中的应用.

1 修正特征线法

1.1特征型方程组的推导 标准的非定常流特征型方程如下：

由于α是与计算时步有关的修正系数，故称“时间修正系数”，其取值的影响因素十分复杂，目前还未进行严格的误差分析，本文通过广泛的数值试验，并与大量现场试验进行对比发现，当α≤100时，其压力的相对误差一般不超过0.1.定性结论是，在满足数值稳定的前提下，α越大计算速度提高越显著，但精度越差；α越小则反之，α=1时该法即为常规特征线法.一般情况下，快速瞬变系统的α较小，采用该法不能节约多少时间；而短管或缓慢瞬变系统的α较大，可显著节约计算时间.本文的做法是根据不同的课题进行数值试验，先取大一点的值再逐步减小，直至获得满意的结果.

1.2单介质管路定常振荡 如上所述，对单介质管路系统，无论是慢速或快速瞬变，均可根据需要确定时间步长Δt，然后用α对运动方程进行修正.在分析波速变动很大的流体(如气流或含气液流)中，通过在不同计算时段采用不同的α，从而使计算保持相等的时间步长.

作为非定常流的特例我们讨论定常振荡流，在所有的计算节点中，上、下游边界点上的变量代表系统的输入和输出，是我们计算的重点，而对其内部节点的变量究竟如何传递的问题可不予考虑.假定计算管段可等分为m段(每段为Δx)，振荡周期T可等分为n段(每段为Δt)；在m与n之间建立某种联系，使之与α有关，从而建立时段mΔt内，上下游边界点之间的变量传递关系.由于特征线C+、C-穿过不止一段(m段)管段，因此也无须计算管道内节点，只对我们所关心的边界点进行计算.具体做法是

令：

Δt=T/n Δx=L/m α=aπ/2iωL≥1 (6)

式中：n，m——与i有关的正整数；i——α的计算整数.其值影响数值稳定和精度；计算时

采用α≤100进行控制.

根据特征线的定义又有

α=aΔt/Δx (7)

由此可以证明式(6)中的整数满足

m/n=1/2i+1 (8)

含时间修正因子α的周期性振荡气流特征型偏微分方程为：

式中：S=(2gΔxmsinθ)/a2.式(11)、(12)中下标为计算管段上、下游节点编号，上标为计算时段编号，其中j表示计算时段所求参数，j-m表示前m个时段的已知参数.由于摩擦项采用了二阶估算，故需用迭代法求解.

以下举例说明采用上述方程求解的具体情况.一个正弦型振荡周期至少需9个点描述，即n=8；假设i=0即α=aT/2L可满足精度要求，则计算管段应等分为m=4段，计算网格如图1.图中某边界点经C+和C-两次特征线的积分，便可获得对面边界点的信息，所需时间正好为一个周期(8Δt)，即计算本周期的上游边界上各时段的变量只需从前一周期相应的时段参数进行两次C+，C-积分即得.

图1 特征线法计算网格

修正特征线法可详细模拟系统从静止到定常振荡的变化过程，流场参数的变化仅限于振荡幅值的变化，振荡频率与边界点强迫函数相同，相位关系也固定不变.

1.3 多介质段管路系统 上述方法是针对单介质系统和固定边界而提出的，对于具有不同介质段的管路系统，例如，气液活塞泵内的脉冲运动，由于气体和液体的密度和声速均不相同，造成计算区域内不同介质段特征线斜率的不同，由于α的引入，通过计算不同管段及不同时段上的介质密度ρ和波速α，利用式(7)不仅可对不同的计算时段调整α，而且在不同的介质段也可采用不同的α，以便在整个计算区域内仍可获得相同的特征线斜率，保持空间步长和时间步长均相等的矩形计算网格(如图1).但由于各网格单元的a、α均不相同，所以不能采取上述单介质系统中，跨越内节点的计算方法，而须逐个对网格的C+、C-进行积分.将式(11)、(12)中的m换成1即为多介质段管路系统的特阵型差分方程.

2 方法应用与验证

2.1 气液活塞泵简介 图2是一种用于特殊场合的气液活塞泵，其主体为气液活塞筒，它与射流泵一起构成了一组利用气液脉冲运动进行传能的装置.该装置具有结构简单，无运动部件，免维修，可靠性高，工作性能好等优点，在不适合近距离操作，例如高温、高压、高放射性、剧毒等工作环境中具有十分重要的实用价值.其工作原理是将脉冲气体作用于活塞筒内液体，经过周期性的压冲排液和反吸充液，以脉冲形式向射流泵输出液体，为之提供动力水源.

(a)压冲排液阶段

(b)反吸充液阶段

图2 气液活塞泵传能装置

脉冲运动包括周期性的压冲排液和反吸充液两过程.以一个脉冲周期为例，压冲阶段(td)，正压气体将液体从A压至B；反吸分两阶段(ts=ts1+ts2)，第一阶段(ts1)由于液体的惯性，液位继续下移至C，随着活塞泵内负压的形成以及惯性力的减弱进入第二阶段(ts2)，泵内液体在吸水箱液位的作用下开始上移至A点，完成一个周期(T=td+ts).应用气液活塞泵作为脉冲发生及传能装置，关键的问题是使液位保持在活塞泵筒内某一固定范围内变化，即保持稳定.其次是系统的优化设计，提高装置效率.进行气液活塞传能机理的研究是装置稳定运行参数和优化结构设计的重要依据，本文采用修正特征线法对活塞泵内气、液流场进行了数值模拟.

2.2 计算假定及边界条件

2.2.1计算假定 如图2，将研究的范围定为活塞筒的a-a断面至b-b断面.进行下列假设：

假定系统设计可满足稳定振荡要求；(1)假定流动是等温的一维定常振荡流；(2)气液活塞泵筒壁的膨胀忽略不计；(3)气液交界面始终为一平面，在平面上气、液体积流量近似相等；(4)气液交界面压力传递损失可忽略，界面上气体和液体压力相等；(5)假设摩阻项与气、液流量及脉冲频率的平方成正比.

2.2.2边界条件

(1)上游边界条件，本例中脉冲气体发生器是由一对分别产生负压和正压的真空喷射器及压缩喷射器组成，因此上游边界条件在反吸阶段(ts)和压冲阶段(td)应分别满足不同喷射器的特性曲线方程[2]，加上C-方程(12)可求解上游边界的，p.

(2)下游边界条件，下游主要分两个阶段，即充液蓄能阶段(ts1+ts2)和输送液体阶段(td)，边界条件由下列方程组给出：

式中：A0—液体射流泵喷嘴出口断面面积；μ—与脉冲液体出流段型式及频率有关的流量系数；p0—活塞泵出流孔口处的绝对压力，与吸水箱液位有关；下标b—表示下游边界点.

将下游边界条件(13)与C+方程(11)联立，即可求解下游节点的，p.

(3)内边界条件，在活塞筒内气液交界面是一内边界条件，由假定条件(3)可将内边界条件写为：

2.3计算曲线与试验结果的对比 如图3，经过试验结果和计算结果的对比，发现采用本方法对定常振荡的振幅、周期及相位的计算是较准确的，尤其是在压冲排液阶段，计算得到波峰和波形与试验几乎完全吻合(图3b).

(a)活塞筒进口气体流量

(b)活塞筒出口液体流量

(c)活塞筒进口气体压力

(d)活塞筒出口液体压力

图3 计算与试验对比(——计算 --试验)

反吸充液阶段的计算结果不令人十分满意，图3b的反吸流量偏小，且出现时间稍晚.主要原因是假定气液交界面为平面，采用一维处理的计算方法过于简化，没有充分考虑反吸过程初期，倒流液体进入活塞筒突扩断面后，由于瞬时射流和边界层脱流而形成的大量旋滚消耗了做功能量，其次过高估计反向流动的非定常摩阻损失也可能是原因之一，这些因素使实际阻力比预计情况高，因此反吸流量偏小.

活塞筒进、出口压力试验曲线在反吸阶段振荡剧烈，而计算结果由于未考虑二维湍流的影响，没有出现实际上存在的压力脉冲，但作者认为这一因素反而起到了滤波作用，反映出反吸压力的总体变化规律，为我们分析系统提供了方便.

2.4 结论

(1)修正特征线法通过引入“时间修正因子”α增加时间步长，在保留了原特征线法优点的同时，可不同程度地提高计算速度；(2)采用不同的α，可对变波速及多介质段的非定常流计算节点上的特征线斜率进行修正，避免产生特征线交点不确定的自由浮动网格，在处理气液活塞运动时十分灵活方便，成为解决各类非定常流尤其是定常振荡流数值模拟的有效工具.(3)修正特征线法是一种近似的方法，α的取值越大其产生的计算误差也越大，一般α不应超过100，否则易造成发散，且计算精度将受到影响.至于α与计算误差的关系，还需进一步研究.(4)在数值计算中，对管路摩阻特性的模拟还需进一步研究，否则不仅会影响计算结果的精确性，而且有时还会影响问题的收敛.(5)采用本方法对气液活塞式脉冲传能装置进行数值模拟，不仅可对系统的稳定性进行计算，还可充分详细地模拟启动过渡过程，并可通过带入不同的活塞筒几何尺寸、气源压力、脉冲时间等参数，对装置的结构设计和运行参数进行合理性检验，这些对该装置的研究和开发均具有十分重要的意义.

参 考 文 献：

[1]怀利E B，斯特里特V L.瞬变流[C].清华大学流体传动与控制教研组译，北京：水利电力出版社，1983.2.

第6篇：数值计算范文

关键词：高层钢结构 地震反应 数值计算 方法

Abstract: although the steel structure of the seismic performance is better, but under the effects of earthquake, when the structure of displacements of the larger, can also cause structural damage and even collapsed. This paper discusses the present high-rise steel structure seismic response of numerical calculation method are summarized.

Keywords: high-rise steel structure seismic response numerical method

中图分类号：TU391文献标识码：A 文章编号：

钢结构具有良好的抗震性能，但在1994年的美国北岭地震和1995年的日本阪神地震中，钢结构发生了大量破坏，且破坏程度较严重，甚至倒塌。钢结构的优良抗震性能来源于其良好的变形能力，在地震作用下，当结构的层间位移较大时，结构构件势必要发生破坏，可见在强烈的地震作用下，钢结构还是会发生破坏的，甚至倒塌。

高层钢结构体量庞大，原型结构试验是不可能的，即便大比例模型试验，难度也非常大。随着计算机技术的发展，数值计算已经成为研究建筑结构地震反应的最主要手段。建筑结构的地震反应数值计算方法主要有以下四类[1]：

（1）单自由度模型

单自由度模型高效简便，在早期计算机分析能力严重不足的时代，单自由度模型曾被广泛应用于建筑结构地震响应的模拟计算，并取得很多重要的定性结论。随着研究工作的深入，人们发现，地震震作用下结构和构件进入非线性后，存在严重的损伤集中效应，单自由度模型过于简化，无法真实反应结件的损伤效应和结构的损伤演化规律，更无法真实再现地震作用下实际结构的倒塌破坏过程。

（2）静力弹塑性分析

随着计算机能力的提高以及建筑结构基于性能抗震设计的发展，即与构件非线性模型的激励弹塑性分析（Pushover分析）方法的得到了广泛应用，在国内外抗震设计规范中都将其列为进行结构非线性地震响应计算的手段。Pushover分析方法下假定结构的非线性响应与等效单自由度体系的响应相关，等效侧向力沿结构高度在整个分析过程保持不变。研究者提出了改进的Pushover分析方法，如应用等效侧向力的时变分布模式，考虑高阶振型影响的模态Pushover分析等[2][3]。但是弹塑性分析方法缺乏理论基础，且不能考虑地震持时，也不能考虑结构往复振动导致非线性变形和滞回损伤累积效应。目前，静力弹塑性分析方法主要作为一种近似方法用于建筑结构抗震性能评价。

（3）有限元分析

有限元方法由于理论成熟，且有大量通用有限元软件包做支持，是使用最为广泛的结构非线性分析方法。国内外很多研究者基于有限元方法对建筑结构的震害和倒塌进行了研究。有限元模拟结果与地震中结构的反应符合良好。采用三维有限元方法建立数值模型，预测结构在地震作用下的损伤和倒塌灾变过程是可能的。有限元分析方法利用时程有限元，通过探测结构侧向位移的突然增加来评定建筑结构的倒塌能力[4]。

（4）增量动力分析

最近，增量动力分析方法被作为一种有力的工具，研究结构从构件屈服和非线性响应到动力失稳阶段的结构整体行为[5] [6]，用于评价结构的抗倒塌能力[7]。增量动力分析需要进行一系列非线性动力分析，地震动强度度量参数逐渐增加直至达到结构倒塌能力，获得地震动强度度量参数关于结构需求参数的一组曲线。增量动力分析方法计算量较大，分析结果与地震动强度度量参数的选择有关。增量动力分析方法可对高层钢结构的地震灾变过程进行精确数值计算，能够反映高层钢结构的地震损伤演化规律，并能对高层钢结构的抗地震倒塌能力进行评估，是一种非常有效的数值计算方法。

参考文献：

Villaverde R. Methods to assess the seismic collapse capacity of building structures: state of art. Journal of Structural Engineering, 2007, 133(1): 57-66

Goel R K, Chopra A K. Evaluation of modal and FEMA pushover analyses: SAC building. Earthquake Spectra,2004, 20(1): 225-254

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Vamvatsikos D, Cornell C A. Incremental dynamic analysis. Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 2002, 31(3): 491-514

第7篇：数值计算范文

关键词： 多层膜； 生长模型； 功率谱密度； 表面粗糙度； 散射

中图分类号： O 434.1文献标识码： Adoi： 10.3969/j.issn.1005

引言近年来，为了对太阳光谱进行深入的研究，具有高效反射性能的硅基多层膜元件已经在一些近正入射反射系统的装置中得到应用。但是随着衍射极限的减小，光学表面和多层膜膜层界面的微粗糙限制了光学元件的性能，光与元件相互作用时产生的非镜向散射，不仅减小了系统的光通量，而且也降低了像的对比度。随着入射光波长的减小，背向散射强度将以1/λ2的形式增长[1]。散射理论从70年代开始发展至今，人们对散射的理解有了一些进展。早期许多工作者主要针对X射线掠入射式多层膜，研究其界面粗糙度对散射光的影响。而作为EUV光波段光散射研究的先驱，Spiller[2]和Stearns[3]等人研究了正入射时多层膜界面粗糙度对光散射的影响。1992年，Stearns[4]等人基于多层膜的无定形生长过程提出了界面粗糙度动态生长理论。2011年，Marcus Trost[5]等人在EUV光波段对正入射式Mo/Si多层膜反射镜的背向散射作了实验测定，并应用动态生长理论对钼硅多层膜的散射作了比较分析，结果发现理论与测试数据吻合较好。在17～19 nm的极紫外波段，Al/Zr多层膜是具有最高理论反射率的Al基多层膜，因而具有光明的应用前景，并得到了广泛研究[67]。在以前的研究中[8]，发现Al/Zr多层膜的膜层界面粗糙度造成了多层膜反射率的减小，而且界面粗糙度随多层膜的生长而逐渐增大。但是，对于Al/Zr多层膜的膜层界面粗糙度的动态变化规律尚没有开展深入的研究。 本文以Stearns的多层膜界面粗糙度动态生长理论为基础，对EUV光波段近正入射Al/Zr多层膜生长模型作了分析和计算，并通过与实验测量结果的对比，对Stearns粗糙度动态生长理论的适用条件作了补充性讨论，给出了Al/Zr多层膜界面粗糙度基于Stearns动态变化规律的使用范围。1多层膜动态生长理论薄膜的生长过程可用薄膜粗糙表面任意两点间的高度差的h（r）的连续性方程来描述：hrτ=-vph（r）+ητ（1）光学仪器第35卷

第1期杨传春，等：Al/Zr多层膜生长模型和数值计算

其中，r为薄膜表面任意两点间的水平距离，τ为薄膜的厚度，v为描述弛豫过程的独立参数，η表示随机噪声。当v为正值时，右边第一项将使表面粗糙度变小，而第二项将使表面粗糙度增加。弛豫过程的指数p因薄膜生长的机理不同而异，一般情况下，粘性流体：p=1，蒸发和凝结：p=2，体扩散：p=3，表面扩散：p=4[9]。Tong和Willians[10]认为，v取负值，可以适用于描述三维岛状生长的薄膜表面。式（1）表明，薄膜的生长是生长过程与弛豫过程间竞争的结果，生长过程较快时，膜层表面容易表现出粗糙和各向异性；弛豫过程较快时，膜层表面容易表现出平滑和各向同性的特点。应当指出的是，式（1）是表面生长模型中最简单的一种可能。它是对粗糙表面形成过程线性的和局部的处理。Kardar等人[11]首先用一非线性项（ΔH）2对式（1）作了修正，该项表示在各向同性的特定沉积条件下，薄膜将沿着法线方向生长。当沉积角度或表面倾斜较大时，表面粗糙度的形成是局部的这个假设就不再成立了，在这种情况下，表面某点的沉积依赖于表面的遮蔽效应。Karunasiri等人[12]和Tang等人[13]也提出了一个生长模型，实现了局部生长（遮蔽）机理的理论模拟。当生长过程是由非线性和局部性引起时，薄膜将以尖瓣和柱状这种不连续的形状快速生长。这些特征可以在薄膜的形貌中观察到，尤其是低能沉积过程中的薄膜。相比较，本文只考虑粗糙度较小的光学多层膜，这种薄膜可以通过高能生长过程来实现，如低气压下的溅射镀膜过程。保证了表面粗糙度不至于大到影响薄膜的线性或非局部生长模式，这种观点得到了多层膜实验研究的支持[14]。与单层膜生长不同的是，多层膜动态生长理论认为，薄膜各个界面的粗糙度一方面复制于相邻的先期生长的膜层表面粗糙度，另一方面也有不完美生长过程引起的内部固有粗糙度。第i个界面可以用其粗糙度hi（r）的频谱函数来表示[4]：hi（f）=γi（f）+ci（f）hi-1（f）（2）其中γi表示正在生长的膜层内部的固有粗糙度，角标i-1代表相邻的先期生长的膜层，ci（f）=exp[-vi2πfnτi]为界面粗糙度复制因子，它是空间频率f的函数，反映第i个膜层对第i-1个膜层表面的“记忆程度”。复制函数取值介于0～1之间的实数时，表明第i层膜的粗糙度既受第i-1层膜的表面粗糙度影响，又受自身内部固有粗糙度的影响。对于无定形生长的N层多层膜，由于表面粗糙度的功率谱密度（PSD（f）=〈h（f）h*（f）〉）通常便于测量，因此用功率谱密度作为多层膜表面粗糙度的统计表述，更便于与测量结果的对比。若多层膜界面粗糙度结构可以看作是自由分布，粗糙度的功率谱密度反应的是整个界面粗糙度的均值，则功率谱密度的值可以由粗糙度频率谱函数的傅里叶变换来表示，在理论上与粗糙表面结构的描述等价。通过对式（2）进行迭代运算可得多层膜表面粗糙度的功率谱密度函数与界面粗糙度之间的关系为[15]：PSD（f）=∑Ni=1κ2i-1PSDi（f），κi=∏i≤Nj=1cj（3）其中，PSDi为膜层生长过程中因内部缺陷等原因引起的固有粗糙度对应的功率谱密度，在膜层生长过程中没有明显晶向分布时，PSDi由下式确定[4]：PSDi=di2Ωi（1-c2i）/lnci（4）其中，di为第i层膜的厚度，Ωi是多层膜结构中第i层薄膜的膜层材料的原子团簇体积。式（3）是多层膜动态生长理论的公式表述形式，反映了多层膜的复杂生长过程。可以看到，多层膜的表面功率谱密度与膜层的厚度和数目、原子团簇体积、弛豫过程、生长机理等诸多因素相关。通过式（3）的迭代计算，可以将多层膜表面粗糙度和所用基板的表面粗糙度联系起来，从而为表面多层膜界面结构变化情况测量提供了理论依据。计算过程中，只需要先对基板表面粗糙度的测量结果进行傅里叶变换，然后基于功率谱密度函数进行迭代运算，运算过程中避免了相关函数的运算，最后对于多层膜表面的粗糙度功率谱密度再进行一次傅里叶变换，就可以得到多层膜表面粗糙度的理论预期值。2实验在实验中，采用掺氟的二氧化硅作为Al/Zr多层膜样品的基板，采用国产超高真空磁控溅射设备（J GP560C6）实现Al/Zr多层膜样品的制备。制备多层膜的靶材料为美国Kurt J.Lesker公司生产，Al靶材为掺杂了Si（1%wtSi）的合金材料，Zr靶材的纯度为99.95%。在溅射镀膜设备的真空腔内，溅射阴极靶与基板垂直相对，靶在下，基板在上，两者间距离为10cm。在沉积Al/Zr多层膜之前，真空系统的本底真空度低于8×10-5 Pa。溅射工作气体为高纯度的氩气（纯度：99.999 %）。在镀膜过程中，溅射工作气压为0.18 Pa。Al和Zr靶均采用恒功率模式的直流磁控溅射方法，其中，Al靶材的功率为40W，Zr靶材的功率为30W。在多层膜制备过程中，基板一直保持自转，转速为20 r/min。通过步进电机控制基板公转，使其交替停留在Al和Zr靶上方，由基板在靶材上方停留的时间来控制相应膜层的厚度。本文所制备的样品共四个，每个样品的周期厚度设计值为9.0 nm，其中Zr膜层的厚度与周期厚度之比为0.33。四个样品的周期数（N）分别为10，40，60，80。利用原子力显微镜（atomic force microscope，AFM）（生产厂商：Veeco，型号：DI 3100）实现多层膜样品的表面粗糙度度测量，并给出了相应的表面粗糙度的功率谱密度。在合肥国家同步辐射实验室的辐射计量与标准束线的反射率计上实现了Al/Zr多层膜在极紫外波段的反射率测量。3实验结果分析和数值计算图1给出了不同膜对数的Al/Zr多层膜表面原子力显微镜测量结果，其中图1（a）～图1（d）分别对应N=10、40、60和80的Al/Zr多层膜，它们的表面粗糙度的均方根（rootmeansquare，RMS）值分别为0.403 nm（N=10）、0.401 nm（N=40）、0.544 nm（N=60）和0.817 nm（N=80）。测量结果表明，对于Al/Zr多层膜，当膜对数不超过40时，其表面粗糙度基本不随膜对数的增加而变化；当膜对数超过40时，其表面粗糙度随膜对数的增加而逐渐增大。

图1包含不同膜对数的Al/Zr多层膜表面原子力测量结果

Fig.1AFM measurement result of Al/Zr multilayers with variable layer pairs

图2给出了相应多层膜样品表面粗糙度的二维功率谱密度。由图可知，随着空间频率的增大（从中心向四周），多层膜表面粗糙度的功率谱密度不断减小（从亮到暗），表明多层膜的表面粗糙度并无明显的周期性变化。随着膜对数的增加，表面粗糙度的二维表面功率谱密度形状发生了变化，N=10和N=40时，功率谱密度图形呈圆形，表明当膜对数较少时，Al/Zr多层膜的表面粗糙度的分布与方向无关，满足随机分布的特点；N=60和N=80时，功率谱密度图形呈现椭圆形，表明膜对数较多时，Al/Zr多层膜的表面粗糙度沿x方向和y方向的分布有差异，分布具有一定的“方向性”。

第8篇：数值计算范文

论文关键词：MCR，WebService，架构模式，数值计算，热力学数据库

 

1引言

随着Internet技术的不断发展。基于浏览器/Web服务器结构模型（即B/S结构模型）的热力学数据库得到了广泛的应用。在这种结构模型下，一部分事务逻辑在客户端浏览器实现，大部分事务逻辑在热力学数据库服务器端实现。然而，由于在热力学数据库的应用中涉及到大量的数值计算，会大量消耗服务器CPU和内存资源，从而导致热力学数据库服务器的负载加重，增大响应时间，因此，如不能很好地解决数值计算的速度问题，系统整体性能将受到较大的影响。

同时，在热力学数据库的开发过程中，开发人员不仅要集中精力将热力学数据库中的数学模型转换为计算机控制代码，而且还需要花费大量精力去实现、验证、优化数学模型中所涉及的数值计算方法。从而加大了热力学数据库的开发周期和难度。

本文针对Web热力学数据库数值计算的特点和对性能的要求。使用面向服务的架构思想，提出了基于MCR框架的Web热力学数据库架构模式，实现了Web热力学数据库计算模型控制与数值计算过程的分离，大大提高了系统数值计算能力和速度，同时简化了热力学数据库系统实现数值计算方法的过程。

2Web热力学数据库架构模式研究

随着计算机技术和网络技术的迅猛发展，Web热力学数据库已成为当前热力学数据库技术发展的主流并得到广泛应用。但是围绕着提高Web热力学数据库系统性能的研究依然没有停止。这些研究主要集中在两个方面，一方面是对热力学数学模型的理论研究[1][2]数值计算，目的在于建立解决特定热力学问题的正确、高效的数学模型。另一方面是对Web热力学数据库架构模式的研究[3][4]，目的在于降低系统开发难度和缩短系统开发周期，优化网络计算性能，提高应用系统的效率和共享能力，在这类研究中，普遍采用了多层架构模式思想，将系统不同类型的工作任务分配到不同的层中执行，这样不仅便于网络用户使用热力学数据库，同时也便于系统的协同开发，提高了系统代码的复用性，便于业务逻辑的共享、重组和系统的维护。

2.1 三层架构模式的Web热力学数据库

图1. Architecture ofthree-tiers

在图1所示的三层架构模式中，客户端采用浏览器作为的系统界面访问工具。数据库服务器提供高效、安全的数据存储操作。WebServer则实现整个系统的控制核心期刊。

三层架构模式主要解决了热力学数据库业务逻辑控制与数据存储控制的分离，实现了“瘦客户端”访问，便于用户使用，系统部署简单，维护成本低。从图1可以看出，热力学数据库系统的工作负载主要集中在Web Server，从而导致WebServer负载过重，成为影响系统性能的瓶颈。

2.2 n层架构模式的Web热力学数据库

图2. Architecture of n-tiers

为了减轻三层架构模式下Web热力学数据库系统Web Server的工作负载，系统架构师们提出了如图2所示的n层架构模式。其中，业务逻辑层负责热力学数据库的核心功能----计算模型控制和数值计算。表示层负责用户界面控制，数据访问层负责热力学数据库的访问并屏蔽使用数据库的细节信息。

采用n层架构模式使整个系统的工作负载分布到不同的服务器中，避免因某台服务器负载过重而成为影响系统性能的瓶颈，也便于系统的协同开发和维护，增加了系统部署的灵活性。例如，能够在业务逻辑层利用负载均衡技术构建应用服务器集群，解决复杂业务逻辑控制和大量用户并发访问的性能问题，在数据访问层引入中间件技术，解决高效访问数据库的问题。

3基于MCR框架的Web热力学数据库架构模式

虽然n层架构模式的Web热力学数据库具有很多优势，但是在具体实现架构模式中的核心层----业务逻辑层时，面临两个比较棘手的问题。

一是如何实现热力学数据库数学模型中的数值计算，例如积分、方程组求解等，这需要热力学数据库开发人员耗费大量的时间和精力去编程实现各种相关数值计算求解程序。如果能够在系统中直接引用目前成熟的科学计算软件来解决数值计算求解问题，将大大简化数值计算实现过程[5][6]。

二是如何提高数值计算的效率。数值计算往往会消耗计算机大量的内存和CPU资源，加重应用服务器的负载，从而导致系统的响应时间增长，成为影响系统性能的瓶颈。如果能够将数值计算过程从业务逻辑层中分离出来，将其转移到专用的数值计算服务器中数值计算，不仅能够减轻应用服务器的负载，而且专用的数值计算服务器能提供更好的执行效率，从而改善系统的性能[7][8]。

本文提出的基于MCR框架的Web热力学数据库架构模式能够很好的解决以上两个问题。该架构模式的核心思想是利用MCR框架构建高性能的、易于使用的热力学数据库数值计算引擎，避免了在热力学数据库的开发过程中直接编程实现数值计算算法，同时使热力学数据库计算模型控制与热力学数据库数值计算过程分离，从而达到简化热力学数据库的开发过程和提高系统性能的目的。

MCR（MATLAB CompilerRuntime）是建立在MATLAB基础上的一个独立的应用框架，能够执行MATLAB文件和函数。而MATLAB是世界上公认的功能强大、应用广泛的科学计算软件,具有丰富的数值计算工具和高效的数值计算效率，占据世界上数值计算软件的主导地位。利用MATLAB提供的MATLAB Builder NE编译工具，能够将MATLAB数值计算函数转换成MCR组件（.net类）。因此，在.net框架中安装MCR就能够实现.net应用调用MCR组件（.net类），进而可以在程序中直接使用MATLAB强大的数值计算功能。为此，本文扩展了n层架构模式，构建了如图3所示的基于MCR框架的Web热力学数据库架构模式。

图3. Architecture of Basedon MCR

从图3可以看出，数值计算引擎将数值计算功能从业务逻辑层中独立出来，数值计算引擎的构建采用了Service-OrientedArchitecture（面向服务体系架构）的思想，利用Web Service技术实现SOA。SOA 是一种IT体系结构样式，支持将业务作为链接服务或可重复业务任务进行集成，可在需要时通过网络访问这些服务和任务。SOA将应用程序的不同功能单元（称为服务）通过这些服务之间定义良好的接口和契约联系起来。接口是采用中立的基于XML的语言（也称为Web服务描述语言，Web Services Definition Language，WSDL）定义的，它独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言。这使得不同类型的业务逻辑层可以以一种统一和通用的方式与数值计算引擎进行交互，便于各种异构热力学数据库业务逻辑层与数值计算引擎的集成和复用，同时也能够利用服务群集技术构建数值计算引擎集群，动态均衡数值计算负载，满足网络高并发、高密集的数值计算需求，优化了系统性能，大大提高了Web热力学数据库数值计算引擎的计算能力和速度。

1)数值计算引擎接口

对外提供统一的热力学数值服务接口，例如焓、熵计算等。只要通信双方定义好服务契约，数值计算引擎可以为各种同构或者异构系统提供热力学数值计算服务，从而使数值计算引擎能够实现跨系统的业务集成和复用。

2)数值计算类

实现数值计算引擎接口定义的具体的热力学数值计算方法，这些方法封装了各种热力学基本计算公式的求解过程，例如求解焓、熵的基本积分公式等。并在方法中调用MCR组件（.net类）利用MATLAB完成具体的数值计算过程。例如定积分运算或矩阵运算等核心期刊。此外，数值计算类还要负责本地调用语言数据类型与MATLAB数据类型的转换，以及错误处理等辅助工作。

3)MCR

根据数值计算类的调用请求，执行相应的MATLAB函数。

4基于MCR框架的Web热力学数据库架构模式的优点

在基于MCR框架的Web热力学数据库架构模式中，建立数值计算引擎将数值计算功能从热力学数据库业务逻辑层中分离出来，具有以下优点。

1)采用SOA思想，实现了业务逻辑层与数值计算引擎之间的松耦合数值计算，便于各种异构热力学数据库共享数值计算引擎服务。

2)采用SOA思想，能够使用服务器集群技术建立数值计算服务器群，通过负载均衡技术分担各个数值计算引擎的工作负荷，支持高密集数值计算，可灵活的增减系统数值计算能力。

3)减轻了热力学数据库应用服务器的负载，有利于提高系统的整体性能。

4)热力学数据库的业务逻辑层只关注如何使用数值计算服务，而不关心如何实现数值计算，简化了业务逻辑层的实现过程，提高了热力学数据库系统开发效率。

5)能够充分利用MATLAB丰富的数值计算工具，屏蔽了使用MATLAB的复杂的过程。同时借助于MATLAB卓越的数值计算性能提高了数值计算效率。

6)可对数值计算引擎做进一步的优化。如直接利用MATLAB并行计算功能构建多核、多处理器并行计算服务器。或利用MATLAB分布式并行计算功能构建MATLAB分布式计算计算机集群。进一步提高数值计算引擎的数值计算速度。

5结束语

在冶金、化工领域的生产和研究中，热力学数据库作为基本工具得到了越来越广泛的应用，对热力学数据库的计算性能要求也越来越高，而系统的架构模式是影响热力学数据库系统性能的关键因素之一，是热力学数据库系统软件开发的基础。本文分析了三层和n层架构模式的Web热力学数据库所存在的问题，根据热力学数据库数值计算的特点，在n层架构模式的基础上，提出了基于MCR框架的、多层、分布式计算的Web热力学数据库架构模式，可以方便的实现对MATLAB计算功能的调用而无需了解具体的技术细节，从而大大简化了Web热力学数据库开发过程中实现数值计算功能过程，同时也为Web热力学数据库在重负载网络环境下的应用和异构热力学数据库共享热力学数值计算服务提供了一种可行方案。

参考文献

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[8]徐望明.基于B／S模式的MATLAB应用研究[J].计算机时代,2008，(6):57-59

第9篇：数值计算范文

[关键词] 数值计算方法 教学改革 多媒体技术

一、引言

近十年来,计算机的发展水平和普及程度的提高,把计算推向人类科学的前沿。科学计算成为科学研究和工程设计中的重要方法,作为其核心问题,数值计算方法是一种研究并解决数值问题近似解的数学方法,它既有数学课程理论上的抽象性和严谨性,又有解决实际问题的实用性和实验性,该课程的特点可概括为:(1)知识面跨度大;(2)面向计算机,提供有效可行的数值算法;(3)重视数值实验,理论与实践兼顾;(4)计算公式复杂,不易熟记。

为实现该课程的教学目标,使学生能够掌握科学计算的精髓,我们剖析该课程教学过程中存在的问题,探索教学改革新思路与新途径。

二、数值计算方法课程教学改革思路

数值计算方法作为一门介绍科学计算的理论基础与基本方法的课程,其理论和方法是解决很多工程实际问题的重要手段,现已成为大多数高等院校理工科学生的必修课程。而该课程传统教学存在课程内容繁琐,教学时数少;教学模式重理论,轻实践;教学手段直观性差;教学内容与教学手段相矛盾等问题。因此,如何进行教学改革,激发学生的学习兴趣,体现数值计算方法课程的价值和意义,是值得探讨的问题。基于我校学生的反馈信息,同事间的交流意见和自己的教学体验综合考虑,本文对该课程的教学改革提出以下几点建议:

1.优化教学内容,选择合适的教材

面对数值计算方法课程内容多而学时少的现状,为了确保学生在有限的时间内了解其理论体系及思维特点,首先,精心选择教学内容。将其分为精讲和粗讲内容。精讲内容要细讲,讲透彻,粗讲的内容要将本质性的内容提示到位,引导学生课下学习;其次,尝试教材建设。我们可吸取国内教材的新理念,编著符合我校学生实际的教材和指导丛书。

2.加强数值实验教学,理论与实践兼顾

为了让学生更好地理解和运用所学的知识,掌握各种数值算法,积累计算经验,提高数值计算和解决实际问题的能力,必须加强数值实验教学。将具体算法与相关理论配合,突出工科专业特色;理论教学与实验教学环节相结合,使学生通过学习该课程,在理论素养和方法应用两方面取得双丰收。

3.合理采用教学方法

为了充分调动学生学习的积极性,提高教学效果,我们可考虑采用多元化教学方式,课堂讲授以启发式为主,综合使用“问题教学法”、“形象化教学法”、“类比法”,提高教学效果,将教师的主导性与学生的主体性有机结合。

4.传统讲授与现代教学手段相结合,增强教学直观性

多媒体技术具有形象、生动、鲜明的特点,将传统地教学方式与多媒体辅助教学相结合,一方面,保留传统方式中教师与学生面对面直接交流的优势;另一方面,适时引入多媒体教学手段,使原来抽象、枯燥、难以理解的概念、理论及公式推导变得直观、形象。此外,将Matlab软件应用于数值计算方法课程的教学与实验,对增强教学效果,提高教育质量,也将有很大的作用。

5.合理引入数学建模

数学建模,是培养大学生利用所学知识解决实际问题的一种有效方法。在教学中将两者有机的结合起来,既可以提高学生的知识实际应用能力,也可以为今后学生参加数学模型竞赛打好基础,丰富他们解决问题的手段。这对于加强学生的学习效果和提高本校数学建模成绩,也具有十分重要的作用。

6.适当更改考核方式,增设后续课程

课程考核是评估教学质量和学习水平的重要环节,为了增强学生科学计算意识和提高解决实际问题的能力,可增设上机实验考核,并将笔试、实验和平时成绩按比例记入该课程综合成绩。另外,在解决工程实际问题时仅依靠该课程是远远不够的,因而可开设一些选修课。

三、结束语

对数值计算方法课程教学改革的研究与探索,将促进我校教学质量和学习水平的提高。经实践检验,该课程的教学改革效果是明显的,对学生在后续课程的学习、毕业设计及毕业后的实际工作,都将有着积极的影响。

参考文献:

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