科学计算是数学及计算机实现其在高科技领域应用的必不可少的纽带和工具,计算与理论及实验一起已成为当今世界科学活动的主要方式。本项目的研究思路是面向计算数学与科学工程计算的学科前沿,大力加强基础计算方法的研究,尤其是适应大规模科学与工程计算的需要,创造和发展有广泛应用前景的新的计算方法, 解决一些重大应用领域提出的关键模型与算法问题。本项目的研究内容是在"新型计算方法与理论研究"方面,重点研究非线性优化与结构化代数方程组的高效算法与理论、计算几何中的偏微分方程方法和动力系统保结构算法;在"材料科学中的多尺度计算"方面,重点研究第一原理计算实空间方法、多物理场关联模型与算法和拟连续介质力学方法; 在"面向复杂系统的电磁和流体自适应计算"方面,重点研究三维电磁涡流问题和散射问题以及化学反应流的高效自适应算法和实现技术。
Optimization algorithms;Structure preserving algorithm;multiscale modeling;adaptive method;parallel computing
科学计算是数学及计算机实现其在高科技领域应用的必不可少的纽带和工具,计算与理论及实验一起已成为当今世界科学活动的主要方式。本项目面向计算数学与科学工程计算的学科前沿,大力加强基础计算方法的研究,尤其是适应大规模科学与工程计算的需要,创造和发展有广泛应用前景的新的计算方法, 解决一些重大应用领域提出的关键模型与算法问题。本项目的研究围绕新型计算方法与理论研究、材料科学中的多尺度计算和面向复杂系统的电磁和流体自适应计算开展。?主要成果包括对信号处理中经典的PCM量化方法,发现在非白噪声假定下,该方法的误差并不随着冗余度增加而减少。对多物理场耦合作用下的多尺度计算方法以及相应的数学理论提出了处理三维问题的稳定的并具有最优误差估计的跨尺度杂交耦合方法;提出了基于力场的跨尺度杂交耦合方法,基于椭圆差分方程组的正则性与基于拟差分算子的稳定性估计,对于三维无缺陷体系证明了该方法是稳定的且具有最优收敛速度;提出了大波数离散波动问题的波源转移算法,基于完美匹配层方法的误差分析理论,建立了算法在常波数情况下的最优收敛性;提出了大型变压器铁损模拟新的涡流数学模型和有效数值方法,研制了大型变压器油箱和铁芯的并行计算程序,获得了和实验数据一致的数值结果;发展了基于通量差分裂的低耗散五阶迎风紧致格式求解三维Navier-Stokes方程,发现圆球古艾特流的定常Taylor涡分叉解的新的物理现象。