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A Fast Algorithm for Solving the Poisson Equations Based on the Discrete Cosine/Sine Transforms in the Finite Difference Method
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作者 LI Congcong WANG Danxia +1 位作者 JIA Hongen ZHANG Chenhui 《应用数学》 北大核心 2025年第3期651-669,共19页
To enhance the computational efficiency of spatio-temporally discretized phase-field models,we present a high-speed solver specifically designed for the Poisson equations,a component frequently used in the numerical c... To enhance the computational efficiency of spatio-temporally discretized phase-field models,we present a high-speed solver specifically designed for the Poisson equations,a component frequently used in the numerical computation of such models.This efficient solver employs algorithms based on discrete cosine transformations(DCT)or discrete sine transformations(DST)and is not restricted by any spatio-temporal schemes.Our proposed methodology is appropriate for a variety of phase-field models and is especially efficient when combined with flow field systems.Meanwhile,this study has conducted an extensive numerical comparison and found that employing DCT and DST techniques not only yields results comparable to those obtained via the Multigrid(MG)method,a conventional approach used in the resolution of the Poisson equations,but also enhances computational efficiency by over 90%. 展开更多
关键词 Phase-field model Finite difference method Fast poisson solver(DC-T/DST) Explicit invariant energy quadratization Unconditional energy stability
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一种三维Poisson-Nernst-Planck方程的虚单元计算 被引量:2
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作者 丁聪 刘杨 +1 位作者 阳莺 沈瑞刚 《吉林大学学报(理学版)》 CAS 北大核心 2024年第2期293-301,共9页
利用虚单元方法在多面体网格上求解一种三维稳态Poisson-Nernst-Planck(PNP)方程,并给出PNP方程的虚单元离散形式,推导电势方程及离子浓度方程的刚度矩阵与荷载向量的矩阵表达式.数值实验结果表明,在3种不同的多面体网格下实现了PNP方... 利用虚单元方法在多面体网格上求解一种三维稳态Poisson-Nernst-Planck(PNP)方程,并给出PNP方程的虚单元离散形式,推导电势方程及离子浓度方程的刚度矩阵与荷载向量的矩阵表达式.数值实验结果表明,在3种不同的多面体网格下实现了PNP方程的虚单元计算,数值解在L^(2)和H^(1)范数下均达到最优阶. 展开更多
关键词 poisson-Nernst-Planck方程 虚单元方法 多面体网格 三维
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一类含时Poisson-Nernst-Planck方程的时间自适应计算 被引量:1
3
作者 韦鹏 沈瑞刚 《吉林大学学报(理学版)》 CAS 北大核心 2024年第6期1352-1358,共7页
基于相邻时间步的时间自适应有限元方法求解一类含时Poisson-Nernst-Planc k(PNP)方程,以加速求解含有多种离子的二维PNP方程的长时间数值模拟效率.数值实验结果表明,该方法在两种数值格式下都可以有效加速计算,对于长时间PNP方程的数... 基于相邻时间步的时间自适应有限元方法求解一类含时Poisson-Nernst-Planc k(PNP)方程,以加速求解含有多种离子的二维PNP方程的长时间数值模拟效率.数值实验结果表明,该方法在两种数值格式下都可以有效加速计算,对于长时间PNP方程的数值计算有效. 展开更多
关键词 poisson-Nernst-Planck方程 有限元方法 时间自适应 数值计算
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线性Poisson-Boltzmann方程的虚单元L^(2)误差估计
4
作者 陈键铧 李倩 阳莺 《应用数学》 北大核心 2024年第3期699-705,共7页
针对一类线性Poisson-Boltzmann方程的虚单元L^(2)误差估计进行分析.首先引入正则化的线性Poisson-Boltzmann方程,将原问题转化为非奇性Poisson-Boltzmann方程.然后给出L^(2)范数的误差估计.最后在四边形和五边形混合多边形网格上进行... 针对一类线性Poisson-Boltzmann方程的虚单元L^(2)误差估计进行分析.首先引入正则化的线性Poisson-Boltzmann方程,将原问题转化为非奇性Poisson-Boltzmann方程.然后给出L^(2)范数的误差估计.最后在四边形和五边形混合多边形网格上进行数值实验,数值结果验证了理论分析的正确性. 展开更多
关键词 poisson-BOLTZMANN方程 虚单元法 L 2误差估计 混合多边形网格
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一类具有扰动非线性项和奇异项的Schrödinger-Poisson系统的多重正解
5
作者 朱泓洁 张家锋 《应用数学》 北大核心 2024年第4期935-944,共10页
本文考虑一类具有扰动非线性项和奇异项的Schrödinger-Poisson系统的多重正解的存在性.通过扰动方法解决奇异项在零点不可微的问题,利用Ekeland变分原理和山路引理,得到两个正解的存在性.
关键词 Schrödinger-poisson系统 扰动法 EKELAND变分原理 山路引理
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内凹角型负泊松比蜂窝结构力学性能研究
6
作者 郑战光 陈俊翔 +2 位作者 孙腾 谢昌吉 黄增 《机械强度》 北大核心 2025年第7期135-143,共9页
负泊松比结构由于具有优异的力学性能而广泛应用于各工程领域。将星形蜂窝结构与内凹结构相结合,提出了一种新型内凹角型负泊松比蜂窝结构。首先,基于对称性将胞元结构简化分析,利用能量法对该结构的泊松比和等效弹性模量解析式进行推... 负泊松比结构由于具有优异的力学性能而广泛应用于各工程领域。将星形蜂窝结构与内凹结构相结合,提出了一种新型内凹角型负泊松比蜂窝结构。首先,基于对称性将胞元结构简化分析,利用能量法对该结构的泊松比和等效弹性模量解析式进行推导。其次,采用Abaqus有限元软件对该结构竖直方向压缩力学性能进行研究,将数值模拟结果与理论计算结果比较分析,验证了解析表达式的准确性。最后,讨论了胞元结构的不同几何参数对结构等效泊松比和等效弹性模量变化的影响,并将该结构的等效力学性能与常规星形蜂窝结构进行了对比分析。结果表明,该结构具有良好的负泊松比特性,并且通过改变几何参数的大小,可以对结构的等效力学性能进行调整。研究结果可为新型负泊松比超材料的设计提供一定的参考。 展开更多
关键词 内凹角型蜂窝结构 能量法 胞元结构 力学性能 负泊松比
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基于自愈特性的电容剩余寿命预测
7
作者 成庶 邹阳 《铁道科学与工程学报》 北大核心 2025年第2期900-908,共9页
薄膜电容的寿命状态与动车组的安全运行息息相关,而电容的自愈现象是影响电容寿命的关键。目前,对于电容的寿命研究多为使用算法手段预测退化数据,少有对具体失效形式及其影响进行分析和研究。为揭示薄膜电容自愈现象与寿命的关系,提出... 薄膜电容的寿命状态与动车组的安全运行息息相关,而电容的自愈现象是影响电容寿命的关键。目前,对于电容的寿命研究多为使用算法手段预测退化数据,少有对具体失效形式及其影响进行分析和研究。为揭示薄膜电容自愈现象与寿命的关系,提出一套基于自愈性能评估的电容退化分析方法,该方法能够很好地描述电容发生自愈时的累积损伤。首先通过分析自愈导致电容损伤的机理,确定了自愈参数中对电容影响显著的2个参数:自愈能量与自愈频次。在此基础上开展电容的加速老化实验,并结合电荷补偿的方式对电容自愈能量和次数进行检测,对自愈能量特征进行统计分析,并结合改进的粒子群算法和霍尔特指数平滑法对电容的计数过程进行建模。然后基于预测的计数过程和电容自愈特征分布情况,使用非齐次复合poisson过程计算电容的退化特征,得到老化过程中的累积能量预测及90%置信区间。同时根据电容容值损伤和电容累积自愈能量的关系,制定自愈的老化预测方案的失效阈值,得到自愈损伤的寿命分布。最终,根据容值得到的电容退化寿命与基于自愈特征的电容寿命进行比较。研究结果表明,在直流电压作用下,通过自愈能量特征所得的电容寿命与通过容值所得电容寿命相对误差约为2.55%,验证了根据自愈性能的退化分析和寿命预测方法的有效性和可靠性。 展开更多
关键词 非齐次复合poisson过程 金属化薄膜电容器 寿命预测 自愈 霍尔特指数平滑法
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复杂抽样Poisson回归分析方法及应用 被引量:8
8
作者 胡跃华 匡翔宇 +4 位作者 金承刚 Hasanat Alamgir 马林茂 冯国双 于石成 《中国卫生统计》 CSCD 北大核心 2012年第5期650-653,共4页
目的本文通过检验45岁及以上的人群体重指数(BMI)与跌倒性伤害发生的联系,详尽地阐述了复杂抽样Poisson回归分析方法及应用的必要性。方法本报告应用2010年美国德克萨斯州BRFSS数据,分析了跌倒性伤害与体重指数的联系强度。结果普通Pois... 目的本文通过检验45岁及以上的人群体重指数(BMI)与跌倒性伤害发生的联系,详尽地阐述了复杂抽样Poisson回归分析方法及应用的必要性。方法本报告应用2010年美国德克萨斯州BRFSS数据,分析了跌倒性伤害与体重指数的联系强度。结果普通Poisson回归分析高估了肥胖、患有心血管疾病、小于25000美元的年收入与跌倒性伤害的联系;低估了中等和差的健康状况、未被雇用、未婚和受教育程度低与跌倒性伤害的联系,但假设检验结果没有变;与复杂抽样负二项回归(NB)分析结果相比,年龄与跌倒性伤害的联系强度没有改变,其统计学检验也保持未变。数据拟合复杂抽样NB回归,离散参数α=8.15,标准误1.68,α的95%CI=5.44-12.22,表明跌倒性伤害数据的方差是其均数的8.15倍,因此复杂抽样NB回归模型更适合BRFSS数据。结论普通Poisson回归分析低估了参数估计的方差和标准误,造成了肥胖、患有心血管疾病、小于25000美元的年收入与跌倒性伤害的假关联关系;复杂抽样NB回归调整了模型的参数估计,适合多阶段抽样设计的数据分析。 展开更多
关键词 复杂抽样 多阶段抽样 统计方法 poisson回归 负二项回归
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常见结局事件的前瞻性研究中修正Poisson回归模型的应用 被引量:12
9
作者 童峰 陈坤 《中国卫生统计》 CSCD 北大核心 2006年第5期410-412,共3页
目的介绍应用修正poisson回归模型计算常见结局事件的前瞻性研究中暴露因素的调整相对危险度的精确区间估计值。方法应用稳健误差方差估计法(sandwich variance esti mator)来校正相对危险度(RR)的估计方差,并通过SAS程序中GENMOD过程的... 目的介绍应用修正poisson回归模型计算常见结局事件的前瞻性研究中暴露因素的调整相对危险度的精确区间估计值。方法应用稳健误差方差估计法(sandwich variance esti mator)来校正相对危险度(RR)的估计方差,并通过SAS程序中GENMOD过程的REPEATED语句实现修正poisson回归。此外,采用不同的统计方法对5个虚拟的研究数据进行了分析比较。结果以分层的Mantel-Haenszel法为标准参照,修正poisson回归对aRR点和区间估计均较为理想,普通poisson回归的aRR区间估计偏于保守。而logistic回归得到的aOR值明显偏离真实的RR值。结论修正poisson回归模型适合于处理常见结局事件的前瞻性研究资料。 展开更多
关键词 poisson回归 前瞻性研究 相对危险度 流行病学方法
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带有超线性项或次线性项的Schrodinger-Poisson系统解的存在性和多重性 被引量:6
10
作者 叶一蔚 唐春雷 《数学物理学报(A辑)》 CSCD 北大核心 2015年第4期668-682,共15页
该文研究如下Schrdinger-Poisson系统解的存在性和多重性-△u+V(x)u+K(x)φu=f(x,u),x∈R^3,-△φ=K(x)u^2,x∈R^3,其中V∈C(R^3,R)并且K∈L^2∪L~∞满足K>0.在没有Ambrosetti-Rabinowitz型超二次条件以及映射t→(f(x,t))/t^3的单... 该文研究如下Schrdinger-Poisson系统解的存在性和多重性-△u+V(x)u+K(x)φu=f(x,u),x∈R^3,-△φ=K(x)u^2,x∈R^3,其中V∈C(R^3,R)并且K∈L^2∪L~∞满足K>0.在没有Ambrosetti-Rabinowitz型超二次条件以及映射t→(f(x,t))/t^3的单调性假设下,利用对称山路引理证明了无穷多个高能量解的存在性.此外,考虑了非线性项f次线性增长的情形并获得了解的存在性和多重性. 展开更多
关键词 Schrodinger-poisson系统 超线性 次线性 无穷多解 变分方法
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轴对称Poisson方程的Trefftz有限元解法 被引量:5
11
作者 刘博 王克用 王明红 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2015年第2期140-148,共9页
将径向基函数应用到一类轴对称Poisson方程的数值求解中,提出了一种Trefftz有限元计算格式.非0右端项将问题的特解引入Trefftz单元域内场,致使单元刚度方程涉及区域积分.利用径向基函数对特解近似处理,可消除区域积分,从而保持Trefftz... 将径向基函数应用到一类轴对称Poisson方程的数值求解中,提出了一种Trefftz有限元计算格式.非0右端项将问题的特解引入Trefftz单元域内场,致使单元刚度方程涉及区域积分.利用径向基函数对特解近似处理,可消除区域积分,从而保持Trefftz有限元法只含边界积分的优势.为获得特解,选取求解域内所有单元的节点和形心作为基本插值点,而在求解域之外构造一个虚拟边界,在其上布置一定数目的虚拟点作为额外插值点.数值算例验证了该方法的有效性和可行性. 展开更多
关键词 轴对称poisson方程 Trefftz有限元法 径向基函数 完全椭圆积分
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Poisson方程差分格式的SOR方法中最优松弛因子的回归分析方法 被引量:6
12
作者 王同科 谷同祥 《工程数学学报》 CSCD 北大核心 2005年第3期474-480,共7页
针对二维Poisson方程各种边值问题的典型差分格式,使用回归分析方法给出了求解这些格式的SOR方法中最优松弛因子的计算公式。统计分析与实际计算表明这些公式具有非常好的计算效果。
关键词 二维poisson方程 边值问题 有限差分格式 SOR方法 最优松弛因子 回归分析方法
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Poisson系统的辛结构 被引量:1
13
作者 孙建强 马中骐 +1 位作者 田益民 秦孟兆 《应用数学和力学》 EI CSCD 北大核心 2005年第11期1345-1350,共6页
当Poisson系统中的Poisson矩阵是非常数时,经典的辛方法如辛Runge_Kutta方法,生成函数法一般不能保持Poisson系统的Poisson结构,利用非线性变换可把非常数Poisson结构转化成辛结构,然后任意阶的辛方法可以长时间计算Poisson系统的辛结构... 当Poisson系统中的Poisson矩阵是非常数时,经典的辛方法如辛Runge_Kutta方法,生成函数法一般不能保持Poisson系统的Poisson结构,利用非线性变换可把非常数Poisson结构转化成辛结构,然后任意阶的辛方法可以长时间计算Poisson系统的辛结构.自由刚体问题中Euler方程被转换成辛结构并用辛中点格式进行数值求解,数值结果给出了这种非线性变换的有效性. 展开更多
关键词 poisson系统 非线性变换 辛方法 自由刚体问题
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二维Poisson方程的谱方法求解 被引量:3
14
作者 王建瑜 宋菲 《科学技术与工程》 2009年第12期3425-3428,共4页
应用Chebyshev Tau方法和Chebyshev Galerkin方法数值求解了二维Poisson方程边值问题,得到了该问题的高精度逼近解。同时分析了数值逼近误差,说明了谱方法的高精度性和快速收敛性,并验证了谱方法的逼近效果与未知函数的正则性有关。
关键词 poisson方程 谱方法 Garlerkin方法 Tau方法
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二维Poisson方程未知源识别反问题 被引量:1
15
作者 杨帆 万诗敏 李敦刚 《兰州理工大学学报》 CAS 北大核心 2009年第6期151-154,共4页
探讨二维Poisson方程只含有一个空间变量的未知源识别反问题.这类问题是不适定的,即问题的解不连续依赖于测量数据.利用简化的Tikhonov正则化方法,得到问题的一个正则近似解,并且给出正则解和精确解之间具有Ho¨lder型误差估计.
关键词 poisson方程 未知源 正则化 简化的Tikhonov方法 不适定问题
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不同损失函数下Poisson分布参数的E-Bayes估计及其E-MSE 被引量:10
16
作者 韩明 《数学物理学报(A辑)》 CSCD 北大核心 2019年第3期664-673,共10页
为了度量E-Bayes估计的误差,该文基于E-Bayes估计的定义,引入了E-Bayes估计的E-MSE(expected mean square error)的定义.对Poisson分布的参数,在不同损失函数(包括:平方损失,K-损失,加权平方损失)下分别给出了E-Bayes估计及其E-MSE的表... 为了度量E-Bayes估计的误差,该文基于E-Bayes估计的定义,引入了E-Bayes估计的E-MSE(expected mean square error)的定义.对Poisson分布的参数,在不同损失函数(包括:平方损失,K-损失,加权平方损失)下分别给出了E-Bayes估计及其E-MSE的表达式.用MonteCarlo方法进行模拟比较提出的估计方法的性能,分析了一个真实数据集并进行了比较,所得结果比较基于E-MSE,结果表明该文提出的方法可行且便于应用. 展开更多
关键词 poisson分布 E-BAYES估计 E-MSE 损失函数 Monte CARLO方法
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耦合边界背景网格的无网格法泊松方程求解算法
17
作者 窦立远 孙哲 +1 位作者 谭思远 宗智 《计算力学学报》 北大核心 2025年第2期176-181,220,共7页
对于无网格方法而言,常见的边界条件处理方法是在边界外布置虚粒子或镜像粒子。这使得复杂几何边界下粒子排布十分困难,且准确度不高,此外导致基于局部支撑域的插值方法存在支撑域内离散点缺失的问题。而压力Poisson方程的求解需要Neum... 对于无网格方法而言,常见的边界条件处理方法是在边界外布置虚粒子或镜像粒子。这使得复杂几何边界下粒子排布十分困难,且准确度不高,此外导致基于局部支撑域的插值方法存在支撑域内离散点缺失的问题。而压力Poisson方程的求解需要Neumann或者Dirichlet边界条件,因此如何准确地施加边界条件至关重要。本文提出了一种针对无网格方法中边界条件处理的新方法,通过将原有Poisson方程转化为弱形式的积分方程,可以将边界条件十分方便地直接施加到方程中,避免了边界外增加虚粒子等问题。为了准确计算Poisson方程,在边界附近建立了局部规则背景网格,以规则背景插值点为新的未知变量参与运算,解决了离散点缺失的问题,并保留绝大部分流域的无网格属性。最后通过计算泰勒-格林涡旋问题,验证了所提方法的准确性和可行性。 展开更多
关键词 无网格方法 泊松方程 边界条件 虚拟粒子法 背景网格
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一类带Poisson跳的随机森林发展系统数值解的稳定性 被引量:1
18
作者 吕淑婷 张启敏 《兰州理工大学学报》 CAS 北大核心 2012年第3期143-146,共4页
根据显式Euler数值方法,构造一类带Poisson跳的随机森林发展系统的数值解,并运用Burkholder-Davis-Gundy不等式、Gronwall引理和Kolmogorov不等式对随机时变森林发展系统解的均方稳定性和指数稳定性进行讨论,得到数值解均方稳定和指数... 根据显式Euler数值方法,构造一类带Poisson跳的随机森林发展系统的数值解,并运用Burkholder-Davis-Gundy不等式、Gronwall引理和Kolmogorov不等式对随机时变森林发展系统解的均方稳定性和指数稳定性进行讨论,得到数值解均方稳定和指数稳定的充分条件. 展开更多
关键词 随机森林系统 Possion跳 EULER方法 指数稳定性
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Poisson积分方程的对称化及Galerkin算法 被引量:3
19
作者 刘经洪 《湖南师范大学自然科学学报》 CAS 2000年第4期12-17,共6页
Poisson积分算子是求解Laplace方程边值问题时导出的一种算子 ,它可以明确地将这些方程的解表达出来 .着重研究从圆周Ω到一般围道Γ的Poisson积分方程的数值解法 ,采用这种方法可以有效地求解椭圆边值问题的数值解 .
关键词 poisson积分方程 GALERKIN算法 正定 对称化
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基于GNN和ISPH耦合方法的波浪与结构物相互作用数值模拟研究
20
作者 张宁波 倪宝玉 +2 位作者 薛彦卓 武奇刚 袁广宇 《力学学报》 北大核心 2025年第4期816-828,共13页
波浪与结构物相互作用的研究因其在海洋结构物设计、操作及安全性方面的关键性作用而受到广泛关注.作为一种无网格数值方法,不可压缩光滑粒子流体动力学(incompressible smoothed particle hydrodynamics,ISPH)方法正逐渐成为研究波浪... 波浪与结构物相互作用的研究因其在海洋结构物设计、操作及安全性方面的关键性作用而受到广泛关注.作为一种无网格数值方法,不可压缩光滑粒子流体动力学(incompressible smoothed particle hydrodynamics,ISPH)方法正逐渐成为研究波浪与结构相互作用问题的潜力工具.在传统的ISPH方法中,压力是通过求解压力泊松方程(pressure Poisson equation,PPE)获得的,这是整个计算过程最为耗时的部分.采用一种图神经网络(graph neural network,GNN)与ISPH相结合的耦合方法(ISPH_GNN)对波浪与结构物相互作用展开数值模拟研究.在ISPH_GNN中,GNN模型用于预测流体压力,取代了传统ISPH方法中的PPE求解过程.文章的一项贡献是揭示了基于相对简单算例生成的数据训练的GNN模型可以有效地应用于相对更复杂的波浪与结构物相互作用问题.具体而言,本文采用基于溃坝和液舱晃荡算例数据训练而成的GNN模型,并将其与ISPH方法相结合,构建了ISPH_GNN方法,以模拟不同的波浪与结构相互作用问题,包括孤立波冲击阶梯结构、规则波冲击水下梯形结构物和规则波与浮式箱体的相互作用.仿真结果显示,ISPH_GNN在这些不同场景下均能提供令人满意的模拟结果,展现了其在波浪与结构相互作用问题上的良好泛化能力.文章的另一项重要贡献在于,与传统ISPH方法相比,ISPH_GNN在取得相似甚至略高计算精度的同时,显著提升了压力预测的计算效率,尤其是在处理大规模粒子数的波浪-结构物相互作用仿真时.例如,在包含130万粒子的模拟工况下,ISPH_GNN的压力预测速度提升了多达93倍.研究结果突显了ISPH_GNN方法在波浪-结构物相互作用仿真中的巨大潜力,可为海洋工程提供一种更具可扩展性和计算高效性的仿真工具. 展开更多
关键词 波浪与结构物相互作用 不可压缩光滑粒子流体动力学 图神经网络 耦合方法 压力泊松方程 压力 预测
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