计算力学基本计算及可视化工具程序包的开发与集成

采用微型个人计算机做各种数值计算的科研工作者，广泛使用 Fortran 语言编写计算程序。所使用的平台主要有 Windows 下的 Power Station 和 Visual Fortran。在数据的后处理方面，通常情况下都是把计算结果存储为特定的数据文件，然后再利用后处理软件 (例如TecPlot, EnSight 等) 对数据进行分析整理。考虑到在 Windows 下的软件平台已经了绘图库，为了提高效率，我们直接使用 Fortran 的绘图命令，把绘图子程序嵌入到计算程序中，达到计算与数据处理同时进行的效果。在程序的调试阶段，这不仅可以加快处理速度，还有利于尽早发现程序中的失误。另外，直接用计算所使用的数据绘图，也使得原始信息的损失保持在最低限度，还可以在不存储过多数据的情况下，得到大量中间结果的图象。把这些图形自动存储下来，可以得到流畅的动画。为了方便使用，我们将实现特定功能的绘图子程序和数值计算子程序集成为一个子程序库。利用的基本绘图指令，可以用来在屏幕上绘二维和三维图形。包括绘等值线图，网格图，等值面，矢量图等众多常用的子程序。可在直角坐标系、柱坐标系（极坐标系）及球坐标系下绘图。还针对流体力学特定问题编制了一些常用的子程序，这些子程序可以满足基本需要。同时，我们也开发集成了代数和几何方面的基本程序(平面和空间点线体的位置关系，三角形、四面体、四边形、六面体以及一般的多边形和多面体的计算，结构和非网格生成等)，基本的数值工具(数据拟合，数值积分，FFT，矩阵计算等)，初步形成一个方便使用的程序模块库。程序库提供了超过一千页的详细说明书，并正准备出版。另外，在项目执行期间，有四篇标注了该项目资助的文章发表。 2100433B

本项目基于 Fortran 语言，按一般的并且统一的数据结构，设计开发最基本的计算模块程序和可视化模块程序。具体包括最基本的三角形，四边形，四面体，六面体，多边形和多面体等基本元素的相关计算和绘图程序，结构网格和非结构网格的生成和调整程序，等值线和等值云图的绘制程序，标准的数据输出程序，以及计算流体力学中常用的精确解和各种数值格式的通量计算程序等。同时，还集成一些常用的代数计算程序，利用动态数组技术，通过修改程序入口参数来简化程序的使用。所有这些程序的功能都是相对独立的，作为最基本的计算和绘图工具，形成一个程序包。在此程序包的基础上，可以快速组装出功能强大的集计算和可视化于一体的实现某一特定功能的科学计算程序。

暂态稳定计算的主要工具是计算机。大型电力系统暂态稳定分析计算机软件包，可用于计算具有几千条母线和几百台机组的大型电力系统，有多种数学模型和计算方法可供用户选择，有的程序还可由用户自己定义所需要的新模型，为暂态稳定计算提供了有力的手段 。

计算水力学是涉及经典力学、计算方法、数值分析、程序编制、数据处理和可视化等学科的一门综合性交叉学科，是水利、交通、环境、土木、地质、采矿、能源等工科专业硕、博士研究生培养方案中一门重要的专业基础课程。

汪徳爟编著的《计算水力学理论与应用（河海大学211工程三期资助研究生系列教材）（精）》将计算水力学的主要内容写成五篇，分别为有限差分法，有限单元法，有限体积法，边界的特殊处理及可视化方法与应用，其中第1章概述计算水力学的内涵、特点、基本方程和学习要求：第2、3章阐述有限差分法的理论及应用；第4—7章阐述有限单元法的理论及应用；第8、9章阐述有限体积法的理论及应用；第10—12章阐述特殊边界的处理；第13、14章阐述可视化方法与应用，每篇内容中理论部分从物理概念的分析人手，阐述基础的建模思路、建模步骤和解法；应用部分主要选择多年来的科研成果，也部分选用一些其他研究工作者的典型实例，注重介绍分析、处理问题的方法和途径，另外《计算水力学理论与应用（河海大学211工程三期资助研究生系列教材）（精）》还附自编的基础性、启发性的教学软件。

计算颗粒力学是以颗粒材料为研究对象，在经典力学的基础上进一步结合颗粒物理、计算力学、软件工程等诸多学科的一个新兴的交叉学科。考虑颗粒材料与流体介质、工程结构的耦合作用，对其共同组成的复杂颗粒系统进行高性能数值分析是一种可行的研究途径。为此，本书首先讨论当前计算颗粒力学的发展现状，然后系统地阐述颗粒形态构造、接触模型、宏细观分析、流固耦合、多尺度计算和相关计算软件开发等计算颗粒力学的基本方法，最后相对详细地介绍计算颗粒力学在极地海洋工程、有砟铁路道床动力特性和航空着陆器缓冲特性等方面的工程应用。