固体的离散型变分原理——有限元离散分析的变分原理

本文提出一类新的固体的离散型变分原理.它是从有限元离散分析的实际出发,考虑到元素的边界为可动边界,并且由于分片构造待解函数,使待解函数在元素的交界处具有各种间断性.由此,我们利用数学中的具有各种间断性的可动边界的变分方法,基于一阶变分为零的驻值条件上,建立了固体的离散型变分原理.离散型变分原理消除了元素交界处所导入的误差.它概括了古典与非古典变分原理.本文得到的待解函数应满足的交界方程,是有限元的收敛性(包括非保形元素在内)的必要条件,它开拓了待解函数应满足协调性的收敛性要求.     

有限元广义伽略金方程,边界变分方程,边界积分方程

在[1]的基础上,我们进一步应用可动边界的变分原理于固体体系的离散分析,得到有限元广义伽略金方程,边界变分方程,边界积分方程.这些方程描述了待解函数在元素内部与元素的边界上应满足的方程.当对固体体系进行离散分析时,可以应用这些方程去建立不同情况下的求解待解函数的离散方程.亦可作为相应情况下的简化计算的依据.由本文得到的边界积分方程可知,在[2]中提出的J积分形式,应用于内部元素边界的围道积分计算是不适宜的.     

固体内任意元素的边界积分变分定理——任意裂纹开展时能量释放率的计算

根据[1～2]中提出的离散型固体力学及其变分原理的基础上,本文形成四种类型的元素的边界积分变分定理.当进行断裂分析时,可用它们计算沿裂纹边界法线方向的能量释解率;在有孔洞时,当在孔洞边界存在或不存在外力作用的情况下,可用它们计算沿孔洞边界法线方向的能量改变量;当进行离散分析时,也可以用来建立离散方程.以便求解待解函数值.并且由本文分析可知,在[3]中提出的J积分形式是不确切的.     

非线性耦合热弹性动力学的非传统Hamilton型变分原理

根据古典阴阳互补和现代对偶互补的基本思想, 通过作者早已提出的一条简单而统一的新途径, 系统地建立了几何非线性耦合热弹性动力学的各类非传统Hamilton型变分原理. 这种新的非传统Hamilton型变分原理能反映这种动力学初值-边值问题的全部特征. 文中给出一个重要的积分关系式，可以认为，在力学上它是几何非线性耦合热动力学的广义虚功原理的表式. 从该式出发, 不仅能得到几何非线性耦合热动力学的虚功原理, 而且通过所给出的一系列广义Legendre变换, 还能系统地成对导出8类变量、6类变量、4类变量和2类变量非传统Hamilton型变分原理的互补泛函. 同时, 通过这条新途径还能清楚地阐明这些原理的内在联系.     

矩形薄板瞬态响应的卷积型DQ半解析法

卷积型的Gurtin变分原理是目前在数学上唯一能和动力学初值问题完全等价的变分原理,它完全反映了有关初值问题的全部特征,通过卷积将矩形薄板原始控制方程构造成包含初始条件的新的具有完整初值问题特征的控制方程.对新的控制方程在时间域取解析函数,在空间域采用离散的DQ(differential quadrature)法,从而构造了卷积型DQ半解析法.该方法既可以达到和Gurtin变分原理相同的效果,又避开了Gurtin泛函的繁复,经对矩形薄板的动力响应问题的计算表明,该方法是一种精度好效率高的求解动力响应问题的计算方法.     

《应用数学和力学》第4卷总目录

戈正铭 程j邑禾 变质量非完整系统的哈密顿原理………………………………·,…·2(277)王兴祥 车维义 喻永声 高层建筑结构空间静力、动力分析………………………2(209)王新志 变厚度圆薄板在均布载荷下大挠度问题……,……………··,………………·.1(103)方光熊 顾圣士 长波在弯曲管道中的传播——D长波在变截面孔洞中 传播时匹配方法的应用………………………………………………2(]93)牛库均 有限元广义伽略金方程,边界变分方程,边界积分方程……………………2(247)牛痒均 离散型固体力学及其间断型变分原理………·,………………………     

双曲型方程組的一个边界問題和它的应用

<正> 本文分两部分,第一部分討論某种三个未知函数,两个自变量的拟綫性双曲型方程組的一个非綫性边界問題.我們把它化成一个积分函数方程組,然后选取一个恰当的逐次迫近方案并进行了一系列的估計而証明了局部解的存在性.第二部分討論在气体力学中有广泛应用的活塞問題,它的本身应該为一个边界問題,但解具有強間断,而間断曲綫为不定的,沿着它成立一些非綫性的“激波条件”.我們把它化成第一部分中所討論的     

固体力学中的连续动态演化系统与Hamilton-Jacobi-Bellman方程

在许多固体力学所研究的前沿性领域中,如损伤力学、细观力学、粘塑性问题、蠕变问题等,其最突出的特点就是高度非线性、本构行为的时间相关性以及动态演化性.本文应用控制理论描述这一动态演化力学系统,并结合经典力学变分原理建立相应的用于固体力学的最优控制变分原理.首先,讨论它的连续形式,即相应的Hamilton-Jacobi-Bellman方程;然后,给出相应的数值解形式和算例.     

数学年刊第14卷B辑第2期(1993年)目次和提要

漏斗中稳态流的变分问题安连俊本文导出了一个涉及到材料在漏斗中形成最佳稳定拱状的变分问题,这个问题理想化了保证材料可靠地流出储藏斗的工业问题,为了得到存在性,引出并且研究了推广的函数空间,即这个空间的函数可以在区域的内部及边界间断,对于在二维情况下的 von Mises 型材料,估计了极限负荷,调查了它的渐近行为.     

固体力学的不等式问题

本文全面讨论了固体力学中的不等式问题,内容包括变分原理与变分不等式中平稳型的和发展型的,确定性的和随机性的一些问题的主要概念、方法和结果.     

Variational and Geometric Structures of Discrete Dirac Mechanics

In this paper, we develop the theoretical foundations of discrete Dirac mechanics, that is, discrete mechanics of degenerate Lagrangian/Hamiltonian systems with constraints. We first construct discrete analogues of Tulczyjew’s triple and induced Dirac structures by considering the geometry of symplectic maps and their associated generating functions. We demonstrate that this framework provides a means of deriving discrete Lagrange–Dirac and nonholonomic Hamiltonian systems. In particular, this yields nonholonomic Lagrangian and Hamiltonian integrators. We also introduce discrete Lagrange–d’Alembert–Pontryagin and Hamilton–d’Alembert variational principles, which provide an alternative derivation of the same set of integration algorithms. The paper provides a unified treatment of discrete Lagrangian and Hamiltonian mechanics in the more general setting of discrete Dirac mechanics, as well as a generalization of symplectic and Poisson integrators to the broader category of Dirac integrators.     

弹、粘性体动力学变分原理的Laplace变换形式、有限元构式及数值方法

作者在[1]文中提出了弹、粘动力学变分原理的谱分解形式,本文将其推广到Laplace变换形式,具体写出了薄壳动力学的混合变分原理以及弹-粘-孔隙介质力学的变分原理,并对后者作出了有限元构式. Laplace变换形式的变分原理具有简洁形式,为便于有限元法计算,当已知Laplace变换式的有限个值时,需求原时间函数的有限个值,对此当前尚无成熟方法,本文提供了求原函数的数值方法.从例题可见,这种数值方法是有效的. 结合以上两种理论:从变分原理进行有限元构式以及求Laplace反变换的数值方法,可以使相当广的一类固体动力学问题能够用电子计算机进行求解.     

构造容许位移的转换边界法

本文提出了在复杂边界条件下构造容许位移的转换边界法.所谓转换边界法,就是首先根据叠加原理将实际系统转换为基本系统及附加边界力和附加边界位移,然后应用变分原理于基本系统,最后应用级数转换的办法求得实际系统的容许位移.本文还给出了边界条件变化的混合能量原理.这边界条件变化的混合能量原理和边界条件变化的势能原理和余能原理都是转换边界法的主要理论基础.应用转换边界法我们构造了复杂边界条件平面应力问题和弯曲问题矩形板的容许位移.由于转换边界法构造容许位移是遵循着变分原理和确定的程序进行的,因而克服了Rayleigh-Ritz法猜测、拼凑容许位移的困难.     

On Vector Form of Differential Variational Principles of Mechanics

We introduce variation of a vector δx which can be interpreted either as a virtual displacement of a system, or as variation of the velocity of a system, or as variation of the acceleration of a system. This vector is used to obtain a unified form of differential variational principles of mechanics from the scalar representative equations of motion. Conversely, this notation implies the original equations of motion, which enables one to consider the obtained scalar products as principles of mechanics. Using the same logical scheme, one constructs a differential principle on the basis of the vector equation of constrained motion of a mechanical system. In this form of notation, it is proposed to conserve the zero scalar products of reactions of ideal constraints and the vector δx. This enables one to obtain also the equations involving generalized constrained forces from this form of notation.     

A parabolic variational inequality related to the perpetual American executive stock options

A parabolic variational inequality is investigated which comes from the study of the optimal exercise strategy for the perpetual American executive stock options in financial markets. It is a degenerate parabolic variational inequality and its obstacle condition depends on the derivative of the solution with respect to the time variable. The method of discrete time approximation is used and the existence and regularity of the solution are established.     

屈服条件由应力张量的二次齐次函数与一次齐次函数之和来表达的极限分析定理

本文建立了由应力张量σ_ij的二次齐次函数与一次齐次函数的和来表达其屈服条件的刚理想塑性体的极限分析变分原理,它可用于岩土力学的极限分析问题,并把屈服条件为应力张量σ_ij 的二次齐次函数或一次齐次函数来表达的情况作为其特例.     

A weighted interpolation inequality with variable exponent of the Nirenberg-Gagliardo kind

We establish an inequality of the Nirenberg-Gagliardo kind for functions belonging to some degenerate Sobolev space with variable exponents.