自行车系统的计算机模拟

自行车系统是一个具有非完整约束的复杂系统,可以根据最小作用量原理通过欧拉-拉格朗日方程求解,利用差分代替微分及一系列修正截断误差的方法计算近似值.利用MATLAB,只要给定任意质点系的拉格朗日函数以及约束系数,即可求出系统的近似解,并通过这个方法为分析自行车的运动与稳定性提供一种新的思路.     

欧拉-拉格朗日系统的jet辛算法

研究了在欧拉-拉格朗日系统上的jet辛算法.证明了第二作者在1998年给出的一个离散的欧拉-拉格朗日(DEL)方程存在一个离散形式的几何结构,它沿着解是不变的,这个结构可以通过对离散的作用量函数求导得到.由此,可以给出此格式的jet辛性质.利用这个结构证明了与此DEL方程相关的离散Nother定理.最后,给出了一个欧拉-拉格朗日方程上的jet辛差分格式的数值算例,并与其它的差分格式进行了比较.     

用摆演示刚体的平动和平面平行运动

设计了2种摆来分别演示刚体的平动和平面平行运动,并比较了在2种不同运动形式下摆的周期.用拉格朗日方程得到了两摆周期的表达式,通过比较二者的拉格朗日函数,分析了两摆周期不同的原因.     

考虑谐波互作用的行波管欧拉非线性理论模型

基于拉格朗日体系的考虑谐波互作用的理论模型,将离散的粒子近似处理为流体,得到电子相位的连续分布函数.对电子相位连续分布函数进行傅里叶一阶展开,并结合贝塞尔母函数关系式,建立了考虑谐波互作用的欧拉非线性理论模型.应用考虑谐波互作用的欧拉非线性理论模型对一支L波段空间行波管和一支C波段空间行波管进行大信号分析,并与拉格朗日理论模型进行对比.结果表明:在增益1dB压缩点之前,考虑谐波互作用的欧拉非线性理论模型与拉格朗日理论模型十分符合,增益最大误差不超过4%.考虑谐波互作用的欧拉非线性理论模型能够有效的对增益1 dB压缩点之前的谐波进行分析.仿真结果验证了考虑谐波互作用的欧拉非线性理论模型的正确性和有效性.考虑谐波互作用的欧拉非线性理论不但提供了一个谐波快速计算模型,而且为后续研究行波管谐波的产生机理与抑制方法奠定了基础.     

热质的运动与传递-微尺度导热中的热质动能效应

基于热质(热量的当量动质量)的概念,通过建立和分析热质的运动方程得到了反映热质动能变化的稳态导热微分方程,表明Fourier导热定律只有在热质的动能变化相对热质势能变化很小而可以忽略时才成立;在高热流密度和低温的情况下热质的动能变化不可忽略,这种动能效应表现为热流密度和温度梯度不再成线性关系.动能效应也导致Fourier导热定律不能通过热流和温度梯度准确地获得物体的导热系数,本文基于热质运动方程给出了导热系数动能效应的修正式.最后针对高热流密度和低温一维稳态导热进行了分子动力学模拟验证.     

再谈拉格朗日函数非唯一性的物理意义：广义规范变换和正则变换的等价性证明

关于力学系统拉格朗日函数非唯一性问题所蕴含的物理意义,各种教学研究期刊都刊发了不少论文进行论述,但仍存在某些争议。本文从拉格朗日函数非唯一性等价于动力学系统广义规范选择的任意性这一基本性质出发,证明无论是拉格朗日方程还是哈密顿正则运动方程都具有这种规范变换的协变性。由此,澄清了近期一些文献和网络上关于文献中规范变换是否可以看作是一种正则变换的争议,供教学参考。     

相对论性粒子的拉格朗日方程的推导

一、引言 相对论性粒子的拉格朗日(Lagrange)方程通常是由哈密顿(Hamilton)原理推导出来的[1-3].在本文中,我们由牛顿第二定律出发,推导出拉格朗日方程与相应的相对论性粒子的拉格朗日方程.二、相对论性的拉格良日方程 相对论性粒子的运动方程是其中F是作用在粒子上的力. P=ma (2)这里F是粒子的动量,a是粒子的速度,并且粒子的相对论性的质量m为 　 我们假定,粒子不受约束.同时采用广义坐标q1,q2和q3来描述粒子的运动.在广义坐标中,粒子的位矢表示为 广义坐标中的速度矢量 用a与(1)式点乘,利用方程(5),得其中Qi是广义力.现在把方程(6)可写…     

三个耦合摆微幅振动的守恒量与对称性研究

用拉格朗日方程建立三个耦合摆在微幅振动下的运动微分方程,通过坐标变换实现对拉格朗日函数的解耦,从而直接求得系统的4个守恒量,并运用Noether逆定理和Lie对称性理论分析与守恒量相应的Noether对称性和Lie对称性.     

基于弱可压与不可压光滑粒子动力学方法的封闭方腔自然对流数值模拟及算法对比

为了对比研究弱可压光滑粒子动力学(WCSPH)方法和不可压光滑粒子动 力学(ISPH)方法在模拟封闭方腔自然对流问题时的特性, 采用粒子位移技术有效地解决了高瑞利数条件下, 拉格朗日型SPH方法模拟封闭方腔自然对流时流体域内的粒子聚集和空穴问题, 将拉格朗日型SPH 方法求解封闭方腔自然对流问题的最高瑞利数提高到了10⁶; 进而通过对比瑞利数分别为10⁴, 10⁵, 10⁶的条件下, 采用拉格朗日型WCSPH、 拉格朗日型ISPH、欧拉型ISPH三种SPH方法模拟得到的封闭方腔速度分布云图、 温度分布云图、壁面努赛尔特数分布曲线和平均努塞尔特数, 分析了三种SPH方法在模拟封闭方腔自然对流时的精度、稳定性和计算效率. 结果表明: 在低瑞利数条件下, 以上三种SPH方法都可以较好地模拟此问题, 在高瑞利数条件下, 欧拉型ISPH方法的模拟结果最为精确; 拉格朗日型WCSPH方法模拟所得结果比拉格朗日型ISPH方法模拟所得结果稍好些. 关键词： 光滑粒子动力学 不可压光滑粒子动力学 粒子位移技术 自然对流     

线型分子的电子能级之Λ分裂的新解释

认为电子态能级发生Λ分裂虽然是角动量引起的,但不是耦合而是运动牵连作用的结果.从这一认识出发,利用欧拉方程和拉格朗日方程分别得到了包含Λ分裂的分子转动哈密顿函数和哈密顿算符,所得结果与Van.Vleck的著名结论完全一致 关键词： Λ分裂 线型分子 欧拉方程 哈密顿算符     

风沙跃移中颗粒与多粒径床面碰撞的数值模拟

采用考虑颗粒碰撞的欧拉-拉格朗日数值模拟方法,对风沙跃移中颗粒冲击多粒径床面的碰撞过程进行了数值计算。在模型中,对气相采用欧拉方法建立控制方程,对离散颗粒采用拉格朗日方法模拟,颗粒间碰撞作用采用软球模型描述。计算结果表明该模型可以模拟风沙运动中颗粒冲击多粒径床面的动态运动过程。而且在多粒径非均匀床面上的颗粒起跳具有较大的随机性。这有助于进一步揭示风沙运动中颗粒碰撞起跳机理。     

多级复合抑振系统的设计与研究

研究了多级复合抑振系统的动力学特性,以多级抑振系统刚体空间一般运动的坐标变换,系统的动能、势能和阻尼耗散函数,系统的拉格朗日方程为理论基础, 得出适用于质量块之间或质量块与平台之间具有多个相对运动自由度的多级隔振系统的运动微分方程组.分析了主动控制力与抑振器参数之间的关系.结果表明：对于多级复合抑振系统,抑制中高低频振动时,抑振作动器置于抑振对象与刚体之间的抑振性能较好,所需的主动抑振控制力也不大,并且易于实现各种先进的抑振控制.     

可压缩均匀湍流中颗粒对湍流调制的数值研究

本文采用欧拉-拉格朗日点源方法对颗粒调制可压缩均匀各向同性衰减湍流进行了直接数值模拟,颗粒和流场之间通过双向耦合相互作用,初始湍流马赫数达到1.2,研究了不同密度(St_0)颗粒对湍流调制的影响,轻颗粒(St_0=0.1)略微增强流体的湍动能和旋转运动;临界颗粒(St_0=1.0)也增强流体的旋转运动;而重颗粒(St_0=5.0)则会削弱流体的湍动能和旋转运动。对于流场的可压缩性,颗粒由于其惯性都会削弱可压缩性,并且颗粒越重,削弱越强。     

量子力学的整体性概念和概率诠释的物理内涵

本文回答了文献1～2对量子力学提出的疑问.基于量子力学的整体性概念指出,Landau和Lifshitz给出的一维无限深方势阱中粒子的动能概率分布函数是正确的,Pauli等人给出的概率分布函数是不正确的.从量子测量理论的角度讨论了一维谐振子的动量概率分布问题,并且指出势能大于本征能量的概率不为零并不表示存在负动能的概率分布区域。     

一种模拟波动过程的方法

计算机模拟复杂波动现象需要使用波动方程。仅少数专业学生必修波动方程的知识,大部分学生无法自行编写模拟程序,进行模拟实验。介绍一种使用牛顿力学定律和差分法的模拟方法(简称实物模拟法)。在模拟程序中,一维横波的传播介质被定义为存在张力的弦,张力与弦长度成正比。通过理论证明,弦的运动满足波动方程。那么模拟波动过程只需要模拟弦的运动即可,从而简化了模拟要求。因只需牛顿力学知识,实物模拟法具有简单直观的特点,有助于学生理论联系实际,充分理解波动现象。     

基于Morse势能函数谐振子模型的声传播研究

对于复杂的体系,组成体系的各粒子间的相互作用决定其能量状态。对于不同势场,描述粒子运动规律的Schrodinger方程是不同的微分方程。本文在原来的Hamilton谐振子数学模型基础上,通过引入Morse势能函数代替原来的简谐振子势模型,研究了一维气体分子链中声传播的问题。从能量的概念出发,将声传播问题转换成求解谐振子的波函数以及能量本征值的问题,建立配分函数与热力学量之间的关系,以Morse势能函数的振子模型构造的声传播模型求取声压及声能量。通过比较,经典方法与量子谐振子模型计算的一维声压吻合。     

Be原子在Be基底上的沉积过程研究

利用分子动力学方法模拟了Be原子在Be基底上的沉积过程. 模拟了沉积粒子不同入射动能条件下, 沉积薄膜表面形态的差异. 在一定能量范围内, 增加粒子入射动能可以减小薄膜的表面粗糙度. 但是, 过高的入射动能, 不利于减小薄膜表面粗糙度. 通过沉积薄膜中原子配位数以及单个原子势能沿薄膜厚度的分布, 分析沉积原子入射动能对于薄膜及表面结构的影响. 沉积动能较大时, 薄膜的密度较大; 单个原子势能沿薄膜厚度分布较为连续; 同时薄膜中原子应力沿薄膜厚度分布较为连续. 最后, 分析了沉积粒子能量转化的过程、粒子初始动能对基底表面附近粒子局部动能增加的影响.     

拉格朗日函数中的T与V

拉氏函数Ｌ＝Ｔ－Ｖ中的Ｔ与Ｖ必须是运动系统在惯性系中的动能与势能．当取非惯性系坐标作为广义坐标时，拉氏方程将直接给出运动系统在非惯性系中的相对运动微分方程．本文就单质点运动给出了直接证明．     

一维守恒的Lagrangian ADER格式

基于欧拉框架下ADER格式,构造一维守恒只有一个时间步的、高精度中心型拉格朗日ADER(LADER)格式.构造r阶LADER格式包括:从欧拉方程出发推导拉格朗日框架下积分形式的方程、采用WENO方法高精度重构节点处守恒量和从1阶到r-1阶的空间导数、求拉氏框架下这些变量的Godunov值,并计算1阶到r-1阶的时间全导数,最后高精度离散积分形式的流通量函数.对光滑流场的模拟表明,LADER格式达到设计的精度;对含强间断的流场模拟表明,数值解在间断附近基本无振荡.     

考虑转动能的一维/二维Boltzmann-Rykov模型方程数值算法

研究考虑转动能的Boltzmann-Rykov模型方程,基于转动自由度对气体分子速度分布函数矩积分,引入约化速度分布函数,应用离散速度坐标法与数值积分技术,将气体运动论模型方程化为在离散速度坐标点处关于三个约化速度分布函数的联立方程组.应用拓展计算流体力学有限差分方法,数值计算考虑转动自由度的双原子气体一维、二维Boltzmann模型方程,得到高、低Knudsen数一维激波管内流动和二维竖直平板绕流问题的流场,分析验证考虑转动能的Boltzmann-Rykov模型方程全流域统一算法求解一维/二维气体流动问题的可靠性.结果表明,气体稀薄程度与分子内自由度对流场具有较大影响,且Knudsen数较高的稀薄气体流动呈现严重的非平衡流动特点.