模态分析和有限元分析相结合识别材料结构刚度

本文论述了利用模态分析和有限元分析相结合来识别复合材料板的刚度系数的方法。该方法取决于（１）正确的有限元模型；（２）可靠的实验模态分析数据和正确的相关准则；（３）快速而又稳妥的估算方法，该方法对有限元模型动力修正也是有用的     

Estimation of Wave Propagation using a Kalman Filter

An estimation method for gravity water wave propagation combining the finite element method and the Kalman filtering technique is presented. The method is further simplified to reduce the computational effort. According to the results obtained with this method, it is possible to estimate the water surface profile by taking into account the measured data, and to filter out the noise included in the measured data and the finite element approximation.     

矩形空腔内Stokes流的状态空间有限元法

基于Hellinger-Reissner二类变分原理,从平面Stokes流问题的平衡方程、连续性要求和边界条件出发,得到相应的Hamilton函数,建立Hamilton正则方程后,采用分离变量法对场变量进行离散求解:在x方向采用有限元插值,在y方向采用状态空间法给出控制坐标方向的解析解。计算过程中的指数矩阵均采用精细积分法求解,使得本文算法具有高效率、高精度、对步长不敏感的优点。通过对侧边自由液面边界条件的单板驱动矩形空腔Stokes流问题的求解,得到与文献相同的结果,从而验证了本文方法的有效性。本文旨在将弹性力学状态空间有限元法的思想引入到低雷诺数流体力学中,为Hamilton体系下研究复杂边界Stokes流问题提供新的途径。     

基于卡尔曼滤波的信息融合算法优化研究

通过比较采用联邦卡尔曼滤波的状态向量融合和量测信息融合,得出量测信息融合优于状态向量融合,因为只有当卡尔曼滤波一致时状态向量融合才有效.采用基于最小均方差估计的观测值加权融合法融合了多传感器数据,保持了观测向量的维数.这种方法具有高效性.为了提高该算法的速度和精度,对系统的量测空间进行了等价变换,而等价系统的状态空间却没有改变.给出了等价变换前后的系统误差方差阵和状态估计均一致性的证明.把矩阵分析中的L-D分解算法运用到该算法中以避免计算矩阵的逆,从而改善了算法的稳定性和精度.举例验证了所设计算法的这些优点,给出了采用联邦卡尔曼滤波和所优化滤波算法的状态估计和误差的仿真结果,并依次进行了分析.经过这种优化,算法的精度和速度得到很大提高,已经应用到实际工程中.     

惯性定位系统的卡尔曼滤波器设计

本文讨论陆用惯性定位系统零速修正卡尔曼滤波器的设计问题。关于这个问题,自从20世纪80年代初期以来,已有不少文章发表。本文与文献中的各种方法相比较,不仅考虑了陀螺漂移的常值分量,而且考虑了斜坡分量,因此,更能适应于零速修正时间间隔较长的情况。文中,首先推导了陆用惯性系统的增广误差状态模型。其次,利用三个相邻时刻的零速误差构造了观测向量模型。第三,在前述基础上设计了离散的线性卡尔曼滤波器;特别地,对初始状态向量及其协方差矩阵的估计,提出了具体的实施方法。最后,给出了在北京郊区实地跑车试验结果的误差曲线。跑车实验所用系统由导航误差3.7km/h的航空惯性导航系统改装。实践表明：利用本文的卡尔曼滤波器进行零速修正,可提高惯性系统定位精度两个数量级以上。     

基于广义卡尔曼滤波的桥梁结构物理参数识别

基于广义卡尔曼滤波提出了随机荷载作用下桥梁结构物理参数的识别方法。首先,以荷载为观测对象,推导出基于有限元模型的桥梁结构系统的观测方程,以结构待识别的物理参数为状态向量,建立系统状态方程;然后,对该状态方程和观测方程构成的非线性参数系统应用广义卡尔曼滤波,从而识别出结构的物理参数。对一座简支梁桥和一座三跨连续梁桥在不同工况下的物理参数识别进行了数值仿真,结果表明本文方法能够准确地识别桥梁结构全部刚度参数、质量参数和阻尼参数,且具有很强的抗噪性能,从而验证了本文方法的有效性和鲁棒性,可应用于识别大型桥梁结构的物理参数。     

自适应卡尔曼滤波在惯导初始对准中的应用研究

本文研究了自适应卡尔曼滤波技术在惯导系统中的应用。在噪声统计特性未知或近似已 知的情况下,采用常规卡尔曼滤波会导致较大的状态估计误差,甚至使滤波发散;而自适应卡 尔曼滤波在估计状态的同时,利用观测数据带来的信息,可在线估计噪声的统计特性,从而不 断地改进滤波器的设计,由此得到的滤波估计比常规卡尔曼估计精度更高。本文采用Ｓａｇｅ 和 Ｈｕｓａ 自适应滤波算法,结合惯导初始对准,给出了计算机仿真。仿真结果进一步证实在噪声统 计特性不确切知道的情况下,自适应卡尔曼滤波的估计精度高于常规卡尔曼滤波的估计精度。     

谱元法和高阶时间分裂法求解方腔顶盖驱动流

详细推导了谱元方法的具体计算公式和时间分裂法的具体计算过程 ;对一般的时间分裂法进行了改进 ,即对非线性步分别用 3阶 Adams-Bashforth方法和 4阶显式 Runge-Kutta法 ,粘性步采用 3阶隐式 Adams-Moulton形式 ,提高了时间方向的离散精度 ,同时还改进了压力边界条件 ,采用 3阶的压力边界条件 ;利用改进的时间分裂方法分解不可压缩 Navier-Stokes方程 ,并结合谱元法计算了移动顶盖方腔驱动流 ,提高了方法可以计算的 Re数 ,缩短了达到收敛的时间 ,并将结果与基准解进行比较 ;分析了移动顶盖方腔驱动流中 Re数对流场分布的影响。     

带模型误差系统的自适应卡尔曼滤波在捷联惯导系统初始对准中的应用研究

对于有模型误差的惯导系统,采用常规卡尔曼滤波会导致较大的状态估计误差,甚至使滤波器发散。可采用自适应卡尔曼滤波算法,通过引入虚拟噪声,利用观测数据带来的信息,在线改进滤波器的设计,并将其运用到捷联惯导系统的初始对准中,由此得到的滤波估计比常规卡尔曼估计具有更高的精度和准确度。试验及计算机仿真结果验证了该方法的有效性。     

Spectral/hp penalty least‐squares finite element formulation for unsteady incompressible flows

In this paper, we present spectral/hp penalty least‐squares finite element formulation for the numerical solution of unsteady incompressible Navier–Stokes equations. Pressure is eliminated from Navier–Stokes equations using penalty method, and finite element model is developed in terms of velocity, vorticity and dilatation. High‐order element expansions are used to construct discrete form. Unlike other penalty finite element formulations, equal‐order Gauss integration is used for both viscous and penalty terms of the coefficient matrix. For time integration, space–time decoupled schemes are implemented. Second‐order accuracy of the time integration scheme is established using the method of manufactured solution. Numerical results are presented for impulsively started lid‐driven cavity flow at Reynolds number of 5000 and transient flow over a backward‐facing step. The effect of penalty parameter on the accuracy is investigated thoroughly in this paper and results are presented for a range of penalty parameter. Present formulation produces very accurate results for even very low penalty parameters (10–50). Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

共轭梯度法求解非线性多宗量稳态传热反问题

应用共轭梯度法求解非线性多宗量稳态热传导反问题。采用八节点的等参单元在空间上进行离散,建立了便于敏度分析的非线性正演和反演的有限元模型,可直接求导进行敏度分析。给出了相关的数值验证,对测量误差及测点数目的影响作了初步探讨,结果表明,采用的算法能够对非线性稳态热传导中导热系数和边界条件联合反问题进行有效的求解,并具有较高精度。     

弹性、热弹性物性值反问题的边界元分析

本文采用边界元法和卡尔曼滤波,对弹性、热弹性问题物性值进行反分析,由有限个观测点的位移值,同时反算出材料的拉压弹性模量Ε、泊桑比ν和线膨胀系数α。     

THE MIXED STATE HAMILTONIAN DYNAMIC ELEMENT AND A SEMI-ANALYTICAL SOLUTION FOR THE ANALYSIS OF THICK LAMINATED COMPOSITE PLATES

Through introducing the Laplace transformation in the time direction,the mixed state Hamilton canonical equation and a semi-analytical solution arepresented for analyzing the dynamic response of laminated composite plates.Thismethod accounts for the separation of variables,the finite element discretization can beemployed in the plane of laminar,and the exact solution in the thickness direction isderived by the state space control method.To apply the transfer matrix method,therelational expression at the top and bottom surface is established.So the generalsolution in transformation space is deduced by the spot method.By the application ofinversion of Laplace transformation,the transient displacements and stresses can bederived.     

Parallel implementation of data assimilation

Kalman filter is a sequential estimation scheme that combines predicted and observed data to reduce the uncertainty of the next prediction. Because of its sequential nature, the algorithm cannot be efficiently implemented on modern parallel compute hardware nor can it be practically implemented on large‐scale dynamical systems because of memory issues. In this paper, we attempt to address pitfalls of the earlier low‐memory approach described in and extend it for parallel implementation. First, we describe a low‐memory method that enables one to pack covariance matrix data employed by the Kalman filter into a low‐memory form by means of certain quasi‐Newton approximation. Second, we derive parallel formulation of the filtering task, which allows to compute several filter iterations independently. Furthermore, this leads to an improvement of estimation quality as the method takes into account the cross‐correlations between consequent system states. We experimentally demonstrate this improvement by comparing the suggested algorithm with the other data assimilation methods that can benefit from parallel implementation. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

利用磁强计及微机械加速度计和陀螺的姿态估计扩展卡尔曼滤波器

提出了一种用于惯性测量组合(IMU)姿态估计的扩展卡尔曼滤波器。此滤波器的状态转移阵利用基于四元数的等效旋转矢量来计算姿态。等效旋转矢量法可以避免欧拉角的奇异问题，并能有效抑制不可交换误差。测量四元数是利用高斯-牛顿迭代法解算以加速度计和磁强计输出数据为变量的方程组得出的。用从实际IMU采集的数据对滤波器进行测试，并比较了带有滤波器和没有滤波器的结果。     

计算力学中的样条有限元法的进展

主要评述基于变分原理、样条函数理论与状态空间理论的样条有限元法在近２０多年来的进展以及进一步发展的趋势．首先评述了国外的早期工作──截断式样条函数在力学中的应用情况．接着评述国内工作──样条有限元、样条有限点、样条单元法等优缺点,最后还介绍了目前国内外尚未报导过的,即多变量样条有限元法和样条状态变量法在动力响应中的应用．关键词变分原理,样条函数,状态空间理论,样条有限元法      

网架结构拟夹层板法的有限元验证

用拟夹层板法和有限元法对网架结构进行分析,对三类屋面网架（正放四角锥网架、两向正交正放网架和正放抽空四角锥网架）进行了均布荷载、局部荷载（半跨均布荷载）作用下的静力分析以及固有振动分析,对三类竖向承重网架墙体进行了稳定性分析。通过与有限元法分析结果的对比,表明了拟夹层板法作为一种简化的计算方法,其精度是比较高的,绝大多数的误差都小于5％,是可以直接用于工程结构设计的一种有效方法。此外,拟夹层板法还可作为一种在宏观上检验有限元建模正确与否的实用方法。     

一种分析区间参数结构可靠性的减基快速计算方法

将减基法与蒙特卡洛模拟结合,提出了一种快速计算区间不确定结构可靠性的方法。该方法分为离线和在线计算两个阶段,离线阶段利用减基法建立减基空间,进而形成减缩模型;而在线阶段则将减缩模型融入蒙特卡洛方法,进而快速求解区间失效概率及相应的区间参数失效域。该方法在减基空间而非有限元空间中分析区间结构的可靠性,减少了求解时间,提高了计算效率,通过算例验证了该方法的可行性和有效性。     

ELEMENT－BY－ELEMENT MATRIX DECOMPOSITION ANDSTEP－BY－STEP INTEGRATION METHOD FOR TRANSIENTDYNAMIC PROBLEMS

ＥＬＥＭＥＮＴ－ＢＹ－ＥＬＥＭＥＮＴＭＡＴＲＩＸＤＥＣＯＭＰＯＳＩＴＩＯＮＡＮＤＳＴＥＰ－ＢＹ－ＳＴＥＰＩＮＴＥＧＲＡＴＩＯＮＭＥＴＨＯＤＦＯＲＴＲＡＮＳＩＥＮＴＤＹＮＡＭＩＣＰＲＯＢＬＥＭＳＷａｎｇＨｕａｉｚｈｏｎｇ（王怀忠）（ＲｅｃｅｉｖｅｄＪｕ...     

Time-independent anisotropic plastic behavior by mechanical subelement models

The paper describes a procedure for modelling the anisotropic elastic-plastic behavior of metals in plane stress state by the mechanical sub-layer model. In this model the stress-strain curves along the longitudinal and transverse directions are represented by short smooth segments which are considered as piecewise linear for simplicity. The model is incorporated in a finite element analysis program which is based on the assumed stress hybrid element and the viscoplasticity theory.