传统隐式Runge-Kutta方法的转换方法

多级隐式Runge-Kutta(RK)方法簇中,除Gauss类方法是s级2s阶的辛方法以外,Radau类方法和Lobatto类方法既不是s级2s阶的方法也不是辛方法.基于隐式RK方法是一类转换RK方法这一特征,利用V-变换和Pade对角逼近,提出了构造高阶RK方法的转换定理.依据转换定理,导出了s级2s阶的Radau方法和s级2s阶的Lobatto方法.利用V-变换和待定系数法,导出了辛Radau方法和辛Lobatto方法.在此基础上,发现并证明了辛Radau方法是s级2s阶的方法.     

三级四阶显式辛R-K-N格式的完全构造

s级p阶辛Runge-Kutta-Nystr\"om(R-K-N)方法的一种充要条件是用关于参数的非线性方程组来表示的,辛R-K-N格式的构造问题因而转化为该方程组的求解问题. 在一些特殊的限定条件下, 已有该方程组在s=3,p=4时的两组解,即得到了两个三级四阶显式辛格式. 对于s=3,p=4情形,基于吴方法,利用计算机代数系统Maple及软件包wsolve给出了对应的非线性方程组的全部解, 这样就构造了所有的三级四阶显式辛R-K-N格式, 并证明了三级四阶显式辛R-K-N方法所满足的条件方程有冗余. 数值实验结果显示出新的辛格式在一定的条件下有着较好的误差精度.     

K(n,-n,2n)方程的显式行波解及其动力学性质

利用动力系统分支理论和定性理论研究了K(n,-n,2n)方程的显式行波解.并借助于行波解动力学性质对这些解进行取舍,指出一些精确的显式解可能会给出一些错误的信息,即在求解精确的显式行波解前理解该行波解的动力学行为的必要性.文章最后通过数值模拟验证了相关的结论.     

偏心冲击荷载作用下薄圆板动力学响应的保结构分析

关注动力学系统的局部几何性质,采用多辛分析方法研究了偏心冲击荷载作用下薄圆板振动特性.在探索偏心冲击荷载作用下薄圆板振动问题动力学控制方程的对称性和守恒律的对应关系基础上,对动力学控制方程在多辛体系下重新描述,并采用显式中点差分离散方法构造其多辛格式,通过对存在不同相对偏心距冲击荷载作用下的薄圆板振动过程的数值模拟,研究了相对偏心距对薄圆板振动特性的影响,同时,数值模拟结果也充分体现了多辛算法的良好保结构性能.该研究结果不仅为由于荷载作用位置误差带来的动力学响应偏差估计提供了依据,而且为偏心冲击动力学问题的研究提供了新的途径.     

基于广义逆矩阵的Ball曲线的降多阶逼近

给出了Ball曲线的一种降多阶逼近方法.将曲线的降多阶过程视为升阶的逆过程,利用广义逆矩阵的理论从而得到降阶曲线控制顶点的显式表示式.这种方法还考虑了原曲线与降阶曲线在两端点处分别达到(r,s)阶连续的情形(r≥0,s≥0).其次,给出了降阶误差界的估计.最后,给出数值例子.     

具有Gilbert项的Landau-Lifshitz方程的显式平方守恒格式

构造了一种解具有Gilbert项的Landau-Lifshitz方程的显式平方守恒格式．基本思想是离散Landau-Lifshitz方程成常微分方程组,应用李群方法和显式Runge-Kutta方法解常微分方程组．数值试验比较了两方法的保平方守恒特性和精度,得出李群方法(RK-Cayley方法)比相应的Runge-Kutta(RK)方法有更好的精度和保平方守恒特性．     

分段连续型随机微分方程指数Euler方法的稳定性

给出了线性分段连续型随机微分方程指数Euler方法的均方指数稳定性.经典的对稳定性理论分析,通常应用的是Lyapunov泛函理论,然而,应用该方程本身的特点和矩阵范数的定义给出了该方程精确解的均方稳定性.以往对于该方程应用隐式Euler方法得到对于任意步长数值解的均方稳定性,而应用显式Euler方法得到了相同的结果.最后,给出实例验证结论的有效性.     

长水波近似方程组的动力学行为和辛几何算法

长水波近似方程组作为一类重要的非线性方程有着许多广泛的应用前景,特别是在浅水非线性色散波的研究中具有重要意义.给出了长水波近似方程组的动力学行为,并基于Hamilton空间体系的多辛理论研究了长水波近似方程组的数值解法,讨论了利用Preissmann方法构造离散多辛格式的途径,并构造了一种典型的半隐式的多辛格式,格式满足多辛守恒律.数值算例结果表明该多辛离散格式具有较好的长时间数值稳定性.     

一类强色散DGH方程的多辛普雷斯曼格式

DGH方程作为一类重要的非线性水波方程有着许多广泛的应用前景.基于Hamilton系统的多辛理论研究了一类强色散DGH方程的数值解法,利用多辛普雷斯曼方法构造了一种典型的半隐式的多辛格式.分析了该格式的局部能量和动量守恒律误差,并给出了数值算例.数值算例结果表明该多辛离散格式具有较好的长时间数值稳定性.     

基于失效域重构和重要抽样法的结构动力学系统首穿失效概率

对于线性动力学系统，重构系统失效域，利用基本失效域概率构造重要抽样密度函数，提出了基于重要抽样技术的首穿失效概率估计方法；对于非线性动力学系统，构建等效线性系统，线性化原理为线性与非线性系统对安全域边界具有相同的平均上穿率.最后给出Gauss(高斯)白噪声激励的线性与非线性系统的数值算例，并与Monte-Carlo(蒙特 卡洛)方法及区域分解方法比较，结果显示该文方法是正确有效的.     

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．     

辛Runge-Kutta方法在卫星交会对接中的非线性动力学应用研究

卫星交会对接问题是实现太空平台等空间系统的关键问题之一.考虑了由于地球引力作用而引起的卫星交会对接中的非线性动力学问题.首先,采用能量方法给出Lagrange函数;然后,通过引入广义坐标和广义动量,以及Legendre变换,得到Hamilton方程;随后,采用辛Runge-Kutta方法求解该Hamilton方程,并与传统的四阶Runge-Kutta方法对比.数值结果表明:辛Runge-Kutta方法能够在积分过程中长时间保持系统的固有特性,为天体动力学问题的研究提供了良好的数值方法.     

转子动力学的非线性数值求解

将Euler(欧拉)角表示引入转子动力学系统,用以描述转子的非线性旋转运动,并与时间有限元相结合,进而提出了包含非线性因素的转子动力学保辛数值求解方法.以此方法为基础,分析了悬臂梁-圆盘转子系统的涡动行为.数值结果证明该数值解法的有效性与正确性,可用于各种转子系统涡动行为分析.     

求Abel型积分方程数值解的正则化方法

本文采用近似已知函数稳定求导方法与两点复合Gauss-Legendre求积公式相结合求Abel型积分方程数值解,其结果是数值稳定且精度较高.给出了数值例子.     

Runge-Kutta-Nystr(o)m方法的若干新性质

本文研究了由Runge-Kutta(RK)方法Φ生成Runge-Kutta-Nystr(p)m(RKN)方法ΦN的伴随Φ*N的两种途径,证明了由这两条途径生成的Φ*N是相同的;讨论了具有辛性,对称性或P-稳定性的Φ,ΦN,Φ*N之间的一些关系;并表明通过辛(或对称)RK方法可构造辛(或对称)RKN方法.     

求解初值问题的RKNd方法

本文基于一阶常微分方程所导出的二阶微分方程提出RKNd方法,其内级阶比传统RK方法高一阶.RKNd方法的阶条件由特殊Nystr(o)m树给出.在相同级数下,RKNd方法可达到的最高代数阶比传统的RK方法高.数值实验结果表明RKNd方法比同阶RK方法在计算效率上具有一定的优越性.     

刚性常微分方程初值问题的一种数值解法

本文对刚性(Stiff)常微分方程给出一种数值解法, 方法的思想是构造一个和刚性系统等价的常系数线性系统,在积分的格子点上,联合这两个系统,设法求出线性系统右端函数的值,然后再构造数值积分格式,格式具有隐式恒稳和接近于显式恒稳的特性,作为隐式格式给出了恒收敛的迭代形式.除了刚性系统外,若右端函数的分母部分有零点,在这些零点上格式也可应用,方法已推广到其他领域:
(1)对m维热传导问题,可以构造显式恒稳的差分格式。
(2)对线性代数方程Ay=6,当A对称正定时,可以给出两类迭代格式,数值实验表明,当A有较大病态度时,格式具有明显的优越性。     

Runge-Kutta-Nystrm方法的若干新性质

本文研究了由Runge-Kutta(RK)方法Φ生成Runge-Kutta-Nystr(?)m(RKN)方法Φ_N的伴随西Φ~*_N的两种途径,证明了由这两条途径生成的西Φ~*_N是相同的;讨论了具有辛性,对称性或P-稳定性的Φ,Φ_N,Φ~*_N之间的一些关系;并表明通过辛(或对称)RK方法可构造辛(或对称) RKN方法.     

太阳帆塔轨道和姿态耦合动力学建模及辛求解

在建立太阳帆塔太阳能电站简化模型的基础上,将系统的动力学方程从Lagrange体系导入到了Hamilton体系,给出了带约束的Hamilton正则方程;进而采用祖冲之类算法和辛Runge-Kutta方法分析了太阳帆塔轨道和姿态耦合系统的动力学特性,并讨论了算法的保能量、保约束特性;最后,数值模拟了系统的动力学特性,说明了所提方法的有效性.     

利用Legendre小波与Gauss-Legendre求积公式求解三重数值积分

提出利用Legendre小波和Gauss-Legendre求积公式求解几种积分区域的三重数值积分如长方体,四面体,圆柱体,圆锥和椭球体.通过某种线性或非线性变换将空间积分区域变换到空间长方体.利用Gauss-Legendre求积公式将三重积分转换成二重积分,然后利用Legendre小波对二重积分进行逼近.数值算例验证了方法的可行性和有效性.