对一般Hamilton体系近似解保辛条件的讨论

文献[1]给出的一般Hamilton体系近似解保辛的条件,尚需讨论。其中(3.5~6)的证明适用于v·=H(z)v的系统,要求H(z)是Hamilton矩阵,齐次方程。即使Hamilton矩阵是与位移有关的H(z,q),仍可适用。但一般Hamilton体系未必能表示为v·=H·v,例如存在有势外力的情况,此时是非齐次线性方程。故在一般情况下,近似解是否保辛的原则尚需明确。一般的Hamilton正则方程体系非线性,通常用数值积分近似求解,故时间坐标离散而成为长η的序列,离散坐标体系。分析结构力学[2]考虑了离散坐标的情况,其中证明了区段两端状态向量之间关系ζ=ζ(v)的微商S(v)是…     

输入受限LQ控制的参变量变分原理和算法

在最优控制理论中根据模拟理论思想发展了塑性力学和接触力学中的参变量变分原理, 并建立了控制输入受限的线性二次(linear quadratic, LQ)最优控制问题的求解新方程---耦合的Hamilton正则方程与线性互补方程. 通过将连续时间离散成一系列等间距时间区段, 在离散时域内采用参数二次规划方法给出数值求解输入受限的LQ最优控制问题的新算法. 数值仿真验证了该算法在求解控制输入受限的LQ最优控制问题中的有效性, 并且该算法具有较快的收敛性, 在大步长下具有较高的计算精度.      

动力学与控制论力学系统的自由度

力学系统的自由度定义源自描述系统位形的独立坐标数.在分析力学发展过程中,人们通过对非完整约束的研究,将其拓展为独立的坐标 变分数.本文指出,对于含非完整约束的力学系统,该定义存在不妥之处,给出的自由度会过度限制系统的力学行为.文中研究力学系统在状态空间中的可达流形,指出可达流形维数与描述系统动力学的一阶常微分方程组的最少未知函数个数一致,例如Gibbs-Appell方程与广义速度方程联立的未知函数个数,进而将可达流形维数的一半定义为系统自由度.通过含黏弹性支承的振动系统、在倾斜平面上运动的冰橇等案例,讨论了单个非完整约束导致的半自由度概念,指出其力学意义和与相邻整数自由度的关系.此外,文中还给出两个非完整约束导致系统减少一个自由度的案例,讨论了系统的切丛和余切丛维数.      

线性时滞系统的离散最优控制

介绍了对线性时滞系统进行最优控制的设计，将具有时滞控制的线性系统离散后引入增广状态向量。获得不显含时滞的差分方程，根据时滞量的两种分类情况采用连续和离散形式的性能指标函数导出了最优控制律。控制律包含当前状态和此前若干步状态向量的叠加，最优控制律直接从时滞方程中得到，可保证系统的稳定性，此方法亦适用于大时滞的情况。数值算例验证了控制策略的有效性。     

多重子结构法在非线性控制系统中的应用

多重子结构法是计算结构力学程序系统采用的最广泛的方法之一，由于计算结构力学与最优控制存在模拟关系，本文同样基于此法对非线性控制系统进行计算，并编制了相应的程序系统。本文工作进一步说明了计算结构力学与最优控制理论存在模拟关系。     

一类新变量的Reissner板弯曲边界元法

文［４］导出了二维弹性力学平面问题的一类新型边界积分方程，本文将该理论和方法推广到三变量的Ｒｅｉｓｓｎｅｒ板弯曲中，给出边界场变量含广义位移和新型广义力的边界积分方程。从而边界弯矩应力张量可直接由离散边界积分方程求出。     

论力学系统的自由度

力学系统的自由度定义源自描述系统位形的独立坐标数.在分析力学发展过程中,人们通过对非完整约束的研究,将其拓展为独立的坐标变分数.本文指出,对于含非完整约束的力学系统,该定义存在不妥之处,给出的自由度会过度限制系统的力学行为.文中研究力学系统在状态空间中的可达流形,指出可达流形维数与描述系统动力学的一阶常微分方程组的最少未知函数个数一致,例如Gibbs-Appell方程与广义速度方程联立的未知函数个数,进而将可达流形维数的一半定义为系统自由度.通过含黏弹性支承的振动系统、在倾斜平面上运动的冰橇等案例,讨论了单个非完整约束导致的半自由度概念,指出其力学意义和与相邻整数自由度的关系.此外,文中还给出两个非完整约束导致系统减少一个自由度的案例,讨论了系统的切丛和余切丛维数.     

分离变量法与哈密尔顿体系

数学物理与力学中用分离变量法求解偏微分方程经常导致自共轭算子的sturmLiouville问题,在此基础上而得以展开求解。然而在应用中有大量问题并不能导致自共轭算子。本文通过最小势能变分原理,选用状态变量及其对偶变量,导向一般变分原理。利用结构力学与最优控制的模拟理论,导向哈密尔顿体系。将有限维的理论推广到相应的哈密尔顿算子矩阵及共轭辛矩阵代数的理论。拓广了经典的分离变量法,证明了全状态本征函数向量的共轭辛正交归一性质及按本征函数向量展开的理论。以条形板为例,说明了应用。     

微分求积方法对于桩基大变形分析的应用

本文基于大变形的理论,采用弧坐标首先建立了具有初始位移的桩基的非线性数学模型,一组强非线性的微分-积分方程,其中,地基的抗力采用了Winkeler模型;其次,引入变数变换将微分-积分方程转化为一组非线性微分方程,并用微分求积方法离散了方程组,得到一组离散化的非线性代数方程;最后用Newton-Raphson迭代方法对离散化方程进行了求解,得到了桩基变形前后的构形、弯矩和剪力.计算中选取了两种不同类型的初始位移,并考察了它们对桩基大变形力学行为的影响.     

气体动理学统一算法中相容性条件不满足引起的数值误差及其影响研究

求解玻尔兹曼(Boltzmann) 模型方程的气体动理学统一算法(unified gas kinetic scheme,UGKS) 是为模拟存在显著稀薄气体效应流动而建立的. 在该方法中,如果速度空间离散采用传统的离散速度坐标法(discreteordinate method,DOM),将会导致相容性条件得不到严格满足,从而引入数值误差. 本文从理论分析及数值试验两方面说明了该数值误差,正比于来流马赫数,反比于来流努森数. 引入了守恒型的离散速度坐标法(conservativediscrete ordinate method,CDOM),在离散层面上确保了相容性条件得到严格满足. 圆柱绕流计算结果表明,来流马赫数较高、努森数较小时,相容性条件满足与否对计算结果影响较大,采用CDOM 可以在较稀的速度空间网格上得到网格无关解,缩减计算量最大可达2/3.      

Multiscale Dynamics of Heterogeneous Media in?the?Peridynamic Formulation

A methodology is presented for investigating the dynamics of heterogeneous media using the nonlocal continuum model given by the peridynamic formulation. The approach presented here provides the ability to model the macroscopic dynamics while at the same time resolving the dynamics at the length scales of the microstructure. Central to the methodology is a novel two-scale evolution equation. The rescaled solution of this equation is shown to provide a strong approximation to the actual deformation inside the peridynamic material. The two scale evolution can be split into a microscopic component tracking the dynamics at the length scale of the heterogeneities and a macroscopic component tracking the volume averaged (homogenized) dynamics. The interplay between the microscopic and macroscopic dynamics is given by a coupled system of evolution equations. The equations show that the forces generated by the homogenized deformation inside the medium are related to the homogenized deformation through a history dependent constitutive relation.     

THE GENERALITY OF THE GENERAL EQUATIONS OF DYNAMICS 1)

理论力学中动力学普遍方程,在分析力学中称为d'Alembert--Lagrange原理。动力学普遍方程之普遍在于,由它不仅可导出动力学普遍定理,可导出完整约束系统和非完整约束系统的运动微分方程,还可导出积分变分原理。     

A Computational Method for Interval Mixed Variable Energy Matrices in Precise Integration

1　ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｎｄＰｒｏｂｌｅｍＴｈｅｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅＲｉｃｃａｔｉｅｑｕａｔｉｏｎｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｋｅｙｓｔｅｐｓｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｏｐｔｉｍａｌｃｏｎｔｒｏｌ.Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｏｒｉｅｓｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｍｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄｏｐｔｉｍａｌｃｏｎｔｒｏｌ,ｐｒｅｃｉｓｅｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｗａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄａｎｄｃａｎｂｅｕｓｅｄｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅＲｉｃｃａｔｉｅｑｕａｔｉｏｎａｎｄａｌｇｅｂｒａｉｃｅｑｕａｔｉｏｎａｃ…     

Predictive nonlinear constitutive relations in polymers through loss history

A model is presented that calculates the highly nonlinear mechanical properties of polymers as a function of temperature, strain and strain rate from their molecular structure. The model is based upon the premise that mechanical properties are a direct consequence of energy stored and energy dissipated during deformation of a material. This premise is transformed into a consistent set of structure–property relations for the equation of state and the engineering constitutive relations in a polymer by quantifying energy storage and loss at the molecular level of interactions between characteristic groups of atoms in a polymer. The constitutive relations are formulated as a set of analytical equations that predict properties directly in terms of a small set of structural parameters that can be calculated directly and independently from the chemical composition and morphology of a polymer.     

ON THE REAL DISPLACEMENT AND THE VIRTUAL DISPLACEMENT——AN IN-DEPTH DISCUSSION STARTING FROM THE CONCEPT OF NULL-WORK CONSTRAINT

阐述了分析力学中“理想约束”与理论力学动能定理部分“理想约束”概念的区别,举例说明了由此同名可能导致的问题,并建议在动能定理部分使用“无功约束”或“零功约束”的概念,以保持力学概念的一致性和独立性;对微分形式的动能定理在广义坐标空间进行变换得到了以广义坐标微分为指标的和式形式,并通过与Lagrange 方程的比较及实例论证了不能由此而得到系统动力学方程的原因。上述内容均从不同侧面反映了实位移与虚位移的本质区别,因此可作为对实位移与虚位移概念进行深刻理解的一种途径。     

聚合物熔体的非仿射网络结构模型及其数值解

假设聚合物熔体的缠结网络形变是非仿射的，运用瞬态网络结构原理。并利用Liu提出的动态速率方程以及上随体Maxwell本构方程来建立一个适合于振动剪切作用下的聚合物熔全非仿射网络结构模型。利用这一模型来研究振动剪切作用下LDPE和HDPE熔体的流变行为。研究表明，在一种合理的初始简化条件下可以获得模型的数值解。将理论预测值与实验值进行比较后得知二者具有良好的吻合性，从而简化了模型的计算过程。同时，通过比较得知所建立的非仿射网络结构本构方程比仿射网络结构本构方程的精确度要高，而且在振动力场作用下。具有长支链的LDPE熔体有少量的非仿射网络形变，而没有长支链的HDPE熔体则有较多的非仿射网络形变。因此在建立振动力场作用下聚烯烃熔体本构方程时应充分考虑聚合物熔体网络的非仿射形变。     

RENEWAL OF BASIC LAWS AND PRINCIPLES FOR POLAR CONTINUUM THEORIES(Ⅶ)—INCREMENTAL RATE TYPE

IntroductionTherelationsbetweenvariousstresstensors,theequationofmomentumandtheboundaryconditionsofincrementalratetypeforclassicalcontinuummechanicshavebeensystematicallyderivedbyKuanginRef.[1 ] .InRef.[2 ]wehavederivedtherelationsbetweenvariouscouplestresstensorsandtheirratesandpresentedtheequationsofmotionandtheboundaryconditionsofincrementalratetypeofCauchyform ,PiolaformandKirchhoffformforpolarcontinua .InRef.[3 ]wehavepresentednewprinciplesofpowerandenergyrateofincrementalratetypeformi…     

一类偏微分方程的Hamilton正则表示

主要给出一系列关于力学中的偏微分方程的无穷维Ｈａｍｉｌｔｏｎ正则表示．其中包括变系数线性偏微分方程,ＫｄＶ方程,ＭＫｄＶ方程,ＫＰ方程,Ｂｏｕｓｉｎｅｓｑ方程等的无穷维Ｈａｍｉｌｔｏｎ正则表示．     

EIGEN THEORY OF VISCOELASTIC MECHANICS FOR ANISOTROPIC SOLIDS

Anisotropic viscoelastic mechanics is studied under anisotropic subspace. It is proved that there also exist the eigen properties for viscoelastic medium. The modal Maxwell's equation, modal dynamical equation (or modal equilibrium equation) and modal compatibility equation are obtained. Based on them, a new theory of anisotropic viscoelastic mechanics is presented. The advantages of the theory are as follows: 1) the equations are all scalar, and independent of each other. The number of equations is equal to that of anisotropic subspaces, 2) no matter how complicated the anisotropy of solids may be, the form of the definite equation and the boundary condition are in common and explicit, 3) there is no distinction between the force method and the displacement method for statics, that is, the equilibrium equation and the compatibility equation are indistinguishable under the mechanical space, 4) each model equation has a definite physical meaning, for example, the modal equations of order one and order two express the volume change and shear deformation respectively for isotropic solids, 5) there also exist the potential functions which are similar to the stress functions of elastic mechanics for viscoelastic mechanics, but they are not man-made, 6) the final solution of stress or strain is given in the form of modal superimposition, which is suitable to the proximate calculation in engineering.